日本機床和涂層刀具的領先技術

雖然日本生產的涂層刀具進入國際市場較晚，但由于不斷投入先進技術，使其在世界涂層刀具領域已步入技術領先的地位。日本各工具制造廠正夜以繼日地研發(fā)新技術并投入涂層刀具生產中。本文以三菱材料公司開發(fā)并運用于產品中的新技術為例，介紹涂層刀具技術的發(fā)展狀況。
1．從市場需求看涂層刀具的技術發(fā)展前景
    從提高產品精度和質量、降低環(huán)境污染的角度出發(fā)，日本國內的機械制造業(yè)在生產現(xiàn)場展開了一場轟轟烈烈的生產技術和加工技術革新。
    但在加工技術的革新過程中，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現(xiàn)象以提高性能方面還不夠先進。這種切屑粘結現(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指標設定得較低，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生粘結現(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。
2．表面光滑技術所適用的產品
    在CVD涂層刀片常用的加工速度范圍內，由于切削刃要承受500℃以上的高溫，因此多數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。作為第一項應用于產品的表面光滑技術，在用于高速車削不銹鋼的刀片牌號US7020上，經CVD涂層后實施了機械處理的表面光滑技術。在強韌的硬質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，有效抑制了被切削材料對切削刃的粘結現(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。適用于上述材質的表面光滑技術稱為“光滑涂層技術”，是采用特殊的CVD技術，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。
3．最佳的“全黑超級光滑涂層”技術
    在車削加工鑄鐵用的最新刀片牌號UC5105和UC5115上，運用了獨特的化學處理表面光滑技術與機械光滑技術有機結合的復合表面處理技術——“全黑超級光滑涂層”。這項技術的運用可使涂層表面的光滑性達到極致。
    除了表面光滑技術以外，另一種全新的涂層材料高耐磨技術也適用于上述牌號。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，以高硬度硬質合金為基體材料的UC5105牌號的應用，使傳統(tǒng)的涂層刀具難以完成、屬于陶瓷刀具切削領域的鑄鐵高速加工成為可能。