摘要 一、刀具需求繼續增長隨著經濟景氣的擴大,日本制造業的設備開動率維持在高水平。在此背景下,2005年日本的機床用刀具的生產額比前一年增加了15.7%,連續兩年實現以兩位數增長。從20...
一、刀具需求繼續增長 隨著經濟景氣的擴大,日本制造業的設備開動率維持在高水平。在此背景下,2005年日本的機床用刀具的生產額比前一年增加了15.7%,連續兩年實現以兩位數增長。從2003年開始的景氣擴大傾向在2006年仍將持續,制造業的生產依然看好,因此預計機床用刀具的需求仍將維持在高水平。處在堅挺的需求環境中的各刀具廠家,為了更進一步提高對顧客的服務質量和擴大需求,正傾力開發高速高效、多功能、適合環保等的刀具產品。
2006年刀具需求繼續擴大
機床用刀具2005年的生產額比前一年增加15.7%,達4533.55億日元。這反映出不僅在日本國內,還隨著海外生產擴大需求激增的汽車關聯產業以及模具、數碼家電等整個產業景氣的恢復,市場生氣勃勃。生產額占整個刀具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,均達到兩位數增長。
2006年,機床用刀具的需求因國內制造業生產活躍和外需仍然維持高水平,所以依然看好。處在堅挺的需求環境中的各刀具廠家,為了更進一步提高對顧客的服務質量和擴大需求,正傾力開發新產品和開拓新銷路。
在占機床用刀具整個生產額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%,增長均達到兩位數,維持了良好的勢頭。超硬刀具業界自“泡沫經濟”崩潰后,一直將需求規模超過2000億日元看作景氣好,而低于 2000億日元則視為不景氣。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,但現在這個景氣的分歧點被頂了上來。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,特別是對以中國為主的東南亞的出口出現了高增長,出口比率為 23.3%,創歷史新高。
多樣的刀具特性,快速的應對方案
作為刀具主要客戶的機床業,高速高精度化、多軸多功能化和適應環保的技術開發正取得進展,隨之也要求刀具的開發要適應這種技術進步。于是,展開了適應高速銑削的、多功能化的、直徑微小化的、適應干式加工的等涉及眾多方面的刀具開發工作。
隨著機床的高剛性、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、燒結合金和鑄鐵等難切削材料加工領域,追求高速、高效、高精度和長壽命的CBN刀具新產品和新材質的開發競爭正如火如荼。燒結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,已進化成更堅硬、更強韌和更難加工的材料。而且,由于零件形狀的復雜化和對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,也有這樣的產品:針對多種材料特性和諸多形狀的燒結合金,將幾種刀尖形狀處理的刀具進行標準庫存,從高精度加工到對高強度材料的強斷加工,對所有的燒結合金材料都可以實施高速和高效加工。
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品,而是刀片可換式刀具和銑刀等新產品。最近,為適應高速加工機床的普及,在市場上出現了小型輕量化的刀具和立銑刀。
現在市場上開始銷售一種主要用于模具粗加工、切屑排出量是傳統銑刀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自由曲面的軌跡,而且有許多缺點,如球頭尖端橫刃的切削性差,進給量和殘留將影響加工面質量,而要改善加工面,刀具的切削長度將變得很大等。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、高耐熱性和高強韌性
為了適應高速銑削加工,要求刀具有高耐磨性、高耐熱性和高強韌性。于是,在超微粒子基體上施加復合多層膜涂層來提高切削功能的超硬立銑刀等產品不斷增多。
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)的超微細粒子的。在加工中,當工件直徑小或立銑刀直徑小時,回轉數有限難以實現高速切削,因為傳統的超硬刀具會發生崩裂。而超微粒子超硬合金刀具由于韌性高,可以將刀刃設定為大前角,從而切削出良好的加工面。
復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發生氧化,仍可保持硬度。由于涂層是多層涂覆的,因此韌性提高,表層發生裂紋也難以擴展,可以防止刀具崩刃。
已經被實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。當然,由于金剛石涂層在切削過程中因溫度上升會分解為石墨,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,涂覆有納米微細晶粒的硅系納米涂層刀具等也出現了。
為減輕環境負荷而使用新技術
對金屬材料進行涂層處理,可以防止金屬的劣化和磨損,也出現了將此作為新技術發展的機遇。
成形技術的進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。在改善刀具形狀設計方面,有正在開發中的強力型4刃立銑刀,這種刀具由于材質的提高,增加了每刃排屑量,提高了加工效率,可比傳統的2刃立銑刀效率提高4倍。為縮短對模具等工件的高精度精加工時間,正在開發的新型刀具形狀設計還有:將切削刃開到刀尖中心以實現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,出于環保考慮、適合干式切削的刀具開發也十分活躍。由于干式切削不使用冷卻液,因此要求刀具對工件有潤滑特性。作為生態環境保護的對應技術,建議使用通過壓縮空氣將微量切削油霧化來實現冷卻潤滑的MQL切削等新技術,以減輕環境負荷。例如,進行AlCrSiN涂層后可以不使用任何切削油進行高至80m/min高速干式切削的AT涂層高速鋼立銑刀正投入市場。
正如利用一臺復合加工機床可以完成多個加工工序一樣,刀具行業也在開發用一把刀具可以進行溝槽、側面、孔等多種加工的多功能型刀具,以此實現縮短換刀時間和無需刀具預調帶來的高精度和高效率。