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刀具涂層的表面光滑技術(shù)

發(fā)布時(shí)間:2013-08-08

  目前,在全球機(jī)械加工行業(yè)中,日本的機(jī)床和切削刀具以其優(yōu)良的性能和品質(zhì)獲得了很高評(píng)價(jià),并被廣泛使用。對(duì)于可轉(zhuǎn)位刀片而言,半數(shù)以上使用了涂層牌號(hào),從而保證了切削刃的耐磨性與韌性之間的平衡。

  雖然日本生產(chǎn)的涂層刀具進(jìn)入國際市場較晚,但由于不斷投入先進(jìn)技術(shù),使其在世界涂層刀具領(lǐng)域已步入技術(shù)領(lǐng)先的地位。日本各工具制造廠正夜以繼日地研發(fā)新技術(shù)并投入涂層刀具生產(chǎn)中。本文以三菱材料公司開發(fā)并運(yùn)用于產(chǎn)品中的新技術(shù)為例,介紹涂層刀具技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r。

  1.從市場需求看涂層刀具的技術(shù)發(fā)展前景

  從提高產(chǎn)品精度和質(zhì)量、降低環(huán)境污染的角度出發(fā),日本國內(nèi)的機(jī)械制造業(yè)在生產(chǎn)現(xiàn)場展開了一場轟轟烈烈的生產(chǎn)技術(shù)和加工技術(shù)革新。

  但在加工技術(shù)的革新過程中,涂層刀具的某些性能事實(shí)上并沒有完全達(dá)到用戶的要求,影響刀具壽命的切屑粘結(jié)現(xiàn)象就是其中之一。就是說,雖然涂層刀具在耐磨性能和耐崩刃性能上取得了飛躍發(fā)展,但在如何克服切屑粘結(jié)現(xiàn)象以提高性能方面還不夠先進(jìn)。這種切屑粘結(jié)現(xiàn)象造成的損害在以不銹鋼、球墨鑄鐵為代表的難切削材料的加工中時(shí)有發(fā)生。因?yàn)樗鼘儆诜钦Dp,且難以預(yù)料,所以刀具壽命的變化幅度較大。由于存在這種不穩(wěn)定因素,通常在加工時(shí)不得不把可加工工件數(shù)指標(biāo)設(shè)定得較低,這在一定程度上影響了加工成本的降低。

  因此,通過提高刀具切削刃的表面光滑性,防止刀具與被切削材料產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象,從而獲得加工性能改善的切削刀片就顯得尤為重要。雖然這些表面光滑技術(shù)都是以最大限度地發(fā)揮涂層材料本身的耐磨耗性能,從而提高加工穩(wěn)定性為目的,但各個(gè)公司采用的策略和方法卻各有不同,有的是采用機(jī)械方法,有的則是通過改善涂層組織來獲得表面光滑的切削刃。

  2.表面光滑技術(shù)所適用的產(chǎn)品

  在CVD涂層刀片常用的加工速度范圍內(nèi),由于切削刃要承受500℃以上的高溫,因此多數(shù)基體材料上都涂覆了熱穩(wěn)定性能優(yōu)良的A12O3膜。A12O3涂層屬于結(jié)晶性陶瓷,如果為了提高耐磨性而涂得太厚,鍍膜表面的凹凸度也會(huì)隨之增加,表面粗糙度加大。在切削過程中,被切削材料容易粘結(jié)在刀具表面,且在斷續(xù)切削時(shí)難以有效地分散加工沖擊力,從而容易導(dǎo)致積屑瘤、崩刃等異常損傷的發(fā)生。

  三菱材料公司很早就開始進(jìn)行利用涂層刀具表面光滑技術(shù)來提高刀具切削性能的研發(fā)工作,并實(shí)施了多項(xiàng)研發(fā)成果。作為第一項(xiàng)應(yīng)用于產(chǎn)品的表面光滑技術(shù),在用于高速車削不銹鋼的刀片牌號(hào)US7020上,經(jīng)CVD涂層后實(shí)施了機(jī)械處理的表面光滑技術(shù)。在強(qiáng)韌的硬質(zhì)合金基體材料上涂覆了以柱狀晶TiCN膜和微粒光滑的A12O3膜為主體的多層硬質(zhì)膜后,該涂層刀具在不銹鋼的切削加工中顯示出優(yōu)良的切削性能,再加上采用了如前所述的表面光滑技術(shù),有效抑制了被切削材料對(duì)切削刃的粘結(jié)現(xiàn)象。對(duì)于不銹鋼加工而言,即使在V=200m/min的高速切削的條件下,也能保證穩(wěn)定的刀具壽命。

  另外,在用于車削鋼材的代表性刀片牌號(hào)UE6010和UE6020上也可采用表面光滑技術(shù)。適用于上述材質(zhì)的表面光滑技術(shù)稱為“光滑涂層技術(shù)”,是采用特殊的CVD技術(shù),通過控制涂層生長來獲得光滑的涂層表面。它是一種非機(jī)械處理方式,可在不損傷涂層的情況下實(shí)現(xiàn)涂層表面的光滑性。

  3.最佳的“全黑超級(jí)光滑涂層”技術(shù)

  在車削加工鑄鐵用的最新刀片牌號(hào)UC5105和UC5115上,運(yùn)用了獨(dú)特的化學(xué)處理表面光滑技術(shù)與機(jī)械光滑技術(shù)有機(jī)結(jié)合的復(fù)合表面處理技術(shù)——“全黑超級(jí)光滑涂層”。這項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用可使涂層表面的光滑性達(dá)到極致。

  除了表面光滑技術(shù)以外,另一種全新的涂層材料高耐磨技術(shù)也適用于上述牌號(hào)。對(duì)于切削刀具而言,球墨鑄鐵屬于特別難切削的材料之一。但由于應(yīng)用了UC5105、UC5115牌號(hào),使刀具的異常損傷大幅度減少,解決了球墨鑄鐵加工難題。另外,以高硬度硬質(zhì)合金為基體材料的UC5105牌號(hào)的應(yīng)用,使傳統(tǒng)的涂層刀具難以完成、屬于陶瓷刀具切削領(lǐng)域的鑄鐵高速加工成為可能。

  本文以三菱材料公司產(chǎn)品為例,介紹了涂層技術(shù)開發(fā)中表面光滑技術(shù)的應(yīng)用。今后,仍將繼續(xù)對(duì)市場需求進(jìn)行深入調(diào)查,以及時(shí)開發(fā)出適應(yīng)市場需求的涂層技術(shù),滿足市場對(duì)涂層刀具產(chǎn)品的需求。

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