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四季度行业投资:小金属品
开发纳米涂层刀具,降低加工成本
作者:佚名    文章来源:中国刀具商务网    更新时间:2009-8-11 11:57:24

开发纳米涂层刀具,降低加工成本


目前,各工具厂商都在大力开发涂层技术。如果仅仅局限于改进基体材料硬质合金和高速钢,并不能从原材料方面进一步改善刀具的性能,因此,只有开展优异的涂层材料,才能使刀具性能得到突破性的提高。

  掌握涂层工艺的关键技术

  近10年来,工具行业已广泛采用TiAlN涂层,但仅仅对已有涂层工艺的改进,已不能满足当前用户对刀具性能提出的更高要求。

  鉴于此,日立工具公司提出了新的涂层概念,即促使镀膜晶体组织微细化。经过与欧洲工具厂商的共同研究,开发成功一种全新的涂层炉,该装置可生成由纳米级晶粒组成的镀膜,由此而出现了纳米涂层这一新的技术概念。纳米1mm的百万分之一单位。迄今为止,日立工具公司是全世界首家成功开发如此微细化涂层技术的公司。由于晶粒达到纳米级微细程度,镀膜不会出现多孔间隙,这可大大抑制切削加工过程中镀膜出现氧化现象。不产生氧化,也就不会损伤刀具切削锋利度,同时,还可保持较长的使用寿命。

  纳米涂层新型切削工具

  目前,采用纳米涂层技术开发出来的镀膜有两种,一种是以TiSiN为主要成分的“TH涂层,一种是以CrSiN为主要成分的“CS涂层。前者主要用于高硬度材料的加工,后者主要用于低硬度及软质材料的加工,这两种涂层刀具均已于2002年初投放市场。表1所示为PVD涂层各种镀膜的性能。

  表1 PVD涂层各种镀膜的性能

 

  “TH涂层彻底改变了加工高硬度材料时,TiAlN系镀膜长期以来未能解决的镀膜氧化和硬度欠佳问题。TH镀膜表面有5nm级超细晶粒规则排列,高速加工时,可防止氧气进入镀膜内部,因此可有效抑制氧化发生。TH镀膜氧化起始温度为1100,硬度达3600HV,从而大大超过了TiAlN系镀膜性能,对各种极难加工的高硬度材料,均可进行稳定的高速刻模加工。

  “CS涂层重点在降低摩擦系数,以便抑制在低硬度材料高速加工时切削刃出现的粘附问题。粘附严重,势必损伤加工表面质量,同时也会缩短刀具自身寿命。CS镀膜是在原用低摩擦系数涂层CrN的基础上,又添加Si。仅有CrN成分,在加工时氧化严重,添加Si并使镀膜晶粒微细化,从而大幅度降低了摩擦系数。用CrSiN涂层刀具加工铝及不锈钢等难加工材料时,效果极为显着

  日立工具公司20027月又开发出一种以TiBoN为主要成分的新镀膜“TB涂层,此种涂层虽然不是纳米涂层,但以B()为主要成分的镀膜,在世界上尚属首创。TB镀膜也是以降低摩擦系数为目的,但与前述CS镀膜不同,它在高温条件下仍可保持优异的低摩擦特性,在每齿进给量超过1mm的重型强力切削等加工中,可大幅度抑制因高切削负荷带来的月牙洼磨损。
加工成本降低50%

  日立工具公司有关人士指出,新型镀膜并非使工具延长寿命的涂层,而是一种旨在提高工具性能,从而大力缩短加工时间的镀膜

  在目前通货紧缩的情况下,应尽可能不增加用户的工作量,延长加工时间,采用小批量生产去创造效益,为此,关键的措施是必须使加工成本大幅度降低。生产成本中,工具费用仅占5%,电力及人工费用等加工费用占了生产成本的大部分。

  日立工具公司将新开发的工具应用在高性能机床上,在最佳的加工时段内进行生产,从而起到实实在在的降低加工成本的效果。该公司近期开展了一个让加工费用减少一半的“PRODUCTION 50”活动,并利用传统的加工费用计算公式,举出具体实例数据,显示出实际降低加工成本的效果。表2和表3为纳米涂层刀具对缩减加工成本的作用。

  表2 TH涂层刀具高速加工拉伸模材料SKD11(60HRC)时加工费用缩减情况

 

  表3 CS涂层刀具高速加工塑料模具材料PXZ时加工费用缩减情况

 

  工具行业为了满足用户希望降低工具费用的要求,大都着力在如何削减刀具的价格,而“PRODUCTION 50”的最大特点,并不是降低刀具的价格。日立工具公司认为,在不降低刀具价格的前提下,使用该公司的工具产品,仍能获得良好效益。从流通方面来看,不降低工具价格,可保证经销商有较高的盈利率,工具生产商也可获得良好收益。可见“PRODUCTION 50”不仅对用户有利,对制造商、经销商也同样有好处。该公司认为“PRODUCTION 50”是一种一举三得多赢指标。公司对此进行了广泛的调研活动,结果表明,目前在机械加工行业内对该公司的这种理念尚未全面认同,多赢效果的体现也需要时间来证实;当前,仍有不少用户舍不得在工具方面稍微追加一些费用,对盈利率的理解也尚未完全统一。因此,该公司倡导的减少加工费用50%”的活动,目前还处于起动阶段。

  追求高效益

  日立工具公司认为,任何一种工具都不能满足一切用户的需求,价格低廉的产品是这样,功能、价格很高的产品也是如此,它们都有自己特定的适用领域。高效益的工具,必然面向追求高效益的用户。该公司今后拟大力采用纳米涂层技术,开发更多高性能的工具制品;迄今尚未采用新型涂层的部分产品,将逐步改用新型涂层,计划到2004年末,公司工具制品将全部采用新型涂层。纳米涂层技术除用于工具制品外,目前正在探讨如何有效地将其用于模具及其他零件的表面处理。

 


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