日本工具厂商面临市场的严峻挑战展
2003-07-30 00:00 来源： 我的钢铁
2001年日本机械工具产值为3564.03亿日元，比2000年下降5.6%。其中，高速钢切削工具略有增长，与2000年相比增长0.4%；CBN工具同比下降3.1%；金刚石工具同比下降10.8%；占机械工具半壁江山的硬质合金工具产值为1838亿日元，同比下降6.3%。在硬质合金工具中，硬质合金车刀、硬质合金铣刀、硬质合金立铣刀三个品种的产值均超过2000年水平，但硬质合金工具的主导产品硬质合金刀片和硬质合金钻头却呈现负值增长。在工具整体需求均较疲软的情况下，汽车行业的订货仍保持了往年的水平。2002年度，汽车制造商为了降低生产成本，迫切要求工具厂家大力开发高效率加工刀具。
2001年，IT相关行业对工具的需求比较疲软，其中，只有加工半导体基板用的PCB钻头有所增长。2001年秋，迎来了对移动电话需求的短暂增长势头，产值达到了2000年生产高峰期的70%～80%，库存调整也很顺利，使存货一度销售告罄。进入2002年后，个人电脑和计算机相关行业对工具的需求增长；中国台湾和韩国等亚洲地区的需求均较旺盛，原来的需求大户美国由于景气恢复乏力，2002年9月以后的需求如何目前仍难以预料。
切削工具的世界市场总交易量为11000亿日元左右，其中，美国和欧洲各4000亿日元，亚洲3000亿日元(含高速钢刀具)。预计世界工具产值年增长率至2003年时为3%，至2006年时为2.6%。用户主要集中在美国和亚洲地区，因此，日本工具行业今后将努力扩展海外市场。
大力开发涂层及复合涂层刀具
切削工具目前仍以涂层硬质合金为主要的工具材料，近来耐热性、耐磨性优异的复合涂层已日益增多，其中包括金刚石涂层硬质合金等，这些材料大都围绕高速切削的发展方向进行研究开发和生产。
涂层是实现工具高性能化不可或缺的重要技术，包括涂层在内的复合材料正在大力发展。用户对工具的需求，侧重于提高生产效率，如高速化、环保效果、减轻刀具重量等方面，工具厂商应努力满足用户的上述需求。
在选择刀具材料时，应充分考虑其使用领域，如高速切削加工用的刀具，必须采用具有良好耐磨性的高硬度工具材料。高硬度工具材料首推陶瓷材料，陶瓷的优点是高温条件下的硬度高，抗塑性变形性能优异，但质地较脆，容易崩裂。目前，正在研究新型陶瓷材料，特点是组织致密度高，韧性得到较大改善，如已开发出涂层陶瓷和添加SiC强化纤维的FRC陶瓷等。
在高精度切削加工方面，已开发出由粒径非常细小的金属粉末烧结而成的微细晶粒刀具材料。这种材料可能取代金刚石，用于高精度切削加工。金刚石是硬度最高的刀具材料，但当切削温度达800℃以上时，容易引起Fe、Co、Ni及其它碳固溶物质产生扩散反应，因此，金刚石刀具不宜用于钢材的切削加工，但却可用于硬质合金、金属陶瓷等高硬度材料的加工。
在难加工材料方面，不锈钢、钛合金、淬火钢、FRP等最具代表性，这些材料的切削加工大都采用涂层刀具。涂层刀具是高韧性和高耐磨性兼备的刀具品种，使用范围非常广泛。近年来，多层涂覆技术发展很快，数层、数十层乃至上百层的涂层刀具均有产品投放市场。此外，CBN材料的硬度仅次于金刚石，但其性能优于陶瓷，因此，CBN刀具适用于淬火钢、激冷铸铁、烧结钢、烧结不锈钢、Co基超耐热合金等材料的切削加工。
在高速高精度切削加工方面，与CBN、PCD等刀具材料相对应，应开发出耐热性更优异的涂层材料。在小切深大进给的精加工中，高速切削是核心技术，为了进一步提高加工效率，应开发既可加工大切深、又可提高进给量的新型刀具和加工方法。
椭圆形状的立铣刀
为了满足高速高精度加工的需要，新开发的工具形状种类十分丰富。以立铣刀为例，切削刃形状对刀具切削性能影响极大，开发立铣刀时应重视齿数和沟槽螺旋角。
最近，开发出一种椭圆形立铣刀，主要用于模具曲面的高效率加工。加工模具大都使用齿尖为球状的球头立铣刀，但在对模具的曲面部位进行超精密切削加工时，刀具移动幅度很小，需反复进行切削，加工时间较长，刀齿为椭圆形的立铣刀正好能满足此种需要。这种立铣刀具有较大的螺旋状切削刃，切削锋利度很高。由于刀齿与加工部位的接触面积较大，刀具每个行程的切削残留量很少，因此，可进行高精度高效率切削加工。
涂层处理是大幅度提高立铣刀性能的重要手段。最近，由于纳米技术的应用，有的公司已开发出纳米级Si粒子复合涂层产品，如TiSiN和CrSiN涂层立铣刀，两种涂层材料的粒径均为5nm。TiSiN涂层立铣刀可高速切削50～70HRC的高硬度钢；CrSiN涂层立铣刀可高速高精度加工43HRC以下的软钢或预淬硬钢。TiSiN涂层简称TH涂层，CrSiN涂层简称CS涂层，两种涂层的硬度和抗氧化性能均优于其它涂层，在延长工具寿命，降低加工成本，缩短加工周期等方面，均有更加明显的效果。
为了满足高速切削的需要，必须使耐磨性优异的硬质镀膜与基体材料粘结良好。经过不断改进，目前，TiAlN基涂层硬质合金刀具已广泛用于钢的高速切削加工。另外，在铸铁和碳钢等材料的精加工中，也已开始使用CBN立铣刀。
满足干式切削加工的需求
在机械加工领域，既要提高加工效率，降低生产成本，同时，又迫切要求注意环保问题。因此，行业关注的焦点便集中到高速高精度加工和环境保护如何统一起来。在这方面人们普遍看好干式加工和准干式加工的有效配合。
适用于干式切削的刀具，在解决发热问题方面，可采用耐热性、散热性良好的涂层材料；在提高润滑效果方面，可采用润滑性能优异的涂层材料；为了提高排屑性能，可采用易于分断切屑的刀具形状。
近来，沟槽底径不断增大，有的公司进行了加大刀片槽以提高刚性的试验。为了提高切屑分断效率，改善排屑性能，许多厂家都非常重视前角的调整，已开发出刀尖呈钝角的刀具形状，据称，此种刀具可提高散热效果。另外，不少公司已开发出干式切削钻头等刀具品种，这些刀具表面大都涂覆润滑性能优异的镀膜，可完成原来必须使用切削液才能进行的切削加工。
2001年，IT相关行业对工具的需求比较疲软，其中，只有加工半导体基板用的PCB钻头有所增长。2001年秋，迎来了对移动电话需求的短暂增长势头，产值达到了2000年生产高峰期的70%～80%，库存调整也很顺利，使存货一度销售告罄。进入2002年后，个人电脑和计算机相关行业对工具的需求增长；中国台湾和韩国等亚洲地区的需求均较旺盛，原来的需求大户美国由于景气恢复乏力，2002年9月以后的需求如何目前仍难以预料。
切削工具的世界市场总交易量为11000亿日元左右，其中，美国和欧洲各4000亿日元，亚洲3000亿日元(含高速钢刀具)。预计世界工具产值年增长率至2003年时为3%，至2006年时为2.6%。用户主要集中在美国和亚洲地区，因此，日本工具行业今后将努力扩展海外市场。
大力开发涂层及复合涂层刀具
切削工具目前仍以涂层硬质合金为主要的工具材料，近来耐热性、耐磨性优异的复合涂层已日益增多，其中包括金刚石涂层硬质合金等，这些材料大都围绕高速切削的发展方向进行研究开发和生产。
涂层是实现工具高性能化不可或缺的重要技术，包括涂层在内的复合材料正在大力发展。用户对工具的需求，侧重于提高生产效率，如高速化、环保效果、减轻刀具重量等方面，工具厂商应努力满足用户的上述需求。
在选择刀具材料时，应充分考虑其使用领域，如高速切削加工用的刀具，必须采用具有良好耐磨性的高硬度工具材料。高硬度工具材料首推陶瓷材料，陶瓷的优点是高温条件下的硬度高，抗塑性变形性能优异，但质地较脆，容易崩裂。目前，正在研究新型陶瓷材料，特点是组织致密度高，韧性得到较大改善，如已开发出涂层陶瓷和添加SiC强化纤维的FRC陶瓷等。
在高精度切削加工方面，已开发出由粒径非常细小的金属粉末烧结而成的微细晶粒刀具材料。这种材料可能取代金刚石，用于高精度切削加工。金刚石是硬度最高的刀具材料，但当切削温度达800℃以上时，容易引起Fe、Co、Ni及其它碳固溶物质产生扩散反应，因此，金刚石刀具不宜用于钢材的切削加工，但却可用于硬质合金、金属陶瓷等高硬度材料的加工。
在难加工材料方面，不锈钢、钛合金、淬火钢、FRP等最具代表性，这些材料的切削加工大都采用涂层刀具。涂层刀具是高韧性和高耐磨性兼备的刀具品种，使用范围非常广泛。近年来，多层涂覆技术发展很快，数层、数十层乃至上百层的涂层刀具均有产品投放市场。此外，CBN材料的硬度仅次于金刚石，但其性能优于陶瓷，因此，CBN刀具适用于淬火钢、激冷铸铁、烧结钢、烧结不锈钢、Co基超耐热合金等材料的切削加工。
在高速高精度切削加工方面，与CBN、PCD等刀具材料相对应，应开发出耐热性更优异的涂层材料。在小切深大进给的精加工中，高速切削是核心技术，为了进一步提高加工效率，应开发既可加工大切深、又可提高进给量的新型刀具和加工方法。
椭圆形状的立铣刀
为了满足高速高精度加工的需要，新开发的工具形状种类十分丰富。以立铣刀为例，切削刃形状对刀具切削性能影响极大，开发立铣刀时应重视齿数和沟槽螺旋角。
最近，开发出一种椭圆形立铣刀，主要用于模具曲面的高效率加工。加工模具大都使用齿尖为球状的球头立铣刀，但在对模具的曲面部位进行超精密切削加工时，刀具移动幅度很小，需反复进行切削，加工时间较长，刀齿为椭圆形的立铣刀正好能满足此种需要。这种立铣刀具有较大的螺旋状切削刃，切削锋利度很高。由于刀齿与加工部位的接触面积较大，刀具每个行程的切削残留量很少，因此，可进行高精度高效率切削加工。
涂层处理是大幅度提高立铣刀性能的重要手段。最近，由于纳米技术的应用，有的公司已开发出纳米级Si粒子复合涂层产品，如TiSiN和CrSiN涂层立铣刀，两种涂层材料的粒径均为5nm。TiSiN涂层立铣刀可高速切削50～70HRC的高硬度钢；CrSiN涂层立铣刀可高速高精度加工43HRC以下的软钢或预淬硬钢。TiSiN涂层简称TH涂层，CrSiN涂层简称CS涂层，两种涂层的硬度和抗氧化性能均优于其它涂层，在延长工具寿命，降低加工成本，缩短加工周期等方面，均有更加明显的效果。
为了满足高速切削的需要，必须使耐磨性优异的硬质镀膜与基体材料粘结良好。经过不断改进，目前，TiAlN基涂层硬质合金刀具已广泛用于钢的高速切削加工。另外，在铸铁和碳钢等材料的精加工中，也已开始使用CBN立铣刀。
满足干式切削加工的需求
在机械加工领域，既要提高加工效率，降低生产成本，同时，又迫切要求注意环保问题。因此，行业关注的焦点便集中到高速高精度加工和环境保护如何统一起来。在这方面人们普遍看好干式加工和准干式加工的有效配合。
适用于干式切削的刀具，在解决发热问题方面，可采用耐热性、散热性良好的涂层材料；在提高润滑效果方面，可采用润滑性能优异的涂层材料；为了提高排屑性能，可采用易于分断切屑的刀具形状。
近来，沟槽底径不断增大，有的公司进行了加大刀片槽以提高刚性的试验。为了提高切屑分断效率，改善排屑性能，许多厂家都非常重视前角的调整，已开发出刀尖呈钝角的刀具形状，据称，此种刀具可提高散热效果。另外，不少公司已开发出干式切削钻头等刀具品种，这些刀具表面大都涂覆润滑性能优异的镀膜，可完成原来必须使用切削液才能进行的切削加工。
