日本機床和涂層刀具的領(lǐng)先技術(shù)分析
雖然日本生產(chǎn)的涂層刀具進入國際市場較晚，但由于不斷投入先進技術(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)展狀況。
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上并沒有完全達到用戶的要求，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。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 材料的加工中時有發(fā)生。因為它屬于非正常磨損，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，通常在加工時不得不把可加工工件數(shù)指標 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，但各個公司 采用的策略和方法卻各有不同，有的是采用機械方法，有的則是通過改善涂層組織來獲得表面光滑的切削刃。
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，并實施了多項研發(fā)成果。作為第一項應(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US7020上，經(jīng)CVD涂 層后實施了機械處理的表面光滑技術(shù)。在強韌的硬質(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切削刃的粘結(jié)現(xiàn)象。對于不銹鋼加工而言，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。它是一種非機械處理方式，可在不損傷涂層的情況下實現(xiàn)涂層表面的光滑性。
最佳的“全黑超級光滑涂層”技術(shù)
在車削加工鑄鐵用的最新刀片牌號UC5105和UC5115上，運用了獨特的化學(xué)處理表面光滑技術(shù)與機械光滑技術(shù)有機結(jié)合的復(fù)合表面處理技術(shù)——“全黑超級光滑涂層”。這項技術(shù)的運用可使涂層表面的光滑性達到極致。
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。對于切削刀具而言，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，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。
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