圖1 通過提高生產(chǎn)效率、改善加工安全性、延長刀具更加可預測的使用壽命，涂層可轉位刀片為改進生產(chǎn)提供了更大的潛力。山特維克可樂滿研發(fā)的ISO P25新一代涂層鋼件車削材質GC4325。
鋼件車削是加工的最大領域之一，幾乎所有車間都有該工序，這意味著鋼制零件不論材料種類、工件類型、工序類型和批量大小都有應用。這主要用于ISO P25應用區(qū)間的的零件加工，其加工條件由好到差，改進加工性能至關重要。
自推出涂層可轉位刀片以來，一種刀片材質一直是這種廣泛應用的常規(guī)解決方案。P25材質可持續(xù)改進加工，這便是通用鋼件車削材質，它還能優(yōu)化大量工序。
如今，通過刀具材料創(chuàng)新，性能顯著提高，這種創(chuàng)新前所未有，超過了以往任何一次類似的材質提升。
最惡劣的環(huán)境
任何刀具的切削刃都會受熱受壓。切削過程中，工件材料接近切削刃的同時，首先在主切削刃吃刀。然后，在主切削刃之后，前刀面對鐵屑流起主要作用。能量大量傳遞的輔助剪切面，使材料達到屈服極限。鋼件車削中，合力大（1,400～3,100牛頓/平方毫米，隨鋼材類型不同而不同），溫度高（可達1,000攝氏度）。正是在鐵屑流動區(qū)，測試刀具材料的能力，確定加工作業(yè)的主要影響。
切屑刃槽型與可轉位刀片上斷屑槽沿刃口線短距離的刀具材料組合決定了剪切應力效果，因為整個面上的切屑載荷集中，然后，帶走加工中產(chǎn)生的大部分熱量。摩擦是一個主要因素，因此鐵屑接觸面及刀片表面的紋理對性能起作重要作用。
鋼件加工鐵屑流動區(qū)的磨損機理主要是化學熔化，有部分塑性變形傾向。擴散磨損是高速切削的主要特征，同時還有磨蝕性磨損，主要發(fā)生在刀片的間隙面，這些磨損連續(xù)可控。鋼件車削一定要做到磨損連續(xù)可控，例如主要的塑性變形、熱裂和溝槽磨損。
鋼件車削
鋼件車削是全球最常見的加工應用，很多金工車間都在使用。但是，由于使用多種材料，從非合金鋼、低合金鋼到高合金鋼，從軟粘性材料到硬磨性材料等等，物理性質和條件千變萬化。棒材、管材、鍛件、鑄件、軋制、拉延、未處理、調質和預加工工件的材質不同，可加工性等級明顯不同。這些都屬于鋼件車削ISO P25應用領域范圍。考慮到不同鋼件的不同磨損機理，采用一種刀片材質不可能應付全部的加工應用。因此，整個領域（無論是小車間小批量生產(chǎn)還是大車間大批量生產(chǎn)）的生產(chǎn)類型不同，不可能采用相同的加工工藝。
但是，1970年以來，引進涂層硬質合金材質，鋼件車削取得革命性的進展。這些年來，先后研制了六代 P25材質，持續(xù)不斷地改進加工性能，大大提高生產(chǎn)制造效率。通過采用通用鋼件車削材質，能對多種應用加以優(yōu)化。第七代P25刀片材質正在使性能升級。
研制出鋼件切削用新一代P25刀片材質，完全改變了制造業(yè)游戲規(guī)則，這一點毫不夸張。這是切削刀具材料科學取得的重大進展，可滿足現(xiàn)代生產(chǎn)需要，攻克多項技術難關：刀具壽命可預見性，加工的安全性、零件質量連續(xù)性以及更高的切削速度。
取得這種新成就，完全得益于對涂層硬質合金刀片密集和豐富的研發(fā)，不僅對材料科學，而且還對應用分析和刀片制造工藝進行了研究。在設計新型鋼件車削材質時，需要評估和研究多種因素，其中包括原材料、硬質顆粒混合物、粘合劑、顆粒度、基體梯度設計，更重要的是涂層技術。
圖2 各種低產(chǎn)量作業(yè)或大批量生產(chǎn)優(yōu)化可通用的GC4325刀片槽形、刀尖半徑、刀片尺寸和刀片形狀選擇范圍廣，結合材質選擇，可提供新的優(yōu)化可能性。這種材質是刀片涂層的突破性創(chuàng)新，通過新刃口處理工藝和可控制性的進一步發(fā)展，刀片基體更加堅固、更加平衡，進一步研發(fā)刀片后處理過程，與現(xiàn)有研發(fā)途徑和制造因素相協(xié)調。
為何新刀具材料如此完美？
◎ 刀片基體更堅韌，更加平衡；
◎ 刃口處理采用新工藝和新控制方法；
◎ 刀片涂層創(chuàng)新取得新突破；
◎ 進一步研究后處理工藝；
◎ 協(xié)調現(xiàn)有所有因素。
刀片基體耐塑性變形的能力更高。刃口能經(jīng)受更高的溫度，而性能絲毫不減。新型基材梯度還可抑制微裂紋，改進刃口線的耐用性。
為確保整個流動區(qū)域更平穩(wěn)的切削作用，刃口處槽形和尺寸經(jīng)過定制。采用化學蒸汽沉積法（CVD）的氧化鋁涂層組織取得新突破。刃口線韌性更好，更耐磨，特別適合斷續(xù)切削，在很大程度上得益于新研制的后處理工藝。
所有這一切意味著刀具材料技術取得實質性進展，結合新一代涂層刀片技術，從根本上解決了這種面廣多變、條件惡劣的加工領域的車削工具性能問題。
圖3 Inveio涂層是一種刀具材料技術的創(chuàng)新，使涂層刀片發(fā)生了根本變革，采用新CVD工藝，具有單向晶體取向，涂層組織更加強勁，更加均勻。出現(xiàn)的新特性對承受切削區(qū)域的力和溫度更有好處。使得刀片接觸表面更加耐用。GC4325刀片刃口線韌性更好，改進了刀片性能的可預測性。刀具磨損連續(xù)可控，加工安全性很高、刀具使用壽命長、切削速度快。
刀具材料主要創(chuàng)新之一是涂層組織和附著力。當然，作為氧化物陶瓷的一部分并通過實踐證明，氧化鋁是一種成熟的刀具材料，成熟的涂料。這是一種很有效的刀片保護層，具有化學惰性，熱傳導性低，通過擴散作用，月牙洼磨損抵抗能力很高。這種材料熔點在2000攝氏度以上，由于具有密排結晶組織，所以很硬。
迄今為止，傳統(tǒng)氧化鋁涂層具有隨機的晶體方向。而這些氧化鋁涂層具有滿意的加工性能，還可克服刃口線和前刀面惡劣條件引起的一些缺點。研究表面，如果實際晶體方向可控，很多切削刃特性也可控，更重要的是，已經(jīng)得到明顯改善。
圖4 ISO P25鋼件車削整個范圍內，可加工性等級明顯不同。工件可以是棒材、管材、鍛件、鑄件、軋制、拉延、未處理、調質和預加工工件。另外，鋼材類型隨工序和設置不同而明顯不同。GC4325在以前的GC4225基礎上，設定了鋼件車削的新標準。通過改善機床可利用性，增加每小時工件輸出量，提高生產(chǎn)效率。
Inveio涂層
Inveio涂層是一種氧化鋁、刀具材料技術的創(chuàng)新，具有單向非任意性晶體取向。整個CVD工藝中，采用統(tǒng)一方式，控制晶體生長，才能夠做到這一點。通過所有的硬質鋁合金晶體排列，采用相同方式，使得涂層組織更強、更加均勻，出現(xiàn)的新特性對承受流動區(qū)域的力和溫度更有好處。實際上，已經(jīng)形成了嶄新的前刀面接觸表面。
緊密排列的原子平面，朝著與碎屑接觸的區(qū)域，具有更好的抗月牙洼磨損性——鋼件車削受熱受壓的主要擴散磨損機理。鐵屑流動區(qū)域沿晶體平面更加有效地散熱。另一種效應是抗微裂紋能力。沿著水平方向最弱的部分形成裂紋，由于磨損較慢、均勻可控，涂層耐用性得到改善。
新效應結合刀片最佳涂層附著力，還減少壓成片的“假性”月牙洼磨損。內層涂層有精細的鈦碳氮化物組成，具有柱狀組織，堅硬，抗磨蝕性磨損能力強的特點。實際上，延長了刀具壽命、改善了加工安全性，提高了切削速度——這些都是制造業(yè)取得實質性進步的驅動力。刀片刃口線決定了零件質量和刃口損壞速率，現(xiàn)在更具有彈性，提高了刀片性能和加工零件的可預測性。
還受到影響的是連續(xù)磨損速率和不連續(xù)磨損速率之間的權衡取舍，以達到整個刀具使用壽命期間最大的安全性和較高的切削速度。加工過程中，在應用鋼件車削刀片時，較硬的P15和較堅韌的P35材質之間的重疊區(qū)域將是最新評估的重點。這是因為新的P25材質可很好地解決當前應用部位之間的邊界線，提供最新的加工時機。另一個受到影響的因素是選擇刀片槽形、刀尖半徑、刀片尺寸和刀片形狀，以采用這些材質。另外，毫無疑問，P25材質將提供新的優(yōu)化可能性。
結論
總之，從多種生產(chǎn)方面來看，ISO P25 應用領域的第七代涂層鋼件車削材質帶來了新的加工潛力。嶄新的刀具材料性能是以前類似材料的兩倍。試驗和應用結果證明，這是過去二十年使用的刀片材質中最好的。無論是各種小批量生產(chǎn)，還是大批量生產(chǎn)的優(yōu)化，競爭力都能得到明顯提高?！?/p>
