現(xiàn)今刀具公司再也不能只制造賣(mài)刀具。為了成功他們必定同全球化制造趨勢(shì)保持一致,通過(guò)提高效率、同客戶合作來(lái)降低成本。這個(gè)近乎瞬間全球競(jìng)爭(zhēng)后NAFTA、后WTO時(shí)代,全世界公司正對(duì)相同感覺(jué)作出更快、更輕、更便宜反應(yīng)。
換句話說(shuō),他們制造產(chǎn)品零件包含能高速下運(yùn)轉(zhuǎn),由于成本壓力最好更輕而且要制造更便宜。取得這些目標(biāo)一個(gè)最佳途徑通過(guò)發(fā)展應(yīng)用新材料,但這些新改進(jìn)材料通常都難以加工。這種商業(yè)上動(dòng)力技術(shù)上困難組合汽車航空工業(yè)尤其突出,并已成為有見(jiàn)識(shí)刀具公司研發(fā)部門(mén)首要驅(qū)動(dòng)力。
例如,拿球墨鑄鐵來(lái)說(shuō),它已成為發(fā)動(dòng)機(jī)零件其它汽車、農(nóng)用設(shè)備機(jī)床工業(yè)上零件日益見(jiàn)材料。這種合金提供較低生產(chǎn)成本良好機(jī)械性能組合。他們比鋼材便宜,而比鑄鐵有更高強(qiáng)度韌性。但同時(shí)球墨鑄鐵非常耐磨,有快速磨壞刀具材料傾向。這種耐磨性很大程度上受珠光體含量影響。某一已知球墨鑄鐵珠光體含量越高,它耐磨性越好而且它可加工性越差。另外,球墨鑄鐵多孔性導(dǎo)致斷續(xù)切削,這更加降低壽命�？梢灶A(yù)計(jì),高硬度高耐磨切削材質(zhì)需考慮球墨鑄鐵高耐磨性。并且事實(shí)上材質(zhì)包含極硬TiC(碳化鈦)或TiCN(碳氮化鈦)厚涂層切削速度每分鐘300米時(shí)加工球墨鑄鐵被證明通常有效。但隨著切削速度增加,切屑/刀具結(jié)合面溫度也增加。當(dāng)發(fā)生這樣情況,TiC涂層傾向于鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并軟化,更多壓力作用抗月牙洼磨損涂層上。這些條件下,希望有一種化學(xué)穩(wěn)定性更好涂層,如Al2O3(雖然較低速度下不如TiC硬或耐磨)。
化學(xué)穩(wěn)定性比耐磨性更成為一個(gè)重要表現(xiàn)性能分界確切速度溫度取決于被加工球墨鑄鐵晶粒結(jié)構(gòu)性能。但通常厚涂層TiC或TiCN僅有氧化物較薄涂層針對(duì)球墨鑄鐵應(yīng)用,因?yàn)榻裉齑蟛糠诌@類被加工材料切削速度每分鐘150到335米之間。對(duì)于速度高于每分鐘300米應(yīng)用,人們對(duì)這種材料滿意。為了使這個(gè)范圍性能最優(yōu),山高研發(fā)推出了針對(duì)球墨鑄鐵加工材質(zhì)TX150。這種材質(zhì)有一個(gè)硬且抗變形基體,對(duì)于加工球墨鑄鐵很理想。它涂層由一層較厚很耐磨碳氮化鈦一層較薄抗月牙洼磨損氧化物涂層,頂面一薄層TiN。這種涂層運(yùn)用目前工藝水平產(chǎn)生耐磨性抗月牙洼磨損需要CVD涂層全部硬度而且韌性平滑性增加溫化學(xué)氣相沉積(MTCVD)工藝�；w/涂層組合性能給予很高抗塑性變形刃口微崩能力,使之成為正常速度下加工球墨鑄鐵理想材質(zhì)。涂層陶瓷也表現(xiàn)出能有效加工球墨鑄鐵。過(guò)去,未涂層韌性較好諸如氮化硅碳化硅纖維強(qiáng)化氧化鋁陶瓷應(yīng)用受工件材料化學(xué)親性限制。但今天通過(guò)使用能抵抗切屑變形過(guò)程產(chǎn)生高熱量涂層刀具壽命已經(jīng)顯著增加。而某些早期這個(gè)領(lǐng)域工件加工使用氧化鋁涂層晶須強(qiáng)化陶瓷,今天多數(shù)研究活動(dòng)集于TiN涂層氮化硅。這種涂層能顯著拓寬韌性較好陶瓷應(yīng)用范圍。
刀具熱強(qiáng)合金應(yīng)用
航空加工也變化迅速。例如,鎳基高溫合金如幾年前多數(shù)人未聽(tīng)說(shuō)過(guò)Rene88現(xiàn)占到航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造使用總金屬量10~25%。對(duì)于這個(gè)有很好表現(xiàn)商業(yè)理由。例如,這些熱強(qiáng)合金能增加發(fā)動(dòng)機(jī)壽命而且允許較小發(fā)動(dòng)機(jī)工作大飛機(jī)上,那將提高燃燒效率并降低運(yùn)營(yíng)成本。這些韌性好材料也把費(fèi)用呈現(xiàn)刀具上。它們耐熱性導(dǎo)致刀尖上溫度更高,從而降低了刀具壽命。相似地,這些合金里碳化物顆粒顯著增加了摩擦,從而縮短刀具壽命。作為這些條件改變結(jié)果,曾經(jīng)能很滿意地加工很多鈦合金鎳基合金硬質(zhì)合金材質(zhì)C-2應(yīng)用到當(dāng)今合金時(shí)遭受切削刃壓碎切削深度線處嚴(yán)重溝槽磨損。但用最新細(xì)顆粒硬質(zhì)合金能有效加工高溫合金,刀具壽命得到提高,更重要提高高溫合金應(yīng)用時(shí)可靠性。細(xì)顆粒硬質(zhì)合金有比傳統(tǒng)硬質(zhì)合金材質(zhì)更高壓縮強(qiáng)度硬度,只韌性方面增加少量成本。而結(jié)果高溫合金加工上比傳統(tǒng)硬質(zhì)合金抵抗常見(jiàn)失效模式更有效。
PVD(物理氣相沉積)涂層也被證明有效加工高溫合金。TiN(氮化鈦)PVD涂層最早使用并仍然最受歡迎。最近,TiAlN(氮鋁化鈦)TiCN(碳氮化鈦)涂層也能很好使用。過(guò)去TiAlN涂層應(yīng)用范圍TiN相比限制更多。但當(dāng)切削速度提高后它們一個(gè)很好選擇,那些應(yīng)用提高生產(chǎn)率達(dá)40%。另一方面,較低切削速度下取決于涂層表面工況TiAlN會(huì)導(dǎo)致積屑瘤、隨后微崩溝槽磨損。
近來(lái),用于高溫合金應(yīng)用材質(zhì)已經(jīng)發(fā)展了,這些涂層由幾層組合而成。大量實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試已經(jīng)論證了這種組合其它任何一種單一涂層相比很寬范圍應(yīng)用時(shí)很有效。因此針對(duì)高溫合金應(yīng)用PVD復(fù)合涂層可能成為硬質(zhì)合金新材質(zhì)研發(fā)持續(xù)焦點(diǎn)。MTCVD涂層、涂層陶瓷集合一起,它們有望成為更有效加工正研發(fā)新更難加工工件材料主要沖擊力量。
干切削
包括冷卻液內(nèi)問(wèn)題刀具制造科技商業(yè)擴(kuò)大產(chǎn)業(yè)化趨勢(shì)另一個(gè)領(lǐng)域。北美歐洲嚴(yán)格冷卻液管理要求最大三家汽車制造商強(qiáng)制它們核心供應(yīng)商取得ISO14000認(rèn)證(ISO9000環(huán)境管理版本),這使得冷卻液處理成本上升。對(duì)汽車公司他們核心供應(yīng)商來(lái)說(shuō)明顯受歡迎反應(yīng)之一特定加工應(yīng)用里完全免除冷卻液使用。這種干加工新世界(行情,論壇)給刀具供應(yīng)商提出了一系列挑戰(zhàn)。
最近,已經(jīng)出現(xiàn)了一些有關(guān)這個(gè)專題揭示速度、進(jìn)給、涂層化學(xué)成分其它參數(shù)很充實(shí)綜合性很強(qiáng)有用技術(shù)文章。這里我想集論述操作商業(yè)含義上汽車制造商新‘干干加工觀點(diǎn)’。
金屬加工從業(yè)人員能很好理解有關(guān)冷卻液使用問(wèn)題,但大多數(shù)不能理解有關(guān)除刀具-工件接觸面間技術(shù)挑戰(zhàn)(例如排屑)之外干加工問(wèn)題。通常可以觀察到流出冷卻液分散切屑,但壓力超過(guò)3000磅/英寸2高速冷卻液也能幫助斷屑,特別軟且連續(xù)切屑會(huì)引起刀具-工件接觸面上麻煩。采用干切削工藝零件結(jié)果機(jī)床比采用濕式加工零件更熱。你否允許它們測(cè)量前露天自然冷卻?如果新加工熱零件經(jīng)常放到周轉(zhuǎn)箱,升高周圍環(huán)境溫度,否零件充分冷卻并正好足夠允許精度檢測(cè)?還有處置身邊幾十上百零件會(huì)對(duì)操作工人增加額外負(fù)擔(dān)。
同許多刀具/工件技術(shù)問(wèn)題一起,這些潛問(wèn)題需要陳述否干加工能行。幸運(yùn)地,有很多途徑闡述這些問(wèn)題。例如,壓縮空氣被證明很多應(yīng)用里排屑成為問(wèn)題場(chǎng)合有成功反響。
另一個(gè)方案叫做MQL(最小量潤(rùn)滑)技術(shù),它由應(yīng)用代替?zhèn)鹘y(tǒng)冷卻液相當(dāng)少量油霧構(gòu)成。這一個(gè)公認(rèn)折方案,這種最小量技術(shù)會(huì)大幅度減少冷卻液頭疼事,而且許多應(yīng)用里加工出光潔度也很好。這個(gè)領(lǐng)域仍然有很多研究做,而且刀具公司積極參與這樣研究絕對(duì)必要。如果他們不做將落后于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,處于不利地位。
根據(jù)世界上工廠內(nèi)具體情況設(shè)計(jì)出別也許更好方案。制造業(yè)從業(yè)人員可能仍然會(huì)問(wèn)為什么他們要努力使用新發(fā)展技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷數(shù)代人改進(jìn)提高冷卻液方法,尤其因?yàn)閷?shí)施干加工或半干加工產(chǎn)生試驗(yàn)失敗可能引起更高短期刀具成本。簡(jiǎn)明答案當(dāng)?shù)镀蠹s占典型加工零件成本3%時(shí),冷卻液成本(從購(gòu)買(mǎi)到維護(hù)、儲(chǔ)存、處理)會(huì)占零件成本15%。
干加工也許不對(duì)每個(gè)應(yīng)用都適合,但象上面討論其它加工問(wèn)題一樣,需要從更寬操作、環(huán)境商業(yè)角度來(lái)評(píng)價(jià)。能幫助客戶這樣做刀具公司將有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),而那些不能提供將不斷處于被動(dòng)地位。
刀具納米技術(shù)
一個(gè)能劇烈改變刀具工業(yè)迷人新領(lǐng)域微型制造,或處理微小粒子形成所需產(chǎn)品。要談及關(guān)于刀具微型制造第一件事它這里還沒(méi)有；第二件要說(shuō)事它并不遙遠(yuǎn)。
為什么微型制造刀具相關(guān)。因?yàn)樽钪饕w粒尺寸越小,硬質(zhì)合金材料韌性越好且更耐磨。用納米級(jí)顆粒(一些專家定義為小于0.2um,而其他人堅(jiān)持納米顆粒要小于0.1um)制造硬質(zhì)合金刀具原型已經(jīng)做好并測(cè)試,據(jù)稱耐磨性戲劇性地增加。問(wèn)題納米級(jí)硬質(zhì)合金顆粒不能靠粉碎較大材料形成,它們一定得通過(guò)更小材料構(gòu)成,而處理分子級(jí)粒子還不一件容易經(jīng)濟(jì)事情。
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