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提升刀具效能,增加竞争优势

   2019-11-18 数控刀具网11490
核心提示:根据中国机床工具工业协会工具分会的调查及分析测算,我国进口刀具之消费规模从2017年139亿人民币,增加至2018年148亿人民币,同比增长6.5%;而我国在国内生产之刀具(含内销+出口),其消费规模由2017年345亿,
根据中国机床工具工业协会工具分会的调查及分析测算,我国进口刀具之消费规模从2017年139亿人民币,增加至2018年148亿人民币,同比增长6.5%;而我国在国内生产之刀具(含内销+出口),其消费规模由2017年345亿,上升至2018年374亿,同比增长8.4%。从数字上看到,在国内生产刀具之消费规模虽然比进口的超出两倍多,但进口刀具仍然在中高端市场占有相当大的份额(估计约有70%),我国刀具制造商需要在不同方面的改进,方可在性能及利润上与进口刀具争一日之长。?进口刀具在高端市场一直拥有领导地位,但国产刀具经过几十年的磨练及演变,其质量已续渐与进口刀具拉近距离,着实有赖整个供应链的努力,包括材料、刀具设计、生产工艺、涂层等。而涂层是刀具在切削加工之前线,其性能往往影响刀具的寿命及加工效果,所以涂层在整个供应链中占有一个非常关键的位置。?涂层的发展?按涂层的发展过程,已往刀具市场所使用的涂层主要为氮化钛(TiN)、氮碳化钛(TiCN)、氮化铝钛(TiAlN)等,但随着科技不断革新,加工条件、状况、被加工材料之性能等不断演变,至使已往所发展的涂层已满足不了生产需求。有见及此,各涂层供货商因着不同的要求,更改或添加不同化学元素、调整涂层结构等方式,发展出不同种类的涂层,如加入硅之纳米结构涂层、以铝铬为基础的新型耐高温涂层等,务求将刀具的性能带进另一层次。?在涂层开发方面,国外供货商特别是欧洲因着长久的历史,一直有着领导性的优势,在设备(硬件)及研发(软件)方面具前胆性,但开发对象主要是国外客户,他们有着先进及稳定的机床、规范性的加工条件,涂层之发择往往是事半功倍。但随着国内市场之迅速发展,很多应用的领域及需求都是因着国内刀具应用者(如手机零件制造商、模具加工商)的特殊情况(如不同的加工状况、不同加工机种、不同材料、工人欠缺规范性),而未能达到预期效果。?以下会从两方面探讨如何为刀具制造商提供具竞争力之策略:?◆高性价比?◆专业化/客制化?瑞士新技术,价格不变,性能提升?已往TiAlN被广泛应用在刀具上,其中一个主要市场是加工中低硬度模具钢,亚洲科汇的同类涂层为MDT,通过劈裂电弧技术,其耐磨性相比于市场上的TiAlN已有所提升。而据客户反映,为了增加生产效益,终端用家希望在价格不变的情况下,其刀具寿命需要进一步增加。为了达到此目的,亚州科汇技术团队重新针对涂层的结构与制程技术进行优化改良,进而发展新型涂层MDTL,相较于原MDT涂层性能提升33%。为进一步了解MDTL对市场的同等类型涂层的性能比较,将针对市场通用TiAlN系的涂层进行切削测试比对。图1为市场TiAlN与MDTL涂层于R5圆形刀片并进行加工测试,并量测刀刃磨损的结果。图2为刀片经过切削完毕后的形貌,可以发现涂MDTL刀片在经过120分钟切削后,刀刃并没有任何崩缺情况产生仅有轻微磨损;而另一方面,涂TiAlN刀片经过测试已产生崩缺情形产生,由此结果可以得知MDTL涂层优于市场的TiAlN涂层。?测试条件?提升刀具效能,增加竞争优势?测试结果?提升刀具效能,增加竞争优势提升刀具效能,增加竞争优势?而在加工中高硬度模具钢之领域,市场上多以AlTiN为主要涂层考虑,因其硬度、耐磨性及耐高温性均比TiAlN有所提升。近年来涂层商之研发人员加入硅元素,并利用纳米结构,开发出一款TiAlSiN之纳米涂层,其硬度、耐磨性及耐高温性将进一步提升,以下是这三款涂层的性能对比:?提升刀具效能,增加竞争优势?基于TiAlSiN,亚洲科汇开发了一款ALL涂层,目标是应用于加工38-55HRC硬度范围之模具材料,在市场上已广受客户接受。虽然如此,亚洲科汇通过调整涂层工艺及结构之经成,开发了新一代ALLX涂层。为进一步了解ALLX对市场同等类型涂层的性能,将进行切削测试。其切削参数分别如下所示,图3为ALLX涂层与市场同等类型涂层于铣刀上切削测试后之刀刃磨损值比较,由图中可以发现涂ALLX铣刀之刀刃磨损值较低于其它涂层的刀刃磨损值,由此结果意味着ALLX涂层较其它涂层具有更佳的耐磨性。图4为各个涂层铣刀经过切削测试后的刀刃形貌,可以发现ALLX涂层铣刀在经过120分钟切削后,其侧刃并没有任何崩缺情况产生,仅有轻微磨损;而另一方面,其余铣刀经过切削测试后可以明显观察到侧刃有崩缺情形产生,由此显示刀具经已受损。综合切削测试结果ALLX涂层的性能经过改良优化后再次推上另一层次,并且与市场上同等系列涂层相比,其ALLX涂层有着40%的性能提升。?测试条件?提升刀具效能,增加竞争优势提升刀具效能,增加竞争优势提升刀具效能,增加竞争优势?针对不同应用,涂层之设计作出客制化?金刚石普遍称为钻石,是世界上坚硬的化学结构。由于现代纳米科学的进步、科学家已可利用化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,CVD)快速而有效地沉积金刚石薄膜,让刀具拥有像钻石般坚硬之表面,可切削一些非常难加工的材料,例如:PCB板、石墨、陶瓷、硬质合金及碳纤维板。?以上的材料均有一个共同点是硬度高,对于刀具之磨损非常大,以往的PVD涂层已不能满足要求,而金刚石涂层是一个有效的解决方案。?由于不同材料之特性,例如石墨电需要很高的刀具强度及耐用性、PCB具有粘聚合物及一些坚硬填充物,刀具需具有强度要求及表面抗粘粘层等,所以在发展金刚石涂层时必须要按不同情况加以考虑。?在现时的金刚石涂层发展,主要提供以下两款结构:?提升刀具效能,增加竞争优势提升刀具效能,增加竞争优势提升刀具效能,增加竞争优势?如表格2显示,MCD结构具有高硬度(纳米硬度为100-110GPa),但表面之粗糙度相对较高,适用于加工高磨损的材料如石墨电;而NCD结构之硬度比MCD略低(纳米硬度为80-85GPa),但晶粒幼细,韧性高,适用于加工碳纤维这类具备断续性及长纤维的材料。?而针对压制玻璃的石墨模具,除了石墨本身的磨损性外,加工后需要一定程度之表面光洁度,所以如真接使用MCD结构之金刚石涂层,其表洁度未能达到要求。?经亚洲科汇的技术团队及瑞士NeoCoat科研人员研发后,开发出一款以MCD为基础,将晶体以渐进方式将其纳米化之特殊复合结构,既拥有耐磨性,而表面之光洁度也能满足生产需要,此研究将会申请成为专利。?结论?现时市场竞争激烈,刀具商需要在当中脱颖而出,必须在各细节上注意、改进,并加以严格管控。而涂层作为刀具之前线,其性能将会直接影响使用效果。通过开发客制化及专业化的涂层,可让刀具的性能得到提升,增加竞争优势。????本文由亚洲科汇有限公司供稿
 
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