開發(fā)納米涂層刀具，降低加工成本
目前，各工具廠商都在大力開發(fā)涂層技術(shù)。如果僅僅局限于改進基體材料硬質(zhì)合金和高速鋼，并不能從原材料方面進一步改善刀具的性能，因此，只有開展優(yōu)異的涂層材料，才能使刀具性能得到突破性的提高。
掌握涂層工藝的關(guān)鍵技術(shù)
近10年來，工具行業(yè)已廣泛采用TiAlN涂層，但僅僅對已有涂層工藝的改進，已不能滿足當前用戶對刀具性能提出的更高要求。
鑒于此，日立工具公司提出了新的涂層概念，即促使鍍膜晶體組織微細化。經(jīng)過與歐洲工具廠商的共同研究，開發(fā)成功一種全新的涂層爐，該裝置可生成由納米級晶粒組成的鍍膜，由此而出現(xiàn)了“納米涂層”這一新的技術(shù)概念。“納米”是1mm的百萬分之一單位。迄今為止，日立工具公司是全世界首家成功開發(fā)如此微細化涂層技術(shù)的公司。由于晶粒達到納米級微細程度，鍍膜不會出現(xiàn)多孔間隙，這可大大抑制切削加工過程中鍍膜出現(xiàn)氧化現(xiàn)象。不產(chǎn)生氧化，也就不會損傷刀具切削鋒利度，同時，還可保持較長的使用壽命。
納米涂層新型切削工具
目前，采用納米涂層技術(shù)開發(fā)出來的鍍膜有兩種，一種是以TiSiN為主要成分的“TH涂層”，一種是以CrSiN為主要成分的“CS涂層”。前者主要用于高硬度材料的加工，后者主要用于低硬度及軟質(zhì)材料的加工，這兩種涂層刀具均已于2002年初投放市場。表1所示為PVD涂層各種鍍膜的性能。
表1 PVD涂層各種鍍膜的性能
“TH涂層”徹底改變了加工高硬度材料時，TiAlN系鍍膜長期以來未能解決的鍍膜氧化和硬度欠佳問題。TH鍍膜表面有5nm級超細晶粒規(guī)則排列，高速加工時，可防止氧氣進入鍍膜內(nèi)部，因此可有效抑制氧化發(fā)生。TH鍍膜氧化起始溫度為1100℃，硬度達3600HV，從而大大超過了TiAlN系鍍膜性能，對各種極難加工的高硬度材料，均可進行穩(wěn)定的高速刻模加工。
“CS涂層”重點在降低摩擦系數(shù)，以便抑制在低硬度材料高速加工時切削刃出現(xiàn)的粘附問題。粘附嚴重，勢必損傷加工表面質(zhì)量，同時也會縮短刀具自身壽命。CS鍍膜是在原用低摩擦系數(shù)涂層CrN的基礎(chǔ)上，又添加Si。僅有CrN成分，在加工時氧化嚴重，添加Si并使鍍膜晶粒微細化，從而大幅度降低了摩擦系數(shù)。用CrSiN涂層刀具加工鋁及不銹鋼等難加工材料時，效果極為顯著
日立工具公司2002年7月又開發(fā)出一種以TiBoN為主要成分的新鍍膜“TB涂層”，此種涂層雖然不是納米涂層，但以B(硼)為主要成分的鍍膜，在世界上尚屬首創(chuàng)。TB鍍膜也是以降低摩擦系數(shù)為目的，但與前述CS鍍膜不同，它在高溫條件下仍可保持優(yōu)異的低摩擦特性，在每齒進給量超過1mm的重型強力切削等加工中，可大幅度抑制因高切削負荷帶來的月牙洼磨損。
加工成本降低50%
日立工具公司有關(guān)人士指出，新型鍍膜“并非使工具延長壽命的涂層，而是一種旨在提高工具性能，從而大力縮短加工時間的鍍膜”。
在目前通貨緊縮的情況下，應盡可能不增加用戶的工作量，延長加工時間，采用小批量生產(chǎn)去創(chuàng)造效益，為此，關(guān)鍵的措施是必須使加工成本大幅度降低。生產(chǎn)成本中，工具費用僅占5%，電力及人工費用等加工費用占了生產(chǎn)成本的大部分。
日立工具公司將新開發(fā)的工具應用在高性能機床上，在最佳的加工時段內(nèi)進行生產(chǎn)，從而起到實實在在的降低加工成本的效果。該公司近期開展了一個讓加工費用減少一半的“PRODUCTION 50”活動，并利用傳統(tǒng)的加工費用計算公式，舉出具體實例數(shù)據(jù)，顯示出實際降低加工成本的效果。表2和表3為納米涂層刀具對縮減加工成本的作用。
表2 用TH涂層刀具高速加工拉伸模材料SKD11(60HRC)時加工費用縮減情況
表3 用CS涂層刀具高速加工塑料模具材料PXZ時加工費用縮減情況
工具行業(yè)為了滿足用戶希望降低工具費用的要求，大都著力在如何削減刀具的價格，而“PRODUCTION 50”的最大特點，并不是降低刀具的價格。日立工具公司認為，在不降低刀具價格的前提下，使用該公司的工具產(chǎn)品，仍能獲得良好效益。從流通方面來看，不降低工具價格，可保證經(jīng)銷商有較高的盈利率，工具生產(chǎn)商也可獲得良好收益�？梢�“PRODUCTION 50”不僅對用戶有利，對制造商、經(jīng)銷商也同樣有好處。該公司認為“PRODUCTION 50”是一種“一舉三得”的“多贏”指標。公司對此進行了廣泛的調(diào)研活動，結(jié)果表明，目前在機械加工行業(yè)內(nèi)對該公司的這種理念尚未全面認同，“多贏”效果的體現(xiàn)也需要時間來證實；當前，仍有不少用戶舍不得在工具方面稍微追加一些費用，對盈利率的理解也尚未完全統(tǒng)一。因此，該公司倡導的“減少加工費用50%”的活動，目前還處于起動階段。
追求高效益
日立工具公司認為，任何一種工具都不能滿足一切用戶的需求，價格低廉的產(chǎn)品是這樣，功能、價格很高的產(chǎn)品也是如此，它們都有自己特定的適用領(lǐng)域。高效益的工具，必然面向追求高效益的用戶。該公司今后擬大力采用納米涂層技術(shù)，開發(fā)更多高性能的工具制品；迄今尚未采用新型涂層的部分產(chǎn)品，將逐步改用新型涂層，計劃到2004年末，公司工具制品將全部采用新型涂層。納米涂層技術(shù)除用于工具制品外，目前正在探討如何有效地將其用于模具及其他零件的表面處理。
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