日本工具行业近期研究开发状况
2005-02-18 00:00 来源： 我的钢铁
近年来，由于经济长期处于不景气状态，日本机械工厂的设备运转率不断下降，因此，不可能指望机械工具的需求会有大幅度增长。日本工具厂商面临着广大用户要求降低价格和通货紧缩的压力，工具制品的价格不断下滑，各公司为此正努力加强企业的经营管理，同时，加大新产品开发力度，进一步开拓市场领域。
整个行业利润微薄
日本经济持续疲软状况近来稍有好转，工具行业也随之出现了增长兆头。
据日本硬质合金工具协会统计，2002年度硬质合金工具产值达2032亿日元，比2001年增长3.5%，销售额达2058亿日元，比2001年增长2.9%，生产和销售两年来首次出现增长。
该协会预计，2003年度硬质合金工具的需求将达2120亿日元，比2002年增长3%。此项预计包括两个方面，一方面是随着亚洲经济的发展，日本工具出口将比2002年增长8.3%，达到470亿日元；另一方面，日本国内需求由于汽车等行业增长缓慢，故只能同比增长1.6%，达到1650亿日元。2003年工具行业产值虽然增长3%，但由于用户要求降低价格和通货紧缩的压力，工具价格下滑，因而实际收益受到制约，工具厂商在数年之内仍必须面对严峻的经营环境。为了进一步激发需求增长，工具企业正在大力开发新产品，开拓新的市场领域。开发耐磨、耐热、高韧性工具制品
机床技术正向着高速、高精度和多轴、多功能、适应环保的方向发展，与此相对应，切削工具、磨削工具制品也随之朝着上述方向发展。其中，就切削工具来看，为了满足高速铣削、多功能、小直径、干式切削加工等多方面的需求，厂商们加强了研究开发工作。
首先，在适应高速铣削需求方面，切削工具必须具有高耐磨性、高耐热性和高韧性等特点。为了满足此种需求，在超细晶粒硬质合金基体上进行多层涂覆的立铣刀等产品有了大幅度增长，这些产品的切削性能得到很大提高，可充分满足高速铣削的要求。
其次是采用超高压烧结技术，开发新型工具材料。例如无粘结剂CBN，由于改进了烧结方法，不添加粘结辅料，只用微细CBN粉末烧结而成，这种新型CBN烧结体具有很高的强度和耐热特性。另外，有的厂商还用微细金刚石晶粒烧结成致密的工具坯料。这些新型工具材料可大大提高刀具切削性能。
镀膜多层化技术迅速发展
在涂层技术方面，由TiAlN等多种涂层物质组合起来，形成多层重迭的复合镀膜，从而极大地提高了刀具的各种性能，如用复合涂层刀具加工钢等材料时，均表现出极为优异的切削性能。刀具表面涂覆多层镀膜后，硬度达到2500～3000HV，是一种高硬度刀具材料，耐热性也得到很大改善，在850～900℃高温条件下，刀具材料不会被氧化，仍能保持其硬度。镀膜多层化还可提高韧性，表层产生的龟裂不易传递至内层，因此，可防止刀具产生崩刃。
涂层材料中，碳化钛和氮化钛适用于钢的高速切削，金刚石涂层适用于铝合金等材料的加工。另外，有一种值得注意的新型涂层，即类似金刚石晶体结构的DLC(类金刚石碳)涂层，适用于铝的干式加工等领域。最近，还开发出一种纳米涂层刀具，这是一种带纳米级Si微细晶粒镀膜的刀具，最宜用于高硬度钢的高速切削和软钢的高效率加工。住友电工公司最近开发出涂层CBN刀片“BNC系列”，这是一种高耐热性、高韧性CBN基体上涂镀特殊陶瓷的刀片，具有使用寿命长和加工精度高等特点，适用于淬火钢等高硬度材料的切削加工。
改进刀具形状，提高加工效率
随着成形技术的进步，已经能制作出符合加工需要的各种工具形状，这将极大地提高刀具切削性能。
从改进工具形状来看，首先是提高刀具刚性，增大每齿切屑排出量，目前已开发出高效率加工用的4齿立铣刀，其加工效率为原有2齿立铣刀的4倍以上。如OSG公司开发的硬质合金立铣刀“WX-PHS”，便是一种可对模具及各种零件进行高速强力切削的新型产品。该立铣刀基体材料为超细晶粒硬质合金，经TiAlN复合多层镀膜处理，耐磨性大幅度提高；刀具为4齿结构，槽的螺旋角由过去的30°改为45°，曲线平滑，排屑性能和切削锋利度均大幅度提高，加工表面平整美观，可用于精加工。
Kennametal日本公司推出一种多功能立铣刀“HANIT4”，基体材料也是超细晶粒硬质合金，经TiAlN涂层处理，带45°螺旋齿，是一种高韧性、高硬度兼备的刀具。该立铣刀可用于SS、碳钢、低合金钢、不锈钢等高硬度及难加工材料上进行沟槽、侧壁、精加工等高速大进给量切削。
Dijet公司开发出一种可转位式硬质合金立铣刀，主要用于模具粗加工。刀具带正前角，刀片有断屑槽，螺旋槽较宽，切削力比原有产品降低25%，加工时切削噪声小，可进行大进给量切削。该立铣刀分为长柄型和外周4齿型，长柄型有58个规格，外周4齿型有36个规格，共94个规格，已实现系列化，Dijet公司试图将此种立铣刀树为“世界第一品牌”。
此外，在改进工具形状方面，还有刀齿中心带切削刃的立铣刀，可进行良好的平面加工；新近开发一种刀齿为椭圆形，与加工体的接触面积增大的球头立铣刀，用于模具等工件的高精度加工，可大幅度缩短加工周期。
大力开发高附加值产品
目前，工具厂商在开发新产品时，除了注意工具的基本特性(如耐磨性、耐热性等)外，还必须考虑到环保的要求，因此，干式切削用的刀具便成为当前开发的重点。干式切削不用冷却润滑液，因而此类刀具必须对被加工材料具有相应的润滑性能。如小笠原制作所开发出一种高性能小型滚刀，该滚刀除了具有高速、高精度、长寿命等特点外，还可用于干式滚齿加工。铃木工机制作所也开发出一种干式切削的硬质合金特型滚刀；富士BC技研公司开发出用于准干式加工的车刀“EB-tool”等。
当前，复合加工机床日益普及，多道工序均在一台机床上进行，因此，切削工具也必须具有多种加工功能，如一把刀具可加工槽、侧壁和孔等。这种多功能刀具可减少换刀时间，不用对刀具进行调试，能保证很高的精度。如三菱综合材料公司下属的神钢工具公司开发出一种高精度新型立铣刀，商品名VC-PSRB“MIRACIE ORBIT”，便具有多功能特点。过去需用多种球头立铣刀加工的特型模具，现在只用一把新型立铣刀便可完成，减少了所用刀具数量，消除了因换刀造成的加工误差，大幅度提高了加工精度和加工效率。
小直径、深孔加工用刀具及加工技术，在医学、生物工程、半导体、光通信、精密模具等尖端产业领域的应用日益广泛，对该类刀具的需求量很大。
在小直径、极小直径刀具方面，塞脱公司生产的ADR-SUS钻头特别引人注目，该钻头主要是为不锈钢等难加工材料微小孔加工开发的，特点是使用寿命相当长，其他公司的产品很难与之相比。日进工具公司的CBN立铣刀SFB也很有特色，这是专门为高硬度材料超精密加工开发的小直径立铣刀，刀齿形状经过特殊设计，R中心部分的切削锋利度极高，在加工60HRC淬火钢时，加工表面粗糙度为0.9μm。日立工具公司的epoch新型球头立铣刀可取代电加工完成微细深长的刻模加工，可大幅度缩短加工时间。Iscar公司的Feed mill铣刀具有大进给高切除率的特点，同时，在伸出长度加大后，仍可采用稳定的大进给切削，因此，在深孔、深槽等加工领域很受用户欢迎。
以上介绍了新开发的超细晶粒硬质合金基体+多层镀膜处理的刀具制品情况，这些新型刀具在干式切削、多功能化和微细小直径加工领域，发挥着越来越明显的加工效果；它们都具有较高的附加值，在挖掘市场潜力方面很有竞争力，各厂家正在利用这些新产品，展开一场激烈的市场争夺战。
整个行业利润微薄
日本经济持续疲软状况近来稍有好转，工具行业也随之出现了增长兆头。
据日本硬质合金工具协会统计，2002年度硬质合金工具产值达2032亿日元，比2001年增长3.5%，销售额达2058亿日元，比2001年增长2.9%，生产和销售两年来首次出现增长。
该协会预计，2003年度硬质合金工具的需求将达2120亿日元，比2002年增长3%。此项预计包括两个方面，一方面是随着亚洲经济的发展，日本工具出口将比2002年增长8.3%，达到470亿日元；另一方面，日本国内需求由于汽车等行业增长缓慢，故只能同比增长1.6%，达到1650亿日元。2003年工具行业产值虽然增长3%，但由于用户要求降低价格和通货紧缩的压力，工具价格下滑，因而实际收益受到制约，工具厂商在数年之内仍必须面对严峻的经营环境。为了进一步激发需求增长，工具企业正在大力开发新产品，开拓新的市场领域。开发耐磨、耐热、高韧性工具制品
机床技术正向着高速、高精度和多轴、多功能、适应环保的方向发展，与此相对应，切削工具、磨削工具制品也随之朝着上述方向发展。其中，就切削工具来看，为了满足高速铣削、多功能、小直径、干式切削加工等多方面的需求，厂商们加强了研究开发工作。
首先，在适应高速铣削需求方面，切削工具必须具有高耐磨性、高耐热性和高韧性等特点。为了满足此种需求，在超细晶粒硬质合金基体上进行多层涂覆的立铣刀等产品有了大幅度增长，这些产品的切削性能得到很大提高，可充分满足高速铣削的要求。
其次是采用超高压烧结技术，开发新型工具材料。例如无粘结剂CBN，由于改进了烧结方法，不添加粘结辅料，只用微细CBN粉末烧结而成，这种新型CBN烧结体具有很高的强度和耐热特性。另外，有的厂商还用微细金刚石晶粒烧结成致密的工具坯料。这些新型工具材料可大大提高刀具切削性能。
镀膜多层化技术迅速发展
在涂层技术方面，由TiAlN等多种涂层物质组合起来，形成多层重迭的复合镀膜，从而极大地提高了刀具的各种性能，如用复合涂层刀具加工钢等材料时，均表现出极为优异的切削性能。刀具表面涂覆多层镀膜后，硬度达到2500～3000HV，是一种高硬度刀具材料，耐热性也得到很大改善，在850～900℃高温条件下，刀具材料不会被氧化，仍能保持其硬度。镀膜多层化还可提高韧性，表层产生的龟裂不易传递至内层，因此，可防止刀具产生崩刃。
涂层材料中，碳化钛和氮化钛适用于钢的高速切削，金刚石涂层适用于铝合金等材料的加工。另外，有一种值得注意的新型涂层，即类似金刚石晶体结构的DLC(类金刚石碳)涂层，适用于铝的干式加工等领域。最近，还开发出一种纳米涂层刀具，这是一种带纳米级Si微细晶粒镀膜的刀具，最宜用于高硬度钢的高速切削和软钢的高效率加工。住友电工公司最近开发出涂层CBN刀片“BNC系列”，这是一种高耐热性、高韧性CBN基体上涂镀特殊陶瓷的刀片，具有使用寿命长和加工精度高等特点，适用于淬火钢等高硬度材料的切削加工。
改进刀具形状，提高加工效率
随着成形技术的进步，已经能制作出符合加工需要的各种工具形状，这将极大地提高刀具切削性能。
从改进工具形状来看，首先是提高刀具刚性，增大每齿切屑排出量，目前已开发出高效率加工用的4齿立铣刀，其加工效率为原有2齿立铣刀的4倍以上。如OSG公司开发的硬质合金立铣刀“WX-PHS”，便是一种可对模具及各种零件进行高速强力切削的新型产品。该立铣刀基体材料为超细晶粒硬质合金，经TiAlN复合多层镀膜处理，耐磨性大幅度提高；刀具为4齿结构，槽的螺旋角由过去的30°改为45°，曲线平滑，排屑性能和切削锋利度均大幅度提高，加工表面平整美观，可用于精加工。
Kennametal日本公司推出一种多功能立铣刀“HANIT4”，基体材料也是超细晶粒硬质合金，经TiAlN涂层处理，带45°螺旋齿，是一种高韧性、高硬度兼备的刀具。该立铣刀可用于SS、碳钢、低合金钢、不锈钢等高硬度及难加工材料上进行沟槽、侧壁、精加工等高速大进给量切削。
Dijet公司开发出一种可转位式硬质合金立铣刀，主要用于模具粗加工。刀具带正前角，刀片有断屑槽，螺旋槽较宽，切削力比原有产品降低25%，加工时切削噪声小，可进行大进给量切削。该立铣刀分为长柄型和外周4齿型，长柄型有58个规格，外周4齿型有36个规格，共94个规格，已实现系列化，Dijet公司试图将此种立铣刀树为“世界第一品牌”。
此外，在改进工具形状方面，还有刀齿中心带切削刃的立铣刀，可进行良好的平面加工；新近开发一种刀齿为椭圆形，与加工体的接触面积增大的球头立铣刀，用于模具等工件的高精度加工，可大幅度缩短加工周期。
大力开发高附加值产品
目前，工具厂商在开发新产品时，除了注意工具的基本特性(如耐磨性、耐热性等)外，还必须考虑到环保的要求，因此，干式切削用的刀具便成为当前开发的重点。干式切削不用冷却润滑液，因而此类刀具必须对被加工材料具有相应的润滑性能。如小笠原制作所开发出一种高性能小型滚刀，该滚刀除了具有高速、高精度、长寿命等特点外，还可用于干式滚齿加工。铃木工机制作所也开发出一种干式切削的硬质合金特型滚刀；富士BC技研公司开发出用于准干式加工的车刀“EB-tool”等。
当前，复合加工机床日益普及，多道工序均在一台机床上进行，因此，切削工具也必须具有多种加工功能，如一把刀具可加工槽、侧壁和孔等。这种多功能刀具可减少换刀时间，不用对刀具进行调试，能保证很高的精度。如三菱综合材料公司下属的神钢工具公司开发出一种高精度新型立铣刀，商品名VC-PSRB“MIRACIE ORBIT”，便具有多功能特点。过去需用多种球头立铣刀加工的特型模具，现在只用一把新型立铣刀便可完成，减少了所用刀具数量，消除了因换刀造成的加工误差，大幅度提高了加工精度和加工效率。
小直径、深孔加工用刀具及加工技术，在医学、生物工程、半导体、光通信、精密模具等尖端产业领域的应用日益广泛，对该类刀具的需求量很大。
在小直径、极小直径刀具方面，塞脱公司生产的ADR-SUS钻头特别引人注目，该钻头主要是为不锈钢等难加工材料微小孔加工开发的，特点是使用寿命相当长，其他公司的产品很难与之相比。日进工具公司的CBN立铣刀SFB也很有特色，这是专门为高硬度材料超精密加工开发的小直径立铣刀，刀齿形状经过特殊设计，R中心部分的切削锋利度极高，在加工60HRC淬火钢时，加工表面粗糙度为0.9μm。日立工具公司的epoch新型球头立铣刀可取代电加工完成微细深长的刻模加工，可大幅度缩短加工时间。Iscar公司的Feed mill铣刀具有大进给高切除率的特点，同时，在伸出长度加大后，仍可采用稳定的大进给切削，因此，在深孔、深槽等加工领域很受用户欢迎。
以上介绍了新开发的超细晶粒硬质合金基体+多层镀膜处理的刀具制品情况，这些新型刀具在干式切削、多功能化和微细小直径加工领域，发挥着越来越明显的加工效果；它们都具有较高的附加值，在挖掘市场潜力方面很有竞争力，各厂家正在利用这些新产品，展开一场激烈的市场争夺战。
