摘要 一、刀具需求繼續(xù)增長(zhǎng)隨著經(jīng)濟(jì)景氣的擴(kuò)大,日本制造業(yè)的設(shè)備開動(dòng)率維持在高水平。在此背景下,2005年日本的機(jī)床用刀具的生產(chǎn)額比前一年增加了15.7%,連續(xù)兩年實(shí)現(xiàn)以兩位數(shù)增長(zhǎng)。從20...
一、刀具需求繼續(xù)增長(zhǎng) 隨著經(jīng)濟(jì)景氣的擴(kuò)大,日本制造業(yè)的設(shè)備開動(dòng)率維持在高水平。在此背景下,2005年日本的機(jī)床用刀具的生產(chǎn)額比前一年增加了15.7%,連續(xù)兩年實(shí)現(xiàn)以兩位數(shù)增長(zhǎng)。從2003年開始的景氣擴(kuò)大傾向在2006年仍將持續(xù),制造業(yè)的生產(chǎn)依然看好,因此預(yù)計(jì)機(jī)床用刀具的需求仍將維持在高水平。處在堅(jiān)挺的需求環(huán)境中的各刀具廠家,為了更進(jìn)一步提高對(duì)顧客的服務(wù)質(zhì)量和擴(kuò)大需求,正傾力開發(fā)高速高效、多功能、適合環(huán)保等的刀具產(chǎn)品。
2006年刀具需求繼續(xù)擴(kuò)大
機(jī)床用刀具2005年的生產(chǎn)額比前一年增加15.7%,達(dá)4533.55億日元。這反映出不僅在日本國(guó)內(nèi),還隨著海外生產(chǎn)擴(kuò)大需求激增的汽車關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)以及模具、數(shù)碼家電等整個(gè)產(chǎn)業(yè)景氣的恢復(fù),市場(chǎng)生氣勃勃。生產(chǎn)額占整個(gè)刀具55.9%的超硬刀具同比增加19.1%,為2532.17億日元;特殊鋼刀具同比增加15.5%,為1024.78億日元;金剛石刀具增加了6.8%,為748.92億日元。除了金剛石刀具外,均達(dá)到兩位數(shù)增長(zhǎng)。
2006年,機(jī)床用刀具的需求因國(guó)內(nèi)制造業(yè)生產(chǎn)活躍和外需仍然維持高水平,所以依然看好。處在堅(jiān)挺的需求環(huán)境中的各刀具廠家,為了更進(jìn)一步提高對(duì)顧客的服務(wù)質(zhì)量和擴(kuò)大需求,正傾力開發(fā)新產(chǎn)品和開拓新銷路。
在占機(jī)床用刀具整個(gè)生產(chǎn)額55.9%(2005年)的超硬刀具中,超硬刀片比前一年增加了17.6%,超硬鉆頭增加了35.2%,超硬立銑刀增加了37.9%,增長(zhǎng)均達(dá)到兩位數(shù),維持了良好的勢(shì)頭。超硬刀具業(yè)界自“泡沫經(jīng)濟(jì)”崩潰后,一直將需求規(guī)模超過2000億日元看作景氣好,而低于 2000億日元?jiǎng)t視為不景氣。1992~2005年之間,超過2000億日元的有5次,而低于2000億日元的有9次,但現(xiàn)在這個(gè)景氣的分歧點(diǎn)被頂了上來。超硬刀具2005年的出口也很順利,比前一年增加了17.8%,為683億日元,特別是對(duì)以中國(guó)為主的東南亞的出口出現(xiàn)了高增長(zhǎng),出口比率為 23.3%,創(chuàng)歷史新高。
多樣的刀具特性,快速的應(yīng)對(duì)方案
作為刀具主要客戶的機(jī)床業(yè),高速高精度化、多軸多功能化和適應(yīng)環(huán)保的技術(shù)開發(fā)正取得進(jìn)展,隨之也要求刀具的開發(fā)要適應(yīng)這種技術(shù)進(jìn)步。于是,展開了適應(yīng)高速銑削的、多功能化的、直徑微小化的、適應(yīng)干式加工的等涉及眾多方面的刀具開發(fā)工作。
隨著機(jī)床的高剛性、高速高精度化,CBN(立方氮化硼)和金剛石刀具成為高速、高性能、高精度加工不可缺少的工具。
在淬火鋼、燒結(jié)合金和鑄鐵等難切削材料加工領(lǐng)域,追求高速、高效、高精度和長(zhǎng)壽命的CBN刀具新產(chǎn)品和新材質(zhì)的開發(fā)競(jìng)爭(zhēng)正如火如荼。燒結(jié)合金材料用金屬陶瓷刀具也可以加工,隨著在材料中使用比例的增加,已進(jìn)化成更堅(jiān)硬、更強(qiáng)韌和更難加工的材料。而且,由于零件形狀的復(fù)雜化和對(duì)尺寸精度的要求越來越高,CBN刀具的適用范圍在不斷增加。舉例來說,也有這樣的產(chǎn)品:針對(duì)多種材料特性和諸多形狀的燒結(jié)合金,將幾種刀尖形狀處理的刀具進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)存,從高精度加工到對(duì)高強(qiáng)度材料的強(qiáng)斷加工,對(duì)所有的燒結(jié)合金材料都可以實(shí)施高速和高效加工。
另一方面,金剛石刀具令人矚目的不是材料面、釬焊刀和鉸刀等新產(chǎn)品,而是刀片可換式刀具和銑刀等新產(chǎn)品。最近,為適應(yīng)高速加工機(jī)床的普及,在市場(chǎng)上出現(xiàn)了小型輕量化的刀具和立銑刀。
現(xiàn)在市場(chǎng)上開始銷售一種主要用于模具粗加工、切屑排出量是傳統(tǒng)銑刀10倍以上的刀片可換式刀具。模具自由曲面的加工向來是使用球頭立銑刀,但這種球頭刀刃上不但容易算出刀具對(duì)自由曲面的軌跡,而且有許多缺點(diǎn),如球頭尖端橫刃的切削性差,進(jìn)給量和殘留將影響加工面質(zhì)量,而要改善加工面,刀具的切削長(zhǎng)度將變得很大等。作為解決這些問題的方法,RC立銑刀的使用日益增多。
高耐磨性、高耐熱性和高強(qiáng)韌性
為了適應(yīng)高速銑削加工,要求刀具有高耐磨性、高耐熱性和高強(qiáng)韌性。于是,在超微粒子基體上施加復(fù)合多層膜涂層來提高切削功能的超硬立銑刀等產(chǎn)品不斷增多。
超微粒子超硬合金是將材料的粒度微粒化至lμm以下,使其增加抗彎能力和提高韌性。其中也有使用幾納米(納米是十億分之一米)的超微細(xì)粒子的。在加工中,當(dāng)工件直徑小或立銑刀直徑小時(shí),回轉(zhuǎn)數(shù)有限難以實(shí)現(xiàn)高速切削,因?yàn)閭鹘y(tǒng)的超硬刀具會(huì)發(fā)生崩裂。而超微粒子超硬合金刀具由于韌性高,可以將刀刃設(shè)定為大前角,從而切削出良好的加工面。
復(fù)合涂層是將多種涂層材料組合起來,一層又一層地涂覆在基體上,以提高刀具切削性能。例如,為了減小與切屑的摩擦,最外層可以涂覆氮化鈦涂層;為了提高耐粘附性和前刀面的耐磨性,第二層可以使用氧化鋁涂層,為了提高前、后刀面的耐磨性,第三層可以使用碳化鈦涂層。
在刀具表面涂覆多層膜,可使硬度提高到2500~3000Hv,且耐熱性顯著改善,在850~900℃的高溫下刀具材料也不會(huì)發(fā)生氧化,仍可保持硬度。由于涂層是多層涂覆的,因此韌性提高,表層發(fā)生裂紋也難以擴(kuò)展,可以防止刀具崩刃。
已經(jīng)被實(shí)際使用的涂層材料除了適合高速切削鋼的碳化鈦和氮化鈦以外,還有金剛石和CBN。當(dāng)然,由于金剛石涂層在切削過程中因溫度上升會(huì)分解為石墨,因此不適合用于含碳的鋼的切削,通常用于鋁等輕合金材料的高速切削。最近,為滿足高硬度鋼的高速切削和軟鋼的高效率加工需求,涂覆有納米微細(xì)晶粒的硅系納米涂層刀具等也出現(xiàn)了。
為減輕環(huán)境負(fù)荷而使用新技術(shù)
對(duì)金屬材料進(jìn)行涂層處理,可以防止金屬的劣化和磨損,也出現(xiàn)了將此作為新技術(shù)發(fā)展的機(jī)遇。
成形技術(shù)的進(jìn)步使得能夠自由地制造各種形狀的刀具,這也有助于提高刀具性能。在改善刀具形狀設(shè)計(jì)方面,有正在開發(fā)中的強(qiáng)力型4刃立銑刀,這種刀具由于材質(zhì)的提高,增加了每刃排屑量,提高了加工效率,可比傳統(tǒng)的2刃立銑刀效率提高4倍。為縮短對(duì)模具等工件的高精度精加工時(shí)間,正在開發(fā)的新型刀具形狀設(shè)計(jì)還有:將切削刃開到刀尖中心以實(shí)現(xiàn)良好面加工的立銑刀、將球頭立銑刀的刀刃形狀改為橢圓形以加大加工件接觸面的橢圓立銑刀等。此外,還有通過提高刀片、刀頭夾緊裝置的精度和強(qiáng)度以減小振擺和誤差的高品位加工刀具等。
除了改善刀具最基本的耐磨性和耐熱性以外,出于環(huán)保考慮、適合干式切削的刀具開發(fā)也十分活躍。由于干式切削不使用冷卻液,因此要求刀具對(duì)工件有潤(rùn)滑特性。作為生態(tài)環(huán)境保護(hù)的對(duì)應(yīng)技術(shù),建議使用通過壓縮空氣將微量切削油霧化來實(shí)現(xiàn)冷卻潤(rùn)滑的MQL切削等新技術(shù),以減輕環(huán)境負(fù)荷。例如,進(jìn)行AlCrSiN涂層后可以不使用任何切削油進(jìn)行高至80m/min高速干式切削的AT涂層高速鋼立銑刀正投入市場(chǎng)。
正如利用一臺(tái)復(fù)合加工機(jī)床可以完成多個(gè)加工工序一樣,刀具行業(yè)也在開發(fā)用一把刀具可以進(jìn)行溝槽、側(cè)面、孔等多種加工的多功能型刀具,以此實(shí)現(xiàn)縮短換刀時(shí)間和無需刀具預(yù)調(diào)帶來的高精度和高效率。