國內外切削刀具塗層工藝發展綜述(三)

分類  >  刀具 >
tags:    時間:2014-03-12 02:31:34
國內外切削刀具塗層工藝發展綜述(三)簡介
    3.2我國PVD技術的發展   我國PVD塗層技術的研發工作始於八十年代初期,至八十年代中期研製成功中小型空心陰極離子鍍膜機,並開發了高速鋼刀具TiN塗……
國內外切削刀具塗層工藝發展綜述(三)正文

    3.2我國PVD技術的發展


我國PVD塗層技術的研發工作始於八十年代初期,至八十年代中期研製成功中小型空心陰極離子鍍膜機,並開發了高速鋼刀具TiN塗層工藝技術。在此期間,由於對切削刀具塗層市場前景看好,國內共有七家大型工具廠從國外引進了大型PVD塗層設備(均以高速鋼TiN塗層工藝為主)。技術及設備的引進調動了國內PVD技術的開發熱潮,許多科研單位和各大真空設備廠紛紛展開了大型離子鍍膜機的研製工作,並於九十年代初開發出多種PVD塗層設備。但由於多數設備性能指標不高,無法保證刀具塗層質量,同時預期的市場效益未能實現,因此大多數企業未對PVD刀具塗層技術作進一步深入研究,導致近十年國內PVD刀具塗層技術的發展徘徊不前。儘管九十年代末國內成功開發出硬質合金TiN-TiCN-TiN多元複合塗層工藝技術並達到實用水平,CNx塗層技術的研發也有重大突破,但與國際發展水平相比,我國的刀具PVD塗層技術仍落後十年左右。目前國外刀具PVD塗層技術已發展到第四代,而國內尚處於第二代水平,且仍以單層TiN塗層為主。


4我國刀具PVD塗層技術發展的問題與對策


4.1問題分析


與國外相比,我國刀具PVD塗層技術的研究和開發起步並不太晚,而且在發展初期大量引進了當時國際上最先進的各類塗層設備,八十年代後期國產塗層設備也得到了迅速發展,但該項技術真正廣泛應用於高速鋼刀具卻是在九十年代中期。到目前為止,雖然國內對硬質合金刀具TiCN塗層的研究已取得突破,但國內市場的塗層產品仍以TiN塗層為主。分析其原因,可歸納為以下幾點:


(1)前期集中引進對國內PVD技術後續發展的影響


八十年代中期國外PVD技術及裝備的集中引進雖然使我國發展該項技術有了一個高起點,同時也解決了高速鋼刀具的塗層問題,但由於引進設備的廠家都是國內的刀具生產骨幹企業(其刀具產品的國內市場佔有率很高),這些先進塗層設備的引進在相當長一段時間內已可滿足這些企業的生產要求,因此對國產PVD技術和設備的需求不太強烈,這在一定程度上影響了國產PVD設備在刀具製造領域的應用與發展;另一方面,八十年代中期PVD技術還處於發展初期,隨著該項技術的不斷發展,進入九十年代后新技術層出不窮,這些企業早期引進的技術亟待更新,但昂貴的價格使企業很難再次引進新技術和新設備,國內也因此錯失了發展提高PVD技術的最佳時期。


(2)對新工藝的研發重視不夠


儘管八十年代國內引進了當時最先進的PVD技術,但當時PVD技術尚處於發展初期,國內對其後續發展空間及發展速度無法充分估計;此外,物理塗層技術是集電子物理、材料、真空控制技術於一體的新型技術,在研究、生產、應用等方面對人員配置有較高要求,而大部分引進PVD技術的企業偏重生產,對開發人員及資金配置不足,難以推動工藝技術的進一步自主開發,新工藝、新技術仍需再引進,而再引進的費用十分昂貴(如Balzers公司的設備從TiN塗層工藝升級為TiCN塗層工藝,僅硬體改造費即需30萬美元),因此影響了國內塗層技術新工藝和裝備的研發。


(3)國產設備開發缺乏統一性、合理性及協作性


八十年代後期,國內一些真空設備製造廠及科研單位對PVD刀具塗層市場過於樂觀,紛紛加大各類PVD塗層設備的開發力度,但由於缺乏對切削工藝及刀具塗層工藝的深入了解,與工具廠合作不夠,因此開發的塗層設備大多無法滿足刀具塗層工藝的要求,尤其是精密高速鋼刀具塗層技術尚達不到批量生產水平。由於此類設備大多只能用於麻花鑽的塗層,而麻花鑽塗層費用極低,相應塗層設備的利潤也很低,因此到九十年代以後,大部分真空設備製造廠已把發展方向轉向其它行業(如裝飾塗層等)。


(4)售後服務欠缺制約了國產塗層設備的推廣應用


迄今為止,國內大部分塗層設備生產廠還不能提供完整的刀具塗層工藝技術(包括前處理工藝、塗層工藝、塗后處理工藝、檢測技術、塗層刀具應用技術等),這種技術不完整性給用戶的生產帶來許多技術問題;此外,由於設備生產廠不能提供長期技術服務,導致國產塗層設備難以保證長時期穩定、正常使用,從而極大限制了PVD塗層設備的推廣應用。


(5)塗層質量不穩定製約了塗層技術的推廣應用


引進設備的高昂成本導致塗層價格居高不下,塗層費用甚至可超過刀具價格的50%;由於引進渠道不一,設備選擇依據不同,導致設備工藝水平相差較大,影響了塗層刀具的使用效果;由於國產塗層刀具質量不穩定,塗層刀具檢驗標準不完備,因此在應用領域內造成了塗層價格高、塗層質量不穩定且塗層后刀具性能改善不明顯的不良印象,嚴重影響了刀具塗層技術的推廣應用和快速發展。


(6)國內機械加工水平不高制約了塗層技術的快速發展


在二十世紀八十年代,我國數控機床的應用還十分有限,機械加工仍處於較低水平,高速鋼刀具的應用佔全部刀具的80%以上,硬質合金刀具仍以焊接刀具為主,可轉位刀片以車削類刀具為主(一般多採用CVD塗層),整體硬質合金立銑刀、鑽頭、鉸刀等應用較少,因此對PVD硬質合金刀具塗層的要求並不十分迫切,這在一定程度上也影響了塗層技術的進一步發展。


4.2對策建議


隨著我國汽車、航空、航天、重機等工業的發展以及數控機床的迅速普及,我國機械加工技術正朝著高速加工、綠色製造的方向發展,高速滾齒、高速銑削以及乾式切削工藝的應用對刀具塗層技術提出了更高要求。以齒輪高速滾削加工為例,先進的工藝需要採用滾刀MoS2軟塗層技術,與TiN塗層相比,使用壽命可提高一倍以上。在高速銑削加工中,硬質合金銑削類刀具多選用TiAlN、TiAlCN或TiNAlN塗層,單一的TiN塗層已不適合此類加工。市場的需求迫使國內必須加速PVD新技術的研究和開發。

Bookmark the permalink ,來源:
One thought on “國內外切削刀具塗層工藝發展綜述(三)