【伊斯卡刀具】勝任不銹鋼的加工
2020-11-30 來源：-- 作者：-
不銹鋼分類
長期以來，不銹鋼一直是主流工程材料。不銹鋼制品隨處可見，遍布于渦輪機械、廚房用具、航空航天工程、外科手術、油氣工業及食品工業等領域。不銹鋼得以應用得如此廣泛，源于該材料非常重要的特性—防腐蝕性。 “不銹鋼”及“防腐蝕鋼”通常被視為同義詞，還有諸如防銹鋼、不銹鋼及無腐蝕鋼等詞。不銹鋼，最初的意思是“免于紅色銹斑”，指鐵氧化的結果。腐蝕是化學反應及物理-化學反應所導致的結果。腐蝕有不同類型。
1.依據其主要功能特征，不銹鋼被劃分為以下幾類：耐腐蝕鋼 – 在正常情況下免于腐蝕；抗氧化不銹鋼或防銹不銹鋼 – 在高溫、不友好環境下具有耐腐蝕性；耐熱不銹鋼或在高溫應力下不失去強度的耐高溫不銹鋼。因此，可將耐腐蝕鋼視作不銹鋼的一類。
2.以上不銹鋼種類的功能特點決定了在切削刀具設計中對其材料組的選擇。對從事不銹鋼加工的制造商而言，關鍵要素是材料的機械加工性。不銹鋼的機械加工性與鋼的元素含量及結構相關。據此，不銹鋼可分為以下幾種類型：鉻不銹鋼（鐵素體不銹鋼；馬氏體不銹鋼及鐵素體-馬氏體不銹鋼）；鉻鎳不銹鋼（奧氏體不銹鋼及超級奧氏體不銹鋼；奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼）；此外，還有一種沉淀硬化不銹鋼(PH)，既可以是馬氏體型，也可以是半奧氏體型，是一種單獨的分類。
3.判斷不銹鋼屬于哪種類型，能幫助評估其機械加工性及挑選所需刀具。在切削刀具的設計中，不銹鋼的種類是決定刀具幾何形狀、甄選刀具材料（尤其是硬質合金刀具），確定冷卻供應的主要因素。
從機械加工性的視角來看，鐵素體不銹鋼及馬氏體不銹鋼與高合金鋼非常相似。因此，ISO 513標準規約了刀具應用的主要種類，將鐵素體不銹鋼和馬氏體不銹鋼歸類至ISO P材料組。然而，奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼及沉淀硬化不銹鋼的情況是完全不同的。以上類型不銹鋼機械加工性較差，依據其加工性而歸類至ISO M材料組。
機械加工性還受到熱處理的影響。在加工ISO M類不銹鋼時，源于這類材料的機械加工性差，刀具切削刃處于重載工況：一旦鋼的熱傳導性開始變差，高溫就會引起熱裂；自硬性，源于加工過程中材料的變形，導致塑性變形及破裂；材料強度高導致疲勞磨損及破損；材料的粘附性趨勢導致積屑瘤的產生。
ISO S材料組的應用主要考慮高溫超級合金(HTSA)，鈦及鈦合金的加工。在眾多的HTSA材料中，有鐵基合金，事實上，也被稱作耐熱不銹鋼，其機械加工性較不銹鋼材料就差了很多。
因此，不銹鋼作為一種工程材料的大類，因元素含量、性能及機械加工性而各不相同。加工不銹鋼需要切削刀具，刀具具有不同的切削形狀，刀具牌號，涵蓋了三種主要材料組：ISO P，ISO M及ISO S。
金屬加工行業對用于不銹鋼加工的刀具需求呈增長態勢，切削刀具制造商們一直在為工業增長的需求尋找適合的答復。盡管不銹鋼的加工歷時已久，切削刀具制造商們仍努力探尋能帶來技術創新的進展及提高現有解決方案的新可能性。來自全球切削刀具領軍企業之一伊斯卡的最新產品，恰是致力于此。
車削刀具
基于經驗累積，伊斯卡研發了三種ISO車刀片斷屑槽。這些斷屑槽，定義了刀片前刀面的形狀，被命名為R3M, M3M 及F3M，指定了主要應用領域：不銹鋼的粗車加工、半精車加工及精車加工。被應用于雙面負型車刀片及單面正型車刀片的斷屑槽設計。該斷屑槽的典型特征是具有特定形狀的卷屑臺以實現更佳的切屑控制，波紋狀卷屑臺有助于使得刀片免于受到來自切屑的破壞。在設計階段就通過切屑流3D建模對卷屑臺的形狀設計做出極大的貢獻。為幫助用戶能識別出各斷屑槽型，在刀片中心孔周邊刻印了圖案，每一類型的斷屑槽均以不同數量的齒輪形圖案做出特征標識。
在金屬加工領域，瑞士自動機床非常適用于小規格不銹鋼件的加工，特別是航空工業及醫療器械工業。伊斯卡最近推出帶新型NX斷屑槽的車削-切槽刀片，豐富了SWISSCUT INNOVAL系列，該系列是專為瑞士自動機床而特別研制的。新型斷屑槽大大改善了在不銹鋼加工中對切屑的控制。在前面的案例中，切屑成型的3D建模有助于找到優化的切屑形狀。
在切斷及切槽方面，伊斯卡發布了兩種全新的硬質合金牌號用于不銹鋼的加工，采用了TiAlN（PVD）涂層：IC1010用于中-高速切削；IC1030用于低-中速切削。在伊斯卡專家看來，對伊斯卡最為前沿的硬質合金牌號施予后涂層處理技術（SUMOTEC），結合新的斷屑槽能使得刀具性能更佳，刀具壽命更高。
旋轉刀具
切削刀具的技術性能在很大程度上取決于其特性。在不銹鋼鉆削加工方面，伊斯卡最新的研發都意在創生出更佳的刀具材料，順勢推出兩種新型硬質合金牌號：IC806及IC5500。IC806牌號采用了PVD物理涂層，主要用于難加工的耐熱不銹鋼（ISO S材料組及ISO M材料組）的深孔鉆削；而IC5500牌號，其特點是不僅采用了新的硬質合金基體而且采用了CVD化學涂層，確保在鐵素體不銹鋼及馬氏體不銹鋼（ISO P材料組）的鉆削加工中具有高性能。
IC5500牌號在鉆削加工中效果顯著，對該牌號應用領域的擴張帶來了直接的影響，最終被可轉位銑刀系列所采納。裝夾圓刀片的銑刀系列最近擴展了新銑刀，用于輪廓表面的加工，特別是渦輪葉片表面的加工。新刀片提供兩種設計版本。第一個版本由IC5820牌號制成，用于加工奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼以及沉淀硬化不銹鋼（ISO M材料組及 ISO S材料組）。第二個版本由IC5500牌號制成，用于加工鐵素體不銹鋼及馬氏體不銹鋼（ISO P材料組）。IC5500牌號，不僅在鉆削加工中得到驗證，而且作為圓刀片的牌號也顯著提高了切削速度。
伊斯卡最近研發的帶5個螺旋槽的整體硬質合金立銑刀系列為在奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼以及沉淀硬化不銹鋼（ISO M材料組及 ISO S材料組）的加工提供了有意思的解決方案。立銑刀概念利用了防振原理，具有不等螺距和不等螺旋角，被納入伊斯卡防振產品。新增元素是副切削刃磨損控制結構。立銑刀由PVD涂層的超細晶粒硬質合金牌號IC608制成。立銑刀復合了防振式切入，副切削刃，強固的錐形芯，先進的耐磨牌號而設計，帶來了顯著提高的刀具壽命。
高效冷卻—進階成功之路
在難加工不銹鋼材料的加工中，在諸多案例中，高效冷卻是性能優化的一個因素。幾年前推出的TANGSLIT槽銑刀，冷卻液流經冷卻通道直達每一切削刃，為用戶提供了合理的解決方案。該槽銑刀，既適用于低壓冷卻（最高冷卻壓力為10bar），也適用于高壓冷卻（最高冷卻壓力為340bar），切削速度最大能提高50%，確保高效排屑，提高了被加工表面質量。
隨著加工領域對高壓冷卻應用需求的增長，伊斯卡推出適用于螺紋加工的帶冷卻通道的新式刀夾。該刀夾夾持帶10個切削刃的高經濟性刀片。
結語
市場不斷對不銹鋼加工提出訴求更多高效刀具的需求，需要切削刀具制造商做出適當的反饋。高度勝任，高度專業，加上主動創新精神，是這里的決定因素，也是前進之路。伊斯卡保持決心，并將在今后秉承這一套做法持續發展。
（來源：伊斯卡刀具；作者：伊斯卡技術經理 Andrei Petrilin）
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