日本2000年的五金工具產(chǎn)值比1999年增長10.9%,達到3772.11億日元。其中,高速鋼切削工具、金剛石工具、CBN工具均有兩位數(shù)字的增長;硬質(zhì)合金工具約占工具總產(chǎn)值的50%,2000年硬質(zhì)合金工具產(chǎn)值增長9.3%。
進入2001年后,隨著半導體產(chǎn)業(yè)和機床行業(yè)需求轉(zhuǎn)入疲軟,工具行業(yè)受其影響,生產(chǎn)、銷售也開始下滑。其中,加工印刷電路板用的PCB鉆頭需求下降最為嚴重,高速鋼工具的減產(chǎn)情況大體與之相似。目前,各工具廠家非常關(guān)注汽車行業(yè)的需求動向,該行業(yè)是切削工具的主要用戶,其需求變化對工具行業(yè)影響極為明顯;同時,要求降低成本的壓力也十分巨大。
全球切削工具的市場規(guī)模約1.1萬億日元,其中,美國和歐洲各為4000億日元,亞洲地區(qū)為3000億日元。預計世界工具需求的年增長率至2003年時為3%,至2006年時為2.6%,用戶的擴大主要集中在美國和亞洲,因此,日本工具行業(yè)將大力開拓海外市常2000年日本工具出口比例首次達到20%。
大型用戶普遍要求加強供貨能力和售后服務,為了適應這種形勢,日本工具企業(yè)大力進行了企業(yè)兼并或業(yè)務合作等行業(yè)重組活動。1999年東芝Tungaloy和美國KennametalHertel、富士精工和德國Guhring公司相繼簽訂了業(yè)務合作協(xié)議。2000年,三菱綜合材料公司收購神鋼工具公司,成立了MCC神鋼工具公司作為三菱的子公司。這些大型廠家的收購兼并活動,在世界范圍內(nèi)組成了新型的切削工具供貨體系。加快產(chǎn)品開發(fā)步伐
汽車行業(yè)是切削工具的需求大戶,其使用量約占刀具產(chǎn)品的60%,汽車行業(yè)的需求動向是工具行業(yè)關(guān)注的重點。另外,近年來蓬勃發(fā)展的IT產(chǎn)業(yè)使小直徑刀具產(chǎn)品需求有了迅速的增長,在切削加工領域中,高精度、高速、高效率加工得到空前重視。隨著人們環(huán)保意識的加強,干式切削技術(shù)有了很大進展,干式切削工具的開發(fā)成果極為顯著。以涂層處理和可轉(zhuǎn)位結(jié)構(gòu)為主的刀具新產(chǎn)品開發(fā)的步伐進一步加快。
切削工具的材料近年來仍以涂層硬質(zhì)合金為主,變化并不明顯;盡管如此,涂層技術(shù)本身卻有了很大的進步,耐熱性、耐磨性等優(yōu)異的復合涂層大量出現(xiàn),TiC、TiN、TiCN、TiAlN等涂層的應用已相當普及。涂層刀具已經(jīng)成為現(xiàn)代刀具的標志,在刀具中的比例已超過50%。
作為高速切削加工的刀具,必須選用耐磨性優(yōu)異的高硬度材料制作,在這類材料中,陶瓷是最為理想的品種。陶瓷刀具在高溫條件下的硬度很高,抗塑性變形性能優(yōu)異,不易產(chǎn)生氧化磨損。但其缺點也很明顯,即質(zhì)地較脆,易損傷。近來已開發(fā)出陶瓷新品種,其缺點已大為減少,如涂層陶瓷、添加SiC增強纖維的FRC陶瓷等已先后投放市場,現(xiàn)在也可采用新型陶瓷刀具對Ni基超耐熱合金進行高速切削加工。
住友電工公司開發(fā)出一種新型刀具材料,即在該公司CBN200/CBN80(立方氮化硼燒結(jié)體)表現(xiàn)涂履特殊的陶瓷涂層,這種特殊的鍍膜使材料的耐磨性提高30%,工具壽命得以大幅度延長。這種新型刀具主要用來高速加工汽車行業(yè)常用的高硬度淬火鋼和鑄鐵,公司計劃在兩年內(nèi)使該產(chǎn)品的銷售額達到12億日元。
開發(fā)超細晶粒刀具材料
為了實現(xiàn)高速高精度加工,各廠家正在大力開發(fā)由微細晶粒金屬粉末燒結(jié)而成的新型刀具材料。
眾所周知,金剛石是硬度最高的工具材料,但金剛石刀具在切削溫度超過800℃時,將和Fe、Co、Ni等其他碳固溶物質(zhì)產(chǎn)生擴散反應。因此,金剛石刀具不宜用于鋼的切削加工。在進行高硬度材料加工時,應選用硬質(zhì)合金和金屬陶瓷等刀具材料,尤其宜選用超細晶粒硬質(zhì)合金(粒徑在1μm以下),這種材料具有硬度高、韌性好、切削刀可靠性高等優(yōu)異性能。超細晶粒硬質(zhì)合金刀具由于性能優(yōu)異,即使將其用于低速或斷續(xù)切削等不穩(wěn)定的切削加工領域,刀具也不會產(chǎn)生崩刃或破損等異常損傷。上世紀90年代以來,超細晶粒硬質(zhì)合金刀具的應用已十分廣泛,尤其在難加工材料的高速切削中效果更為突出。進入新世紀后,這類材料經(jīng)過涂層處理,其性能有了進一步提高。目前,這類刀具正大量用于高硬度鋼、不銹鋼及Fe基、Ni基Co基等各種超耐熱合金的切削加工。
CBN刀具的硬度僅次于金剛石,其性能又比陶瓷刀具優(yōu)越,因此,適用于淬火鋼、冷硬鑄鐵等高硬度材料及燒結(jié)構(gòu)、燒結(jié)不銹鋼、Co基超耐熱合金等材料的切削加工。
隨著環(huán)保意識的加強,干式切削加工技術(shù)受到極大關(guān)注。干式切削所用刀具必須具備下列特點:在熱特性方面,采用耐熱性和散熱性良好的涂層材料;在潤滑效果方面,采用潤滑性能優(yōu)異的涂層物質(zhì);在排屑性能方面,則應設計出便于斷屑排屑的刀具形狀。迄今,日本的工具廠家已開發(fā)出多種用于干式加工的切削工具,如不二越公司的AQUA鉆頭系列,住友公司的AC1000涂層刀片、ZX涂層立銑刀,日立工具公司的epoch立銑刀及MG涂層刀片等。