CNC精密加工解決刀具崩刃、涂層剝落、熱裂紋的解決方案
挑戰(zhàn)：解決面銑加工中的刀具壽命和與生產(chǎn)安全相關(guān)的崩刃、涂層剝落和熱裂紋等問題。
解決方案：GC1130新材質(zhì)采用了細(xì)晶粒高鉻基體和Zertivo?技術(shù)PVD涂層，大幅提升了基體/涂層的附著力和切削刃完整性。
刀片涂層崩落和切削刃崩刃的情況在困難工況面銑操作中經(jīng)常出現(xiàn)，會導(dǎo)致刀具壽命縮短，這些問題通常出現(xiàn)在復(fù)雜走刀、長懸伸、深型腔加工和濕切作業(yè)中。
山特維克可樂滿開發(fā)了一種新的刀片材質(zhì)GC1130，它使用了細(xì)晶粒高鉻基體Zertivo?技術(shù)生產(chǎn)的PVD涂層。GC1130主要用于鋼材（ISO-P）加工，同時，它也能很好地用于混合材料的加工。
山特維克可樂滿的研發(fā)工程師接受了這項挑戰(zhàn)—對先進的PVD鋼件材質(zhì)GC1030進行再次改進。在系統(tǒng)分析客戶需求的基礎(chǔ)上，研發(fā)人員通過進行大量的機加工測試完成了這項改進。這些測試全部在真實的機加工車間進行，研發(fā)團隊得到了客戶的大力支持。
研發(fā)人員對測試結(jié)果進行分析，找到三個主要問題：刀刃線附近崩刃、涂層剝落和熱裂紋（見下圖）。現(xiàn)有材質(zhì)已經(jīng)能充分抵御化學(xué)和磨料磨損，因此這些方面不需要改變。需要做的是優(yōu)化硬質(zhì)合金和涂層之間的相互作用，從而最大程度地保持刀片的完整性。
GC1130的基體十分堅硬且耐磨，這是由其成分中的高鉻含量和細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)所決定的。碳化鎢顆粒結(jié)構(gòu)可提升刀刃強度并能實現(xiàn)更好、更均衡的性能。
GC1130涂層含有鈦、鋁和鉻，既能抵抗連續(xù)磨損也能抵御化學(xué)腐蝕。其結(jié)構(gòu)，尤其是涂層顆粒大小和納米層狀結(jié)構(gòu)，能在最大程度上減少熱裂紋和崩刃現(xiàn)象的產(chǎn)生。
刀片材質(zhì)的幾種成分會相互作用，一種成分可影響其他成分的屬性。Zertivo技術(shù)所使用的先進控制工藝能優(yōu)化涂層和基體之間的相互作用，更好地避免刀刃線附近出現(xiàn)的涂層剝落和小崩刃問題，從而發(fā)揮出材質(zhì)的全部潛能。
GC1130是第一款Zertivo銑削材質(zhì)，具有非常堅韌的切削刃。牢固的基體和經(jīng)過優(yōu)化的涂層能有效抵御困難加工條件下刃線的崩刃和破裂問題，例如濕切時的溫度變化就是常見的困難工況。
首批GC1130產(chǎn)品已于2015年10月1日發(fā)布，用于CoroMill390銑刀的7毫米和11毫米刀片。GC1130尤其適合于CoroMill 390-07刀片，它們可廣泛用于高加工要求的重復(fù)方肩銑和長懸伸方肩銑以及車銑等應(yīng)用領(lǐng)域。
測試案例南京藝匠精密加工整理：
操作：連桿面銑
材料：低合金鋼
刀片材質(zhì)：GC1130
切削參數(shù)
結(jié)論
現(xiàn)有刀片在使用27分鐘后報廢。GC1130刀具壽命是其兩倍，并顯著提高生產(chǎn)經(jīng)濟性。
磨損形式分布
在項目的前期研究階段，開發(fā)人員進行了針對性的銑削加工，發(fā)現(xiàn)了幾種主要的磨損類型。
從左至右順時針（見上圖）
涂層剝落 - 25%
磨料/化學(xué)磨損 - 15%
熱裂紋 - 25%
崩刃 - 35%
CVD and PVD
CVD（化學(xué)氣相沉積）涂層包含各種組合的碳氮化鈦(TiCN)、氧化鋁(AL2O3)和氮化鈦。這一化學(xué)過程發(fā)生在700–1050 °C的高溫之間。CVD涂層的主要好處是高度耐磨損并具有很好的耐熱性。
PVD（物理氣相沉積）涂層是通過在較低溫度（400–600 °C）下發(fā)生物理反應(yīng)而生成。常用涂層包括氮化物、碳氮化物、氧化物和氮氧化物。金屬原料，通常是含有鈦和鋁的多種復(fù)合物，在氮氣中蒸發(fā)，并在刀具上留下一層薄薄的氮化物。PVD材質(zhì)通常用于堅韌鋒利的刀刃。這種涂層方法的抗壓應(yīng)力能提升刀刃硬度并能阻止熱裂紋的產(chǎn)生。
Zertivo
Zertivo是山特維克可樂滿針對PVD材質(zhì)研發(fā)的專有生產(chǎn)技術(shù)。Zertivo能通過精確控制關(guān)鍵工藝參數(shù)來改進整個涂層生產(chǎn)過程，從而獲得完美匹配目標(biāo)材質(zhì)的涂層。
除GC1130銑削材質(zhì)外，現(xiàn)在Zertivo技術(shù)也可適用于CoroDrill 880的鉆削材質(zhì)GC4344。該材質(zhì)的成分和結(jié)構(gòu)與GC1130有所不同，可滿足客戶的特殊需求。
