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现今刀具公司再也不能只制造卖刀具。为了成功他们必定同全球化制造趋势保持一致,通过提高效率、同客户合作来降低成本。这个近乎瞬间全球竞争后NAFTA、后WTO时代,全世界公司正对相同感觉作出更快、更轻、更便宜反应。
　　换句话说,他们制造产品零件包含能高速下运转,由于成本压力最好更轻而且要制造更便宜。取得这些目标一个最佳途径通过发展应用新材料,但这些新改进材料通常都难以加工。这种商业上动力技术上困难组合汽车航空工业尤其突出,并已成为有见识刀具公司研发部门首要驱动力。
　　例如,拿球墨铸铁来说,它已成为发动机零件其它汽车、农用设备机床工业上零件日益见材料。这种合金提供较低生产成本良好机械性能组合。他们比 钢材便宜,而比铸铁有更高强度韧性。但同时球墨铸铁非常耐磨,有快速磨坏刀具材料倾向。这种耐磨性很大程度上受珠光体含量影响。某一已知球墨铸铁珠光体含 量越高,它耐磨性越好而且它可加工性越差。另外,球墨铸铁多孔性导致断续切削,这更加降低寿命。可以预计,高硬度高耐磨切削材质需考虑球墨铸铁高耐磨性。 并且事实上材质包含极硬TiC(碳化钛)或TiCN(碳氮化钛)厚涂层切削速度每分钟300米时加工球墨铸铁被证明通常有效。但随着切削速度增加,切屑/ 刀具结合面温度也增加。当发生这样情况,TiC涂层倾向于铁发生化学反应并软化,更多压力作用抗月牙洼磨损涂层上。这些条件下,希望有一种化学稳定性更好 涂层,如Al2O3(虽然较低速度下不如TiC硬或耐磨)。
　　化学稳定性比耐磨性更成为一个重要表现性能分界确切速度温度取决于被加工球墨铸铁晶粒结构性能。但通常厚涂层TiC或TiCN仅有氧化物较薄 涂层针对球墨铸铁应用,因为今天大部分这类被加工材料切削速度每分钟150到335米之间。对于速度高于每分钟300米应用,人们对这种材料满意。为了使 这个范围性能最优,山高研发推出了针对球墨铸铁加工材质TX150。这种材质有一个硬且抗变形基体,对于加工球墨铸铁很理想。它涂层由一层较厚很耐磨碳氮 化钛一层较薄抗月牙洼磨损氧化物涂层,顶面一薄层TiN。这种涂层运用目前工艺水平产生耐磨性抗月牙洼磨损需要CVD涂层全部硬度而且韧性平滑性增加温化 学气相沉积(MTCVD)工艺。基体/涂层组合性能给予很高抗塑性变形刃口微崩能力,使之成为正常速度下加工球墨铸铁理想材质。涂层陶瓷也表现出能有效加 工球墨铸铁。过去,未涂层韧性较好诸如氮化硅碳化硅纤维强化氧化铝陶瓷应用受工件材料化学亲性限制。但今天通过使用能抵抗切屑变形过程产生高热量涂层刀具 寿命已经显著增加。而某些早期这个领域工件加工使用氧化铝涂层晶须强化陶瓷,今天多数研究活动集于TiN涂层氮化硅。这种涂层能显著拓宽韧性较好陶瓷应用 范围。
　　刀具热强合金应用
　　航空加工也变化迅速。例如,镍基高温合金如几年前多数人未听说过Rene88现占到航空发动机制造使用总金属量10~25%。对于这个有很好 表现商业理由。例如,这些热强合金能增加发动机寿命而且允许较小发动机工作大飞机上,那将提高燃烧效率并降低运营成本。这些韧性好材料也把费用呈现刀具 上。它们耐热性导致刀尖上温度更高,从而降低了刀具寿命。相似地,这些合金里碳化物颗粒显著增加了摩擦,从而缩短刀具寿命。作为这些条件改变结果,曾经能 很满意地加工很多钛合金镍基合金硬质合金材质C-2应用到当今合金时遭受切削刃压碎切削深度线处严重沟槽磨损。但用最新细颗粒硬质合金能有效加工高温合 金,刀具寿命得到提高,更重要提高高温合金应用时可靠性。细颗粒硬质合金有比传统硬质合金材质更高压缩强度硬度,只韧性方面增加少量成本。而结果高温合金 加工上比传统硬质合金抵抗常见失效模式更有效。
　　PVD(物理气相沉积)涂层也被证明有效加工高温合金。TiN(氮化钛)PVD涂层最早使用并仍然最受欢迎。最近,TiAlN(氮铝化 钛)TiCN(碳氮化钛)涂层也能很好使用。过去TiAlN涂层应用范围TiN相比限制更多。但当切削速度提高后它们一个很好选择,那些应用提高生产率达 40%。另一方面,较低切削速度下取决于涂层表面工况TiAlN会导致积屑瘤、随后微崩沟槽磨损。
　　近来,用于高温合金应用材质已经发展了,这些涂层由几层组合而成。大量实验室现场测试已经论证了这种组合其它任何一种单一涂层相比很宽范围应 用时很有效。因此针对高温合金应用PVD复合涂层可能成为硬质合金新材质研发持续焦点。MTCVD涂层、涂层陶瓷集合一起,它们有望成为更有效加工正研发 新更难加工工件材料主要冲击力量。
　　干切削
　　包括冷却液内问题刀具制造科技商业扩大产业化趋势另一个领域。北美欧洲严格冷却液管理要求最大三家汽车制造商强制它们核心供应商取得 ISO14000认证(ISO9000环境管理版本),这使得冷却液处理成本上升。对汽车公司他们核心供应商来说明显受欢迎反应之一特定加工应用里完全免 除冷却液使用。这种干加工新世界(行情,论坛)给刀具供应商提出了一系列挑战。
　　最近,已经出现了一些有关这个专题揭示速度、进给、涂层化学成分其它参数很充实综合性很强有用技术文章。这里我想集论述操作商业含义上汽车制造商新‘干干加工观点’。
　　金属加工从业人员能很好理解有关冷却液使用问题,但大多数不能理解有关除刀具-工件接触面间技术挑战(例如排屑)之外干加工问题。通常可以观 察到流出冷却液分散切屑,但压力超过3000磅/英寸2高速冷却液也能帮助断屑,特别软且连续切屑会引起刀具-工件接触面上麻烦。采用干切削工艺零件结果 机床比采用湿式加工零件更热。你否允许它们测量前露天自然冷却?如果新加工热零件经常放到周转箱,升高周围环境温度,否零件充分冷却并正好足够允许精度检 测?还有处置身边几十上百零件会对操作工人增加额外负担。
　　同许多刀具/工件技术问题一起,这些潜问题需要陈述否干加工能行。幸运地,有很多途径阐述这些问题。例如,压缩空气被证明很多应用里排屑成为问题场合有成功反响。
　　另一个方案叫做MQL(最小量润滑)技术,它由应用代替传统冷却液相当少量油雾构成。这一个公认折方案,这种最小量技术会大幅度减少冷却液头 疼事,而且许多应用里加工出光洁度也很好。这个领域仍然有很多研究做,而且刀具公司积极参与这样研究绝对必要。如果他们不做将落后于竞争对手,处于不利地 位。
　　根据世界上工厂内具体情况设计出别也许更好方案。制造业从业人员可能仍然会问为什么他们要努力使用新发展技术代替传统已经经历数代人改进提高 冷却液方法,尤其因为实施干加工或半干加工产生试验失败可能引起更高短期刀具成本。简明答案当刀片大约占典型加工零件成本3%时,冷却液成本(从购买到维 护、储存、处理)会占零件成本15%。
　　干加工也许不对每个应用都适合,但象上面讨论其它加工问题一样,需要从更宽操作、环境商业角度来评价。能帮助客户这样做刀具公司将有竞争优势,而那些不能提供将不断处于被动地位。
　　刀具纳米技术
　　一个能剧烈改变刀具工业迷人新领域微型制造,或处理微小粒子形成所需产品。要谈及关于刀具微型制造第一件事它这里还没有；第二件要说事它并不遥远。
　　为什么微型制造刀具相关。因为最主要颗粒尺寸越小,硬质合金材料韧性越好且更耐磨。用纳米级颗粒(一些专家定义为小于0.2um,而其他人坚 持纳米颗粒要小于0.1um)制造硬质合金刀具原型已经做好并测试,据称耐磨性戏剧性地增加。问题纳米级硬质合金颗粒不能靠粉碎较大材料形成,它们一定得 通过更小材料构成,而处理分子级粒子还不一件容易经济事情。