加工業的（de）持續（xù）進步（bù）推動山特維克刀片材質的創新技術-刀具網-數控機床市場網

您現（xiàn）在的位置：刀具網> 技術前沿>加工業的持續進步推動山特維克刀片材質的創新技術

加工業的持續進步推動山特維克刀片材質的創新技術

2013-11-20 來源：數控機床市場網作者：

過去（qù）七十年，製（zhì）造業經曆了一場史無前例的技術革命，金（jīn）屬零件的加（jiā）工數量提高了（le）成百上千倍，而加工時間（jiān）大大縮短。通過提高金屬去除率、延長刀具壽命、減少停機次數、改善刀具拆裝的便捷性、提高運行性能，從而使加工成（chéng）本大幅降低。

金屬切削是工（gōng）業生產的重要組成部分，通過提高生產效率，該領域的技術創新對整個經濟的發展起著十分積極的作用。它可以促進社會繁榮，改善生活質量。

刀具材質，尤其是硬質（zhì）合金，是金屬（shǔ）切削中最主要的因素之一。這是因為（wéi）金屬加工（gōng）時，切（qiē）削刃的性能在（zài）提升（shēng）整個製造業生產效率方麵發揮著十分巨大的（de）作用。

作為行（háng）業先鋒，山特維克可樂滿從（cóng）五十年代開始，不斷加快材質研發步伐（fá），相繼推（tuī）出大量創新技術。

現代切削刀具問世（shì）

十九（jiǔ）世紀初，所有金（jīn）屬加工公司必須自（zì）製刀具或購買非標刀具。沒有任何刀具和解決方（fāng）案（àn）的標準程序。刀具材料（liào）主（zhǔ）要是高（gāo）速鋼，焊接硬質合（hé）金刀具逐漸開始使用。以後，機床、設備、數控和刀具取得了突飛猛進的發展，生產效率和加工質量水平顯著（zhe）提高。

山特維克可樂滿自五（wǔ）十年（nián）代開始推（tuī）出可轉位刀具以來，加工產量已經成倍翻番。我們從現成標準（zhǔn）化刀具（jù）的思路著手（shǒu），一路（lù）引領高科技刀具和加工方法新潮流。在研發製造工（gōng）藝時，同（tóng）樣需要刀（dāo）具材料的創新，需要材料科學技術知識。通過充（chōng）分利用刀具材（cái）料，我們（men）在刀片的製作過程中設定並（bìng）實現了材質目標。

質量和創新

眾所周知（zhī），1942年山特維克開始涉足金屬切削行業。山特維克可樂滿是在開（kāi）發硬質合金作為優質刀具材料的經營理念基礎上成立的。這種合成刀具材料已經為人們所熟知幾十年，但（dàn）是能充分利用其特性的（de）應用還十分（fèn）有限，主要用於岩（yán）石鑽孔。然而，硬質合（hé）金後來取得的成功，全都歸功於接二連三的創新技術。進入1943年，山特維克可樂（lè）滿（mǎn）新研製出了六種合金刀具材質（zhì），而十年後，它就研發出了多達十二種可應用於多種（zhǒng）領域的（de）可優化像焊接刀具之（zhī）類的的金屬切削材質。

如何把控用於切削刀具的硬質合金的質（zhì）量是山特維克可樂滿最開（kāi）始麵臨的技術難題，這（zhè）也是與（yǔ）客戶（hù）不斷交（jiāo）流得到的反饋。1954年，山特維克可樂滿建立了一座專門的硬質合金工廠，引進了大量的研發設施，為實現嚴格質量控製，邁出了最關鍵的一步。質量控製一直被視為全世界可樂（lè）滿（mǎn）刀具（jù）的重要基石。

1957年，山特維克可樂滿推出了第一批可轉位（wèi）刀片刀具——T-Max車削刀具係列。盡管開始可轉位刀片（piàn）的市場很小，但是當一些製造業行（háng）業（yè）巨頭們開始采用（yòng）這種刀片時（shí），刀片工具係統的應用迎來了希望的曙光，並在日後的使用中飛速發展。加（jiā）工車間已經采用效率高、產量大的加工技術，不再需要重磨的焊接刀具。

早期（1956年）非塗層材質的創（chuàng）新是一種被稱為Coromant S1 Premium的刀片材質（zhì）——世界上第一個提高生產效率的“助（zhù）推器”。S1P大幅提高切削參數並延（yán）長使用壽命，在車床行業首屈（qū）一指，超群（qún）絕倫，大幅縮短了精加工和輕粗加工的加工時間。同時（shí），采用優質材質刀具車削各類鋼件甚（shèn）至合金鑄（zhù）鐵時，無需任何冷卻液。這種材質特別適合可轉位刀片，確實使業界人（rén）員大開眼界，並期盼通過刀具材料創新，改善加工環境。

六（liù）十年代，還研（yán）發了（le）適合其他應用的刀片和材（cái）質，例如銑削、鑽削和螺紋切削。1963年，可樂滿已經有十八種（非（fēi）塗（tú）層）刀片材質上市，覆蓋加工業的多個領域。

塗層理念實現質（zhì）的飛躍

可轉位刀片理（lǐ）念是1970年以後的重大創新。這種理念完全不（bú）用考慮硬（yìng）質合金的可焊接性（xìng）和（hé）可磨性等特性（xìng），打開了研發硬（yìng）質合金的新思路。研究結果表明，在刀（dāo）片上塗上一層很薄的塗層，對提（tí）高切削速（sù）度和延長刀具使用壽命有顯著效果。采用化學蒸汽沉積法（CVD），在刀片基材上可形成一層幾微米厚的堅硬碳化（huà）鈦。第一款塗（tú）層合金刀片由此誕生：GC125這種開創性創新技術，使改善加工性能向前邁出了一大步。

采用塗（tú）層刀片材（cái）質，通過加快切削速度（dù）和延長刀具（jù）使用壽命，大大縮（suō）短了加工時間（jiān）。七（qī）十年代初，又開發了兩種塗層材質（GC135和（hé）GC315），與GC125分別用於不同應用（yòng）領域。最初的這三種塗層材質，是使用標準（zhǔn）材（cái）質的基體，後來被認為是這三種材質的局限所在。之後，又研發了專用刀片（piàn）基體，用於塗覆專用塗層（céng），從而改善（shàn）了塗層刀片的性能。第一種（zhǒng）材質是1973年推出的GC1025，這種材（cái）質采用塗層專用基體，是第二代塗層材質的代表。其他刀（dāo）具製造廠對這些創新技術的第一反應是持不信任態度，但是很快又不得不接受現實（shí）——因為性能確實得到明顯改善，這些創新為行業製定了（le）新標杆。

創新層出不窮

七十年代是極不平凡的十年，切削刀具技術的新工藝、新方法（fǎ）大量湧（yǒng）現，加（jiā）工（gōng）性能日（rì）益提高。1969年，一般（bān）混合式走刀車削零件的切削時間是5.5分鍾。十年後，加工同樣的零件（jiàn）僅需要1.5分鍾。為什麽在提高生產效率方麵能取得如此驚人的進步？主要是因為持續研發塗層材質取（qǔ）得了顯著進步。同時，山特維克（kè）可樂滿（mǎn）七十年代研發出的多種創新型刀（dāo）具解決方案也發（fā）揮（huī）了舉足輕重的作用。例如：山特維克可樂滿最（zuì）早推出可轉位（wèi）刀片切斷刀具，首（shǒu）創雙塗（tú）層刀片材質和減振鏜杆，率（lǜ）先設（shè）計出正前角（jiǎo）車削刀片和開式波浪形斷（duàn）屑槽，是可轉位刀片鑽頭的鼻祖等等。

七（qī）十年代（dài）中期，首次使（shǐ）用含氧化鋁塗層的刀片時，塗層材質向前邁出重大步伐——含氧化鋁的塗層是（shì）一種化學穩定性很高的陶瓷材料，高溫耐磨性高、導熱係數小，可（kě）防止刀片基體受熱。因此，山特維克可樂滿（mǎn）研發並推出了用於車削領域的GC015，這款產（chǎn）品的主要特點是耐磨（mó）——通常用於（yú）高速車削精加工。這（zhè）種材質（zhì）首次使用可樂（lè）滿的專利技術——雙塗層解決方案，其中內層采用碳化鈦塗層。

此階段的局限之一是（shì）隻能塗覆一層很薄的氧化鋁塗層。此前，研發刀具（jù）材料製造（zào）工藝一直是（shì）山特維克可樂滿科技（jì）創新的重要課題。1980年，催化化學（xué）蒸汽沉（chén）積法（fǎ）已（yǐ）經投入應用，催生了又一代新（xīn）塗層材質：GC415，用精加工。同時，研發了（le）結實耐用的用於粗加工工（gōng）序（xù）的材質GC435以及應用十分廣泛的GC425材質——此時，已經完成了整個材質係列的研（yán）發，覆（fù）蓋了鋼（gāng）件車削的全部應用範圍，並加以優化（huà）。八十年代，又研發（fā）出一（yī）種工藝，使碳化鈦（tài）和不同厚度的（de）氧化鋁之間結合的（de）更加牢固，采用這種工藝，生產出了性能更高（gāo）的（de）多層（céng）塗層刀（dāo）片。

新一代刀片和新工藝

九十年代，研發出了二十（shí）多種（zhǒng）新材質（zhì），其中大部分是塗層材質，並且大多（duō）數用於車削（xuē），工件材質（zhì）不同，工序要（yào）求也不（bú）同。我們還（hái）研製了新一代塗層車削材質（GC4000係列），其中可使（shǐ）用更厚碳化鋁塗層的晶粒結構，強度大大改善，特別是（shì）GC4015材質，實（shí）現了更高（gāo）切（qiē）削速度的目標。

在研發塗層工藝（yì）的同時（shí），我們的另一條思路是同時生產不同的材質。因為陶瓷材料固有的脆性，CVD塗層不能用於帶有（yǒu）鋒利切（qiē）削（xuē）刃的刀具。物理氣相沉積（PVD）工藝塗層采用新研發的（de）材質（(GC1025和GC1125），圓滿（mǎn）解決了這個問（wèn）題。采用PVD塗層的切削刃韌度特別高，盡（jìn）管這些塗層不能達到厚CVD塗層的耐磨水平，但是其耐磨性（xìng）還是比非（fēi）塗層刀（dāo）具好很多。

從那時起，研發CVD和PVD工藝意味著兩類（lèi）塗層材質的應用越來越相近，從（cóng）而刀片材質的程（chéng）序優勢互補。隨著時間的推移，製造業應用場（chǎng）合、工（gōng）況（kuàng）、工序、加工率、工件材料和零件質（zhì）量的變化對研發這些新材（cái）質有著十分深遠的影響。

我們在刀具材料（liào）方麵做了大量研發工作，已（yǐ）取得突破性創（chuàng）新成果。金（jīn）剛石塗層刀片便是其中之一，這種材質通過采用合理的斷屑槽形，可以代替金剛（gāng）石鑲尖刀片，用於車（chē）削鋁合金材料。此外還有用於精加工的金屬陶瓷刀（dāo）片，用於超硬零件精加工的（de）立方（fāng）氮化硼刀片，用於耐（nài）熱合金加工的陶瓷刀片。以及一係列重要的刀片材質，用於銑削、鑽削、切斷和切（qiē）槽、螺紋車（chē）削的（de）可轉位刀片和整體硬質合金刀具。

工藝開發（fā）

九十年代中期（qī），中（zhōng）溫（MT）CVD塗層工藝問世，這種工藝改善了（le）需要塗覆的碳氮化鈦（tài）內層塗層晶體（tǐ）取向。我們（men）還推出了細晶粒塗層，這種塗層對（duì）刀片性能（néng）發揮至關重要的作用。這（zhè）些技術可以使多層塗層刀片材質強度更大，與刀片基體附著力更好，使用壽命更長，更安全，切削（xuē）速度更快。

新MT-CVD塗（tú）層工藝的另一大優勢是基體不掉碳，在設計刀（dāo）片基體時，選擇範圍更（gèng）廣。新刀片基體對切削（xuē）刃變形和熱裂不敏感——這兩（liǎng）種現象都（dōu）具有破（pò）壞性，因此需要避免。采用這種技術生產的第一種（zhǒng）材質是用於銑削的塗層材質：GC3020，然後是用於車削的材（cái）質（zhì）LC25。但是（shì），這也是GC4000係列車削材質成功背後的秘密。

梯度燒結技術成為山特（tè）維克可樂滿研（yán）發的重要源泉。這是（shì）形成（chéng）功能梯度材料之處，例如富鈷表麵層，可（kě）滿足（zú）基體性質的平衡要求。塗層刀片基體表麵帶的組（zǔ）成成分是實現不同塗層刀片材質的重要考慮因素。這些先進技（jì）術主要用於改善切削刃的抗塑性變形能力。Gamma相主要（yào）分布（bù）在切削刃上（shàng），從而改善了硬性。切削刃以外，在碳化物中加入豐富的結合劑，可抑製開裂傾向（xiàng），並提高了抗切屑衝擊性。

CVD塗層（céng）相對較厚，能與多種物質同時使用（yòng），達到不同效果。例如：碳氮化鈦硬度大（dà）、耐磨性好，加上（shàng）氧化鋁的卓越性能，氮化鈦形成金黃色麵塗層（céng），增加耐磨性，方便檢查磨損情（qíng）況。使用更（gèng）薄、堅硬的PVD塗層（céng）的主要目的是通過連續或層狀塗層，增加耐磨性，增加塗層層數，粒徑可達納米級。

PVD塗層係列（例如綜合性能較好（hǎo）的氮化鈦）對碳氮化鈦進行了改進，具有較高（gāo）的耐磨性（xìng）；加（jiā）入鈦－鋁氮化物，硬度和抗氧化性大大（dà）增加；采用氧化PVD，改善化學惰性（xìng）和（hé）抗月牙窪（wā）磨損性。因此，CVD和PVD塗層刀片係列構成優勢互補的應用係列，其中絕大（dà）多數性質可用於對加工工序進行全麵優化（huà）——切削刃的鋒利度是一個重要因素（sù）。

刀片材質研發的另（lìng）一重要思路是（shì）後處（chù）理工藝的研發，主要包括塗層切削（xuē）刃的（de）噴砂（shā）和塗刷。這些工（gōng）藝融入與塗（tú）層效果互補的不同刀片製造工藝（yì）中（zhōng），對刀片表（biǎo）麵具（jù）有顯著積極作用。

例如：采用噴砂作為後處理，塗層形成（chéng）抗壓力，刀片（piàn）韌度（dù）得到改善。

新世紀——新創新

始於本世紀初的（de）硬質合（hé）金（jīn）材質（zhì）的研（yán）發（fā）表明塗層刀片仍然具有（yǒu）巨大潛力，我們還將繼（jì）續（xù）大規（guī）模（mó）研發。我們通過與加工車（chē）間保（bǎo）持密切聯（lián）係、從其加工需求中認識（shí）到這（zhè）種巨大潛力。通過對材質要求的韌度和耐磨性以及抗變形能力、塗層附著力、厚度和切削刃（rèn）紋路可靠性進行（háng）更加仔細的（de）研究，加強了優化應用和推薦應用範圍的準確定位。

二十（shí）一世紀，研發出了新一代刀片，繼續加大GC4000係列產品的研發（fā）步（bù）伐。

2005年，GC4225的問世標誌著鋼件車削這種主導中間應用領域的材質改善躍上新台階。明顯減小或完全消除磨損的研發（fā）取得重（chóng）大進展。這（zhè）種新材質（zhì）的磨損機理截然不（bú）同，因（yīn）此，刀具（jù）的使用壽命更長、更（gèng）安全可靠（kào）。研發這種新材質（zhì）的主（zhǔ）要目標是在運用較高的切削速度時磨（mó）損進程慢、可預測、自然的後刀麵（miàn）磨損，並且（qiě）這些目（mù）標已基本實現。新研發的材質（zhì）如此圓滿（mǎn）成功並得到廣（guǎng）泛應用，以至於取代了ISO P15和P35刀片材質。已研發出的（de）全新（xīn）塗層和後處理塗層（céng）工藝，可（kě）提高性能，增加生產安全性（xìng）。

繼續發掘塗層硬質合金的巨大潛力

為了實（shí）現刀（dāo）片材質技術的下一（yī）步目標，山特維克可樂（lè）滿（mǎn）正在著力研發新的塗層技術、粉層技術、可（kě）轉位刀片壓製技術、切削刃處理技術（shù）、後處（chù）理技術和檢測新技（jì）術。下一代（dài）切削刀具將采用可轉位（wèi）刀片和硬質合金刀具材料。

目的還是延長刀具使用壽命，使壽命更加可預測，同時尋求增加產量的機會。這些刀具材料還（hái）為全自動化無（wú）人加（jiā）工工序和有限技術監督提供解決方案（àn），最根本的目的是降低用戶金屬切（qiē）削加工的單件成本。

塗層硬質合金自1970年上市以（yǐ）來，盡管基本原（yuán）理還（hái）是一樣，但是塗層刀片不（bú）斷改進，昔日的（de）科幻故事最終變成現實。涉及的基礎（chǔ）研究（jiū）以及工藝和研發方式方法都（dōu）經曆了一段漫（màn）長發展過程，因為我們掌握了實際刀片材質研（yán）發的全部知識。當今可轉位刀片多層塗（tú）層以及專用的非塗層材質比先進的單塗層GC刀片的切削速（sù）度都要快很（hěn）多，以前（qián）的材質根本無法相提並論。另外，提高這（zhè）種刀具（jù）材料的通用性也（yě）還有巨大潛力。

投（tóu）稿箱：
如果您有機床行業、企業相關新聞（wén）稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯係本（běn）網（wǎng）編輯部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息

名企推薦

業（yè）界視點（diǎn）

| 更多

行業數（shù）據

| 更多

博文選萃

| 更多