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    淺析刀具制造商當今的發展形勢

    發布日期:2015-07-24    瀏覽次數:1716

      現今的刀具公司再也不能只制造和賣刀具。為了成功他們必定同全球化制造趨勢保持一致,通過提高效率、同客戶合作來降低成本。在這個近乎瞬間的全球競爭的后nafta、后wto時代,全世界的公司正對相同感覺作出更快、更輕、更便宜的反應。換句話說,他們制造的產品和零件包含能在高速下運轉,由于成本的壓力最好更輕而且要制造更便宜。取得這些目標的一個最佳途徑是通過發展和應用新材料,但這些新的和改進的材料通常都難以加工。這種商業上的動力和技術上的困難的組合在汽車和航空工業尤其突出,并已成為有見識的刀具公司研發部門的首要驅動力。
      例如,拿球墨鑄鐵來說,它已成為發動機零件和其它汽車、農用設備和機床工業上的零件的日益見的材料。這種合金提供較低的生產成本和良好的機械性能的組合。他們比鋼材便宜,而比鑄鐵有更高的強度和韌性。但同時球墨鑄鐵非常耐磨,有快速磨壞刀具材料的傾向。這種耐磨性很大程度上受珠光體含量影響。某一已知球墨鑄鐵的珠光體含量越高,它的耐磨性越好而且它的可加工性越差。另外,球墨鑄鐵的多孔性導致斷續切削,這更加降低壽命??梢灶A計,高硬度和高耐磨的切削材質需考慮球墨鑄鐵的高耐磨性。并且事實上材質包含極硬的tic(碳化鈦)或ticn(碳氮化鈦)的厚涂層在切削速度每分鐘300米時加工球墨鑄鐵被證明通常是有效的。但是隨著切削速度的增加,切屑/刀具結合面的溫度也在增加。當發生這樣的情況,tic涂層傾向于和鐵發生化學反應并軟化,更多的壓力作用在抗月牙洼磨損的涂層上。在這些條件下,希望有一種化學穩定性更好的涂層,如al2o3(雖然在較低的速度下不如tic硬或耐磨)。
      化學穩定性比耐磨性更成為一個重要的表現性能分界的確切速度和溫度取決于被加工球墨鑄鐵的晶粒結構和性能。但是通常厚涂層的tic或ticn和僅有氧化物的較薄涂層是針對球墨鑄鐵應用的,因為今天大部分這類被加工材料的切削速度在每分鐘150到335米之間。對于速度高于每分鐘300米的應用,人們對這種材料是滿意的。為了使這個范圍性能最優,山高研發和推出了針對球墨鑄鐵加工的材質tx150。這種材質有一個硬且抗變形的基體,對于加工球墨鑄鐵很理想。它的涂層由一層較厚的很耐磨的碳氮化鈦和一層較薄的抗月牙洼磨損的氧化物涂層,頂面是一薄層tin。這種涂層運用目前工藝水平的產生耐磨性和抗月牙洼磨損需要的cvd涂層的全部硬度而且韌性平滑性增加的中溫化學氣相沉積(mtcvd)工藝?;w/涂層的組合性能給予很高的抗塑性變形和刃口微崩能力,使之成為正常速度下加工球墨鑄鐵的理想材質。涂層陶瓷也表現出能有效加工球墨鑄鐵。在過去,未涂層的韌性較好的諸如氮化硅和碳化硅纖維強化的氧化鋁陶瓷應用受工件材料化學親和性的限制。但是今天通過使用能抵抗切屑變形過程產生高熱量的涂層刀具壽命已經顯著增加。而某些早期這個領域的工件加工使用氧化鋁涂層晶須強化陶瓷,今天的多數研究活動集中于tin涂層氮化硅。這種涂層能顯著拓寬韌性較好的陶瓷的應用范圍。
      刀具在熱強合金中的應用
      航空加工也變化迅速。例如,鎳基高溫合金如幾年前多數人未聽說過的rene88現在占到航空發動機制造使用總金屬量的10~25%。對于這個有很好的表現和商業理由。例如,這些熱強合金能增加發動機壽命而且允許較小的發動機工作在大飛機上,那將提高燃燒效率并降低運營成本。這些韌性好的材料也把費用呈現在刀具上。它們的耐熱性導致刀尖上的溫度更高,從而降低了刀具壽命。相似地,這些合金里的碳化物顆粒顯著增加了摩擦,從而縮短刀具壽命。作為這些條件改變的結果,曾經能很滿意地加工很多鈦合金和鎳基合金的硬質合金材質c-2在應用到當今的合金時遭受切削刃的壓碎和切削深度線處嚴重的溝槽磨損。但是用最新的細顆粒硬質合金能有效加工高溫合金,刀具壽命得到提高,更重要的是提高在高溫合金應用時的可靠性。細顆粒硬質合金有比傳統硬質合金材質更高的壓縮強度和硬度,只是在韌性方面增加少量的成本。而結果是在高溫合金加工上比傳統硬質合金抵抗常見失效模式更有效。
      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涂層是最早使用的并仍然是最受歡迎的。最近,tialn(氮鋁化鈦)和ticn(碳氮化鈦)涂層也能很好使用。過去tialn涂層應用范圍和tin相比限制更多。但是當切削速度提高后它們是一個很好的選擇,在那些應用提高生產率達40%。另一方面,在較低的切削速度下取決于涂層的表面工況tialn會導致積屑瘤、隨后的微崩和溝槽磨損。
      近來,用于高溫合金應用的材質已經發展了,這些涂層由幾層組合而成。大量的實驗室和現場測試已經論證了這種組合和其它任何一種單一涂層相比在很寬范圍的應用時很有效。因此針對高溫合金應用的pvd復合涂層可能成為硬質合金新材質研發持續的焦點。和mtcvd涂層、涂層陶瓷集合在一起,它們有望成為更有效加工正在研發的新的更難加工工件材料的主要沖擊力量。

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