整理刀具镀膜前景

1、刀具镀膜的进展与对策摘要：本文介绍了国际硬镀膜技术新近的七大进展, 分析了我国刀具 镀膜市场现状与需求,从效劳全国,走向世界战略要求,提出了对策. 作者认为：真空镀膜技术已开展成为现代制造业的根底技术.而超硬 镀膜技术那么是现代刀具制造业的关键技术. 在这个领域我国与兴旺国 家的差距达10-15年.开展刀具镀膜技术是我国制造业的当务之急, 上海真空行业唯有整合好国内外两个资源, 尽快建立白己的、可持续 开展的刀具镀膜业,才能效劳全国、走向世界.关键词：工具镀膜市场进展对策一、前言当前,我国以汽车为代表的现代制造业正在高速开展,它对刀具制造业提出了 “局精度、局效率、局可靠、专用化简称三局一专

2、的要求,作为现代刀具制造业的三大关键技术之一的硬镀膜技术,我国正面临着升级换代的重大技术变革.二、开展刀具镀膜技术是我国当务之急1. 真空镀膜技术是现代制造业的根底技术等离子真空镀膜技术是将工件放在真空等离子场中,在其外表沉 积一层薄膜,使工件外表改性的一种加工方法；它是真空技术的前沿,它以现代真空获得与测量技术为根底,融非平衡态冶金学,低温等离子物理和化学,薄膜性能的分析、检测与限制技术,高洁净度清洗技 术和现代白控技术为一体的光机电一体化的高新技术.硬镀膜技术是真空镀膜技术的一个分支,它突破于七十年代末、 八十代就已在世界制造业中得到推广应用.并已扩展到耐磨抗蚀膜、 摩擦学膜、装饰膜,分别

3、应用于切削刀具、模具、轴承、燃气轮机 叶片、塑料工业轧辐,成型模、建材,这极大地改善了它们的役使 性能.镀膜刀具的采用,实现了高进刀深度、高走刀速度、高切削精 度、硬切削,大幅度地提升了加工质量和效率.兴旺国家经验证实： 刀具的本钱虽然因此增加了 3%.加工本钱却降低15-20%.由于现 代制造业推崇“效率优先的理念； 镀膜工件的优异的役使性能,使 镀膜技术在汽车、航空航天、数控加工、能源,电子、模具、家电、 石化及塑料等现代制造业中的应用越来越广泛,它已成为支撑现代制造业的一项根底技术.2. 硬镀膜技术是现代刀具制造业的关键技术现代刀具制造有三大关键技术：刀具材料技术、刀具镀膜技术、 复合刀

4、具技术,九十年代以来,刀具硬镀膜技术开展特别快；刀具镀 膜第一代镀TiN,第二代镀TiC,第三代镀TiCN, 02年己开展到第四 代镀AlTiN,应用更为广泛、深入.役使性能更好；就第四代氮化铝 钛镀膜刀具而言,其切削性能就比第一代氮化钛镀膜提升了好几倍.表1,给出了各种镀膜的硬度、摩擦系数、切削温度等性能的比拟.表1和图1可以清楚地看到：新一代的超级氮化铝钛镀膜比第一代氮化钛的性能从硬度、使用温度到实际钻孔数都有大幅的提升.特 别是钻孔数提升了 4-5倍.镀膜刀具性能的提升,为高速切削.硬切 削技术的采用创造了条件,为复合刀具、专用刀具的广泛采用铺平了 道路.因此,刀具的镀膜技术与刀具新材料

5、技术、复合刀具技术一起 并称为现代刀具制造业的三大关键技术.众所周知：切削加工是制造 业的最主要加工方法,其加工总本钱的70%是消耗在切削加工上；尤其是高精切削,硬切削.多功能、专用、复合刀具是数控机床、力口 工中央、现代白动加工生产线必备的刀具, 是当今切削加工实现高精 度、高效率、低本钱的三大技术手段；对刀具进行镀膜那么是实现上述 手段的前提.3. 开展刀具镀膜是我国制造业的当务之急近年来,世界制造业正在东移,我国正在开展成为世界制造基地, 中国的汽车制造业规模已开展到世界第四位. 为提升市场竞争力,以 汽车制造技术为代表的我国现代制造业正在深入进行“高起点、大投入、规模化,国际化的产业升

6、级和结构调整,国外新技术、新装备 大量引进,这对我国刀具制造业提出了新的,更高的要求.工具行业 必须改变几乎只生产标准传统刀具的落后面貌,向生产三高一专 现代刀具转型；这种刀具几乎百分之百要镀膜.三、耐磨镀膜技术国际上开展极快,我国差距拉大了如前所述,耐镀膜技术是知识含量很高的高新技术： 不仅开发难 度大,而且要科学地、稳定地应用也是一件不容易的事；但它对工具 性能的大幅度提升,使现代制造业对其有广泛而热切的需求, 这反过来又促进了硬镀膜技术更快更深入的开展. 近年来国际上硬镀膜技术 开展特别快,其特点是：1. 电弧离子镀是硬镀膜的主流机型多弧离子镀原创于美国多弧公司.它具有离化率高、沉积速度

7、快, 设备空间利用率高,结构相比照拟简单的优点,但因其沉积时存在大 尺寸粒子,一度多用于装饰镀；九十年代以来,由于以磁约束为代表 的一系列新技术的采用,不仅较好地解决了大尺寸粒子问题,而且还 提升了靶材的利用率和等离子区的尺寸精度； 使其在众多硬镀膜技术 中异军突起,已开展成为当今硬镀膜领域的主流机型.2. 研究进入量化阶段对膜层的成份、组织、结构,厚度、应力及基底粗糙度对膜层和 工具性能的影响、及其与镀膜工艺关系研究非常深入,并已进入量化 段,开始用数学模型分析和预测膜层组织结构、厚度基底粗糙度与应 力状况及性能的关系,从事膜系设计.3. 工艺更加个性化针对工件的役使条件设计工艺.多元、复合

8、、多屡镀、纳米镀纳 米梯度镀层、纳米多层镀层、纳米结构镀层等等的开发,进一步增 强了膜基结合力.降低了摩擦系数,提升了抗氧化性、使用温度、镀 膜的硬度和韧性,增加了可镀厚度,大幅度地改善了役使性能,可满 足不同使用条件下的刀具及其它工具与机件的需要. 表2是某家公司 提供的不同役使条件下部份刀具所采用的一些膜系.4. 设备柔性化为扩大没备的可镀膜系的品种,先进的镀膜设备往注配有不同尺 寸、不同规格、采用不同靶材的靶源.除常规电弧源外,还可配宽懒 射频离子源,磁控溅射靶等,以备用户按需要进行组合,以适应不同 刀具采用不同膜系,设备要频烦换靶源的需要,设备采用了模块化、 组合化结构,不仅实现了一机

9、多用,而且在进行复杂的多元、多层、 复合镀膜时,用户可以在不改变靶源组成,在不破坏真空的条件下, 一次完成.5. 设备实现了 “即插即用为便于更换靶源,现代镀膜设备针对“模块化结构, 还配有换 靶专用工装,实现了 “即插即用,使靶和靶材的更换、调整及设备 的维修省时、省力、极为方便.6. 设备设计更为精细化磁约束技术的进一步改良,使电弧离子镀的外表质量可以和磁控 溅射相媲美,靶面能均匀蒸发、靶材的利用率大为提升；脉冲附加偏 压的采用,进一步降低了沉积温度最低可到1800C;基底预处理技 术的进步如清洗技术的改良,过渡镀层的采用也使膜基结合力提升 到了一个新水平；纳米中间层的采用使膜层应力大大降

10、低, 强度进一 步提升；加上多元靶组合技术的开发与采用,纳米级厚度的精确控 制使硬镀膜设备几乎到了只需要合理,什么成份、什么组织结构、 什么厚度尺度从纳米到分米的硬膜都能镀的地步.不仅如此,在一 些被人们无视的地方,也没有逃过国外研发者的视线,人们还着力增 强了设备的予加热水平,除了改良靶的结构之外、装料夹具和送料车 结构上也都进行了优化、改良；力口大了设备的装载炉量,提升了 效率、节省了工件预热时间,使装、出料平稳、灵活、方便,设备更 加科学,紧凑、精致.7. 操控智能化、白动化工艺过程事先按镀膜要求进行菜单化设定、 予置,设备采用了全 白动的闭环限制,因此,设备实现了 “傻瓜式,可白动运行

11、,无人 值守.面对国外刀具镀膜技术的如火如荼的开展, 反观我国的刀具镀膜 技术现状.尽管起步很早,差距却加大了.技术水平低,可靠性差、 应用面窄,严重滞后于我国现代制造业的开展, 开展刀具镀膜技术已 成为我国制造业的当务之急.四、我国刀具镀膜市场潜力很大1. 我国刀具镀膜仍处于起步阶段兴旺国家制造业20年前就完成了传统刀向现代刀具的过渡,新 一代镀膜技术的出现使其如虎添翼,加工效率、产品质量进一步提升. 镀膜在刀具中已很普及,镀膜刀具已占刀具的80%,专用复合刀具几乎100%镀膜.我国镀膜技术的开发始于八十年代初. 八十年代中期便开始产业 化应用,由于可靠性差,质量不稳定,一些大型工具企业搞成

12、套引进, 在八十年代中后期,前后共引进了三条国外刀具镀膜生产线, 当然全 是第一代镀TiN技术.近年来,生产规模在不断扩大；据可查资料,99年我国工具镀膜市场的销售额为 7512万元,且每年以20%以上的速度增长；但应用面不广,镀膜刀具仅占工具的20%,但技术水平那么停滞不前,国内企业除少数在开发多层镀之外, 绝大多数尚停留在 第一代技术阶段.而在刀具本钱限制的理念上也存在严重的缺失. 不 少企业片面地严格限制刀具的采购本钱, 造成价格虽高、但性价比更 高的镀膜刀具很难推广.无论是技术水平,还是本钱限制理念和应用 规模,我国的刀具镀膜都属起步阶段.现代制造业的开展,为我国刀 具镀膜技术上的更新

13、换代和规模上的高速扩张提供了强大动力.2. 复合专用刀具几乎全部靠进口专用复合刀具是现代制造业的根本工具之一, 我国目前全靠进口, 99年进口额高达1亿美元而当年我国国产刀具的总销售额也只有 36 亿人民币,其中1/3还是出口.每年还要以40-60%的速度增长, 据预测04年的进口额将达3亿美元.我国制造业对现代刀具的需要 及对国外的依赖从中可见一斑.3. 我国刀具镀膜的潜在市场巨大目前,在现代制造业兴旺的德国,有镀膜中央30余家,镀膜生产线200余条.照目前我国现代制造业的开展速度, 2021年我国至 少应该有现代镀膜生产线100条,现代镀膜设备及镀膜加工的产值将 会超过20亿人民币.日前我

14、国制造业的规模已超过德国,尽管技术 上差距很大,但却是一个高速开展的产业.据预测,到 2021年,我 国制造业不仅规模世界第一,而技术水准也将接近兴旺国家.到那时, 我们面临的将是一个总体上已现代化的我国制造业,仅刀具镀膜生产 线的需求将达1000条以上.4. 齿轮刀具镀膜是目前的主要市场尽管复合刀具要全部镀膜,需要量很大,但国内工具厂目前尚不 具备这种刀具的大规模生产水平,而修磨又要专用设备,目前只有一 家外资企业刚刚新建了一个修磨车间,开始承接本公司生产刀具的修 磨并送到国外重镀,其它大多数复合刀具都是一次使用. 尽管生产这 种刀具的镀膜是以后的潜在市场,但国内的重磨后的重镀,已是一个 现

15、实的潜在市场.现实的市场还是急待技术上升级换代的传统标准刀具,如钻头、 丝锥、铳刀、车刀,拉刀、较刀、插齿刀、滚齿刀等等.其中插齿 刀、滚齿刀和拉刀是此前述其它刀具更为复杂要求更高的刀具,人们称其为复杂刀具,它是一个急待开发的、更大的,现实的潜在市场.齿轮是大批生产的零件,他对刀具的寿命、可靠性比普通的标准 刀具有更高的要求.但比复合刀具无论是技术上的复杂性, 还是设备 的投资额均稍逊一筹；近年来,其生产规模急速扩大,目前我国齿轮 刀具市场销售额已达2亿人民币左右,大多数齿轮加工企业尚未采用 镀膜技术.目前我国刀具镀膜即是少量采用的也是第一代技术,镀 TiN;质量不稳定.第四代镀膜刀具不仅质量

16、稳定、可靠,而且切削 水平比第一代提升了 34倍.生产这些刀具企业迫切要求镀膜技术 升级换代,仅此一项的镀膜市场就是两个亿,每年还要以30%甚至更高的速度增长.我国拉刀的生产情况与此类似,目前每年的市场容 最也达1个亿.五、抓住机遇迎接挑战面对这诱人的市场和大量国外镀膜公司的涌入, 这对建立我国白 主的现代制造业体系,无疑是一个严峻的挑战.为此,国家一方面制 定政策,03年特发专门文件,将离子镀膜设备列入鼓励外商投资的 领域；另一方面化巨资,通过各个渠道列工程,资助我国真空镀膜科 技工作者努力攻关,尽快在这个领域赶上去.1. 既是挑战,更是机遇上海是全国的龙头,上海的六大支柱产业：汽车、钢铁、

17、造船、 石化、微电子、电气设备和迅速开展的航空、航天无不需要镀膜刀具 和镀膜技术.当今,上海正在承接世界制造业的转移,培育和创立世 界制造业基地,和长江三角一起共筑国际现代工业走廊； 同时还面临 着效劳全国、走向世界的战略任务；上海及其周边地区现代制造业发 展极为迅速,对新一代刀具硬镀膜技术的需求尤为迫切.上海以至长 三角,无论是普通标准刀具、复杂刀具、还是复合刀具的市场都非常 大.就齿轮刀具而言,全国26家齿轮骨干企业中,就有10家在长三 角,两家在江西；其中上汽齿轮总厂,上海通用汽车变速器 的产量占全国的1 /3.这给上海硬镀膜技求的开展带来了巨大的商 机.2. 整合国内外两个资源上海真空

18、业界的硬镀膜研发,尽管起步很早,由于体制及根底技 术落后等原因,现在不仅与国外、而且与国内的差距都拉大了.要抓 住机遇,迎接挑战,唯有整合国内外资源.对外与国际上在硬镀膜领 域处寸,领先地位的公司合资,引进技术；对内不拘一格,引进人才； 在上海成立硬镀膜中央,不仅搞镀膜加工,而且造设备、搞研发.就 能由劣势变优势,由弱变强,实现效劳全同,走向世界的战略任务.3. 市场开拓是关键采用硬镀膜刀具对我国许多企业来说是一个新技术,是一个潜在 市场.它的采用无疑要明显增加刀具的采购本钱,但却会带来整个切 削加工总本钱的大幅降低.因此首先要抓好“效率优先这个现代制 造理念的深入普及.在一般切削加工本钱中有1、刀具；2、切削加工辅助材料如电、切削液、气、水等；3、人工；4、设备；5、厂 房；6、治理等六大部份组成.其中,刀具本钱仅占总本钱中很小一 部份,通常约占3%;假设采用新一代镀膜刀具,尽管刀具本钱可能倍 增,但它却会带来刀具寿命和切削速度提升,这将导致加工时间缩短、 使换刀本钱加工辅助时间、停机本钱包括设备拆旧、人工、厂房、 治理等费用和冷却液使用费的降低.山特维克可乐满公司的研究表 明：切削速度只要提升20%,切削加工总本钱就可降低15%.当然 这里反映的仅仅是一般趋势,具体每个企业、每个工况将因情况不同 而有差异.因此,除了要借助媒体引导之外,更为重要的是需要