涂层 刀具的个性化盔甲

当前提高机床加工效率的侧重点仍是提高机床的速度和应用先进刀具。机床向高速化方向发展,可充分发挥现代刀具材料的性能,不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本,而且还可提高零件的表面加工质量和精度。先进切削刀具主要依赖的是刀具材料和涂层技术的进步及刀具结构的创新,这里我们把焦点聚集在涂层的技术进展与应用市场。

助力实现高速加工

张建明:实现高速加工是提高加工效率,降低制造成本,从而提高企业竞争力的一个关键因素。高速加工对刀具提出了更高的要求,现在大家都认为,刀具的基体材料、几何角度和涂层是构成“完美”刀具的三要素。要想打造适合加工的完美刀具,除了基体材料的细化和增加微量元素,调整刀具的几何角度之外,涂层材料起到了至关重要的作用。

在高速加工过程中由于切削速度的提高,从而带来了大量的切削热,如何使刀具在高速切削状态下不被氧化是必须要解决的一个问题。这就要求我们的涂层在具有高硬度以及高韧性的同时,必须具有非常高的抗氧化性能。以我们的HYPERLOX涂层为例,HYPERLOX涂层由于其纳米组分的结构使其兼具高硬度及高韧性。此外这种涂层由于具有高的铝含量,使其抗氧化温度可以达到1100℃。无论是在干式或有冷却液的切削环境下,HYPERLOX都适合难切削材料和硬加工的高速切削。此外在高速切削过程中,如何使切屑顺利的排除同样是一个重要的因素。在高速加工,特别是高速钻削中,切屑的顺利排出可以带走大量的切削热,从而避免刀具切削刃承受更高的温度。这就要求涂层要具有非常光滑的表面。

CemeCon公司的SN系列涂层,由于采用H.I.S高能离子磁控溅射技术,从原理上决定了涂层表面非常的光滑,光滑的涂层表面在高速切削过程中可以使切屑实现无摩擦的排出,从而能够带走更大量的切削热,以达到在高速加工过程中延长刀具使用寿命。

陈君:刀具涂层性能的改善是技术发展的关键,不断推陈出新的涂层工艺已经广泛的应用在各类刀具,工具表面。涂层工艺开发从简单的氮化钛工艺,延伸到DLC,Al2O3、TiCN、TiAlN、等具有硬度高、氧化温度高、热硬性好、附着力强、摩擦系数小、导热率低等优良特性的复合涂层。复合涂层的性能的改变和提高主要是针对刀具的不同失效形式。复合涂层在刀具表面形成有效的热屏蔽层,可以防止对基体的热应力冲击。合理选择刀具涂层区域和调节基体材料元素的分布,可使刀具既具有高硬度又具有高韧性。当然涂层在不同结构的刀具上取得的效果也是不同的。不同的加工环境也要求涂层性能和结构有相应的改变。

星弧公司目前在加工有色金属刀具方面推出了DLC和DLC复合涂层。涂层的选择上参考了客户加工环境,加工材料等多方面因素。特别在石墨,铜,铝合金等材料高速切削方面,刀具的寿命以及被加工件的表面状况都得到了非常好的改善。

潘高民:为了适应全球化的高速加工趋势,欧瑞康巴尔查斯推出了新一代的G6涂层。 BALINIT ALCRONA 是一种高性能的无钛涂层,是全新的具有革命性突破的 G6 代系列产品之一。它具有前所未有的卓越的抗氧化能力和热硬度等级。这些特性使其无论是在常规条件下还是处于强大的机械压力下都极其耐磨。现代机械工具的性能仍具有巨大的发展潜力。使用BALINIT ALCRONA涂层的工具,能显著提高切削速度,在单位时间内能生产更多的零件,从而极大的提升了制造资源的生产力,使您的刀具具有更强的竞争力。在干、湿加工中BALINIT ALCRONA已经被证实有非常大的效率提升,包括加工非合金钢,高强度钢,高硬度钢(达HRC54),实验表明BALINIT ALCRONA非常适用于:粗加工和精加工的硬质合金端铣刀和可转位硬质合金刀片；粗加工和精加工的高速钢面铣刀；硬质合金和高速钢滚齿铣刀。

专业刀具配个性涂层

加百利-赫伯特:PVT公司不仅提供涂层加工服务,同时也提供真空涂层设备的设计与制造,涂层新技术、新工艺的研发。通过这几方面为客户提供服务,使得客户在刀具和涂层的应用上两方面结合的更紧密,这也是我们PVT公司最大的一个特色。过去的一种涂层应用于很多行业,如果一种涂层在一种领域应用的很好,就会说它在所有的领域应用的都很好。而现在的涂层是专门为市场的应用而开发,情况已经完全不同了。未来的刀具涂层将更加专业化,针对不同的切削参数、刀具材质和被加工材料,都会有不同的涂层来应对,这样才能达到刀具性能的最大化。而不是用一种涂层来面对所有的切削形式和材料,这样就会使刀具的性能受到很大的局限。所以,未来的涂层行业发展趋势将是:涂层厂家一定要和刀具制造厂家和刀具终端用户紧密合作,这样研发出来的涂层才能满足这些客户的实际应用。好的材料一定要配上好的涂层,再加上好的加工环境才能达到最佳的效果,当然还有提供好的切削液,机床的性能等。

张建明:现代机加工业对刀具系统提出了更高的要求,在很多场合,即使是采用最适合的基体材料,最优化的刀具几何角度,如果没有涂层的作用,有很多加工任务刀具仍然是不可能完成的。涂层的存在使刀具的使用寿命提高了几倍,甚至是几十倍。

先进的涂层设备是构成先进涂层技术及产品的基础平台。涂层设备及技术近年来发展的非常迅速,以CemeCon为例,根据不同客户的不同要求,分别采用HIS(高能离子磁控溅射)及HIP(高能离子磁控脉冲)技术开发出多种CC800/9系列涂层系统。适合于研发的CC800/9sinox,适合于模具及零件产品涂层的CC800/9MLT,适合于中小刀具生产商的CC800/9JET以及适合于标准产品大批量涂层加工的CC800/9XL及ML设备。这些涂层设备均采用柔性化的设计,非常便于维护及升级。我们的客户既可以通过CemeCon遍布世界的涂层中心得到优质的涂层产品,同时也可以购买CemeCon的涂层设备,以CC800/9涂层系统为平台,开发属于自己的个性化的涂层产品。

陈君:涂层设备与刀具的发展是相辅相成的。整个硬质涂层行业在工业化的道路上,首先服务的是刀具行业。早期的涂层设备被应用在高速钢刀具表面涂覆TiN,在当时大幅提高了刀具性能。随着涂层由简单的单层工艺发展到现在的多元复合涂层,纳米涂层。为了实现苛刻的工艺要求,涂层设备也有简单的工艺制备逐步发展到可靠性高,功能多元化的涂层中心。同时辅助设备,检测设备也逐步完善。大型的刀具制造公司在企业内部建立涂层中心,将刀具涂层作为生产的必要环节。涂层始终伴随着刀具行业的技术革新。

潘高民:欧瑞康巴尔查斯在瑞士总部的由50多位博士及专家组成的研发团队一直致力于新涂层产品的开发和生产研究,并不断取得新的进展。在刀具涂层方面从最初单层结构的BALINIT A氮化钛涂层,到后来的复合结构的BALINIT B 氮碳化钛,纳米结构的BALINIT FUTURA NANO 氮铝化钛涂层到新一代G6 BALINIT ALCRONA 氮铬化铝涂层等,新的涂层不断的推出,以满足市场对于高速切削,干切削的需要。针对深孔加工钻头推出了同位G6涂层的超光滑的氮铬化铝成分的BALINIT HELICA涂层,以及专门用于加工硬度大于HRC60,硬质合金工具粗/精加工硬钢材的高性能涂层BALINIT ALDURA涂层。涂层技术的发展与刀具技术的发展是相辅相成的,刀具技术的不断发展会要求有与之对应的涂层技术来与之配合,涂层技术的发展则保障了刀具性能的最大发挥,以及在恶劣加工条件下延长刀具使用寿命,保持稳定的加工质量。

罗勋:刀具已经日趋专业化,原材料也从大量的合金和钢材中根据各自的特殊性而细分开来。所以涂层技术也要根据不同的工件和不同的工作环境进行改革,以满足各种越来越多样化的特殊应用。

切削工具出现的典型问题包括:工件侧面的磨损,工件边缘的钝化,刃口部位的崩口,凹槽的拉伤,划痕和氧化腐蚀现象。涂层可以通过以下这些方面来解决和避免模具和工具工作时产生的不足问题:

● 选择一些高氧化温度的涂层,耐高温。

● 异常硬的涂层结构减少其磨损。

● 维持原有的刃口锋利度避免刃口的钝化。

● 多层或者纳米层次的涂层可以抵抗那些裂纹。

我公司的IPC(革新高性能涂层)相比市场上现有的通用涂层,性能显著提高,卓越的革新成就来源于以下的因素:首先,IPC涂层的设计是基于满足客户的高端要求,考虑到加工材料、和加工参数和加工条件:粗加工、精加工、高速加工、湿、干加工,为特定的高性能要求和应用而开发。其次,它提供了涂层结构的创新,包括硅涂层的研发,可满足异常坚硬的加工要求。多次测试证明了IPC涂层所取得的成效。这些成效在需要考虑最大化设备生产能力和降低高硬度材料、大批量生产和快速加工零件的加工成本时显得尤为重要和迫切。

国产刀具的提升

张建明:如何提高国内厂家竞争力是一个涉及非常广泛的问题。一个企业的成功,必须要解决好诸多方面的问题,但最基本的条件是,国内刀具厂家必须具有自己的具有核心竞争力的产品。

近年来国内涂层行业发展迅速,包括德国CemeCon公司在内的一批世界级的涂层公司纷纷进入中国,这为中国刀具企业的快速发展提供了一个很好的契机。CemeCon公司拥有强大的研发及客户支持团队,不仅仅可以为客户提供单纯意义的涂层产品,而且可以为客户提供结合刀具基体,几何角度,加工参数及涂层与之配套的完整的涂层解决方案。

我们愿与中国的刀具企业共同努力,并期待更多的国内具有竞争力的产品的出现。

陈君:对于涂层设备的专业制造者和涂层服务的供应商来说,我认为充分考虑刀具设计和生产要素,匹配合适的涂层,强强联手必然可以提高刀具产品的市场竞争力。单纯的使用涂层改善刀具的耐磨性,在实践中往往因为刀具几何形状,不同的加工条件导致涂层发挥不出效果,甚至适得其反。例如石墨加工刀具匹配DLC涂层,几何角度适当放大,容削槽也变大,而同样的加工要求选择TiAlN涂层,刀具的几何角度必须适当放小,其耐磨性就相应的增加。当然涂层也不能墨守成规的套用,更应该针对加工的不同要素,改进工艺。通用性涂层的存在也只能适合短时间的要求。随着刀具厂家的竞争,涂层一定会做到量体裁衣。要想获得涂层和刀具的最佳匹配,必须依赖刀具制造行业和涂层行业的资深技术人员的共同努力。

为适应行业要求,星弧涂层科技(苏州工业园区)有限公司定期举办刀具行业与涂层行业相互学习,交流的技术沙龙。并且在刀具新产品开发中,涂层工艺也按照刀具的几何形状、应用条件等改变涂层的结构、性能。这样的合作开发才能制造出真正在市场具有竞争力的产品。

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