為了保護環(huán)境、降低能耗，滿足高速、高效、高硬度、高精度及干式切削加工的迫切需求，日本住友電工硬質(zhì)合金工具公司應(yīng)用先進的納米技術(shù)、獨立研發(fā)的PVD涂層技術(shù)以及超硬材料技術(shù)，開發(fā)了適用于高速干式切削加工的超級ZX涂層硬質(zhì)合金刀具、分別用于高速切削和高精度切削淬硬鋼的SUMIBO-RON-BNC100／BNCl60立方氮化硼刀具、高速切削加工模具用SUMIBORON精密標(biāo)準(zhǔn)模具立銑刀?，F(xiàn)分別簡介如下。
　　一、超級ZX涂層硬質(zhì)合金刀具
　　(1)適用范圍
　　超級ZX涂層具有優(yōu)良的耐熱性能(抗氧化性能)和高溫耐磨性能，適用于鋼、不銹鋼、鑄鐵等的高速干式銑削加工，是一種先進的涂層新技術(shù)。
　　(2)涂層特點
　　超級ZX涂層是一種應(yīng)用納米技術(shù)和獨立研發(fā)的PVD新技術(shù)，使每層厚度為納米級的TiAlN和AlCrN超薄涂層交互層疊形成約1000層的超多層涂層。
　　超級ZX涂層與原有涂層的物理性能對比見表l。涂層硬度是采用毫微壓痕法，在涂層斜斷面加載19．6mN的測量荷重測得的，原有涂層的硬度為40GPa，而超級ZX涂層的硬度則高出約40％，達到56GPa；殘余壓應(yīng)力是根據(jù)sin2Φ法，將滲入厚度調(diào)整到一定深度，在BLl6XU大型放射光裝置上進行測量。由結(jié)果可知，涂層中的應(yīng)力水平從基體向表面呈梯度增大，在距表面2．3μm處壓應(yīng)力最大，達到2．7GPa，應(yīng)力在深度方向的變化是根據(jù)涂層的生成調(diào)整涂覆條件的結(jié)果；涂層中的平均殘余壓應(yīng)力也達到1．9GPa，比原有涂層大1．2GPa。涂層的氧化特性是用TG-DTA(熱重量測量示差熱分析)法來評價的。
　　
　　表1涂層物理性能對比〖HTSS〗
　　名稱 涂層構(gòu)造 毫微壓痕硬度 開始氧化溫度 殘余壓應(yīng)力 AE劃痕試驗
　?。邸妫?［GPa］ ［N］
　　原有涂層 TiN/AIN 40 816 0.7 73.8
　　超級ZX涂層 TiAIN/AICrN 56 1029 1.9 76.7
　　
　　從表l可知，超級ZX涂層的開始氧化溫度較原有涂層提高了約200℃。在950℃空氣中保持30min后緩慢冷卻的樣品表面觀察結(jié)果來看，原有涂層刀片的氧化非常顯著，已到達刀片基體材料；而超級ZX涂層刀片的外觀仍維持試前狀態(tài)，氧化在涂層最外表面停止。涂層的結(jié)合強度是采用聲發(fā)射(AE)劃痕試驗法，在涂層剝離臨界載荷重量作用下進行劃痕試驗來測定的。從試驗結(jié)果來看，在涂層硬度和殘余應(yīng)力都很高的前提下，超級ZX涂層的結(jié)合強度與原有涂層幾乎相同，只略高一些。
　　 (3)切削性能
　?、龠m用刀具材質(zhì)
　　300刀具材質(zhì)適用范圍較廣，涵蓋了從鋼至不銹鋼的工件材料；ACK300則是用于銑削鑄鐵的刀具新材質(zhì)。
　?、赪EX型波形刃立銑刀的切削性能
　　采用超級ZX涂層的刀具材質(zhì)ACP200／300、ACK300的刀尖可換式WEX型波形刃立銑刀已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)品化。WEX300型波形刃銑刀是一種能獲得高質(zhì)量加工面、具有高可靠性、可用于精加工的刀尖可換式高效立銑刀。
　　
　　表2 BNCl00和BNCl60的技術(shù)規(guī)格和物理特性
　　
　　用途 材質(zhì) 涂層 CBN燒結(jié)體 物理特性
　　種類 厚度 CBN含量 CBN粒度 結(jié)合劑 硬度［HV］ 抗彎強度TRS
　　高速切削 BNC100 TiMN+ 2μm 40-45%(體積) 1μm TiN 29- 1.05-
　　TiCN   32Gpa 1.15Gpa
　　高精度切削 BNC160 TiMN+ 2μm 60-65%(體積) 3μm TiN 31- 1.10-
　　 TiCN 33Gpa 1.20Gpa
　　
　　
　　表3 BNCl00和BNCl60的刀尖技術(shù)規(guī)格
　　
　　材料 刀尖處理 倒棱角度［°］ 倒棱寬度［mm］ 倒圓
　　BNC100 標(biāo)準(zhǔn)型 25 0.12 有
　　LS型 15 0.11 有
　　
　　BNC160 標(biāo)準(zhǔn)型 25 0.12 有
　　LS型 20 0.10 有
　　HS型 30 0.17 有
　　
　　在加工實例(a)中，用其他公司PVD材質(zhì)刀具加工3個工件后，刀具損傷較大，在加工第4個工件時，刀具發(fā)生崩損；而使用ACP200材質(zhì)刀具加工4個工件后，刀具損傷很小，提高了刀具壽命。在加工實例(b)中，與其他公司PVD材質(zhì)刀具相比，ACP200刀具切削聲音小、狀態(tài)良好，即使將切削條件提高約2倍，也能實現(xiàn)穩(wěn)定的切削加工，加工表面質(zhì)量良好，可獲得光潔的加工面。
　　由此可知，與目前加工中常用的TiAlN涂層刀具相比，超級ZX涂層刀具壽命可提高1倍以上，由于提高了刀尖耐磨性(即刀具的可靠性)，因此能夠承擔(dān)高速、高效切削加工。
　　二、高速、高精度力工淬硬鋼用SUMIBORON-BNC100／BNC160
　　(1)適用范圍
　　BCNl00即使在300m／min的切削速度下也具有優(yōu)異的耐磨性能，可用于淬硬鋼的高速切削加工；BNCl60適用于過去只能磨削加工、尺寸精度達IT6級、表面粗糙度Rz=1．6μm的淬硬鋼高精度切削加工。
　　(2)刀具特點
　　BNCl00和BNG160刀片技術(shù)規(guī)格和物理特性見表2。BNC100和BNC160是以結(jié)合相耐熱性能優(yōu)良、耐磨性和抗崩刃性大幅提高的CBN作為基體，其上涂覆以TiAlN和TiCN為主要成分的特殊陶瓷類涂層，從而具有優(yōu)異的耐磨性和穩(wěn)定的表面粗糙度。刀尖的技術(shù)規(guī)格見表3。通過合理匹配組合標(biāo)準(zhǔn)型刀尖、重視切削性能的LS型刀尖和高強度的HS型刀尖，就能在各種不同的加工中，最大限度地發(fā)揮新材質(zhì)的切削性能。
　　(3)切削性能
　　BNC100的切削性能與原來用于高速加工的BNX10、BNC150相比，BNC100具有優(yōu)異的耐磨性能和抗崩刃性能，在高速切削加工中顯示出更長的刀具壽命。
　　BNCl60的切削性能與原來用于高精度加工的BNC80相比，BNCl60耐磨性能優(yōu)異，加工表面粗糙度可達2μm。工件直徑尺寸的變化情況與BNC80相比，BNC160耐磨性能優(yōu)異，直徑尺寸變化小，并可穩(wěn)定獲得IT6級加工精度。
　　三、高速、高精度加工模具用SUMIBORON精密立銑刀
　　(1)適用范圍
　　隨著加工中心主軸高速化，模具高效加工技術(shù)發(fā)展很快。過去，高速鋼立銑刀曾經(jīng)是模具加工的主流刀具。當(dāng)機床主軸最高轉(zhuǎn)速超過每分鐘1萬轉(zhuǎn)后，涂層硬質(zhì)合金立銑刀就成為了模具加工的主流刀具?，F(xiàn)在，加工中心的主軸最高轉(zhuǎn)速已達到每分鐘4-6萬轉(zhuǎn)，可以預(yù)期，CBN立銑刀必將成為主流刀具。與涂層硬質(zhì)合金立銑刀相比，CBN立銑刀在刀具壽命、加工表面質(zhì)量等方面具有壓倒優(yōu)勢。由于CBN傳熱性好，能夠抑制切削溫度的升高，可在噴霧冷卻潤滑和干式切削條件下進行高速切削，因此在保護環(huán)境方面也具有明顯優(yōu)勢。為了適應(yīng)模具高速切削加工的需求，住友電工硬質(zhì)合金工具公司開發(fā)了小直徑CBN球頭立銑刀BNBP型模具精銑刀，這是一種R0．2-1．0mm的長頸型球頭立銑刀，適合深模腔加工。
　　(2)刀具特點
　　眾所周知，與硬質(zhì)合金和高速鋼相比，CBN具有更高的硬度和熱傳導(dǎo)率，適合高硬度鋼的切削加工，但由于其韌性較差，在斷續(xù)切削負(fù)荷作用下刀尖容易崩刃。為了提高BNBP型模具精銑刀的抗崩刃性能，采用了大幅度提高CBN燒結(jié)體強度的SLIMIBORON新材料和-40°大負(fù)前角刀尖形狀的優(yōu)化組合，使其抗崩刃性能顯著提高(與硬質(zhì)合金近似)。因此，BNBP型模具精銑刀可實現(xiàn)對高硬度模具穩(wěn)定的高精
　　度加工。
　　(3)切削性能
　　在加工中心上用R0．3球頭立銑刀切削加工移動電話用鈕扣型模具時，刀具磨損寬度的變化涂層硬質(zhì)合金球頭立銑刀從加工完第一個模具后，刀具磨損開始增大，加工完第二個模具時，刀具磨損寬度超過0．03mm，模具上出現(xiàn)毛刺，刀具達到使用壽命；而CBN球頭立銑刀產(chǎn)生初始磨損后，磨損寬度幾乎沒有表4加工條件增大，加工6個模具后加工面仍未產(chǎn)生毛刺，也未出現(xiàn)擠碎缺陷，加工面保持良好，刀具仍可繼續(xù)加工。雖然可以進行干式銑削，但為了延長刀具使用壽命，推薦采用噴霧冷卻銑削加工。
　　
　　表4 加工條件
　　刀具規(guī)格 轉(zhuǎn)速（r/min） 進給速度（mm/min） ap(mm) pp(mm)
　　R1.0 36000 3000 0.03 0.25
　　R0.5 40000 3000 0.02 0.02
　　R3.0 40000 1000 0.01 0.01
　　
　　在加工中心上用CBN球頭立銑刀切削加工粉末冶金高速鋼(HRC63)錐齒輪模具總加工時間2小時28分)。對于粉末高速鋼這種高硬度材料，如果用涂層硬質(zhì)合金刀具進行粗加工，會加快、加大刀具磨損，產(chǎn)生粗糙的加工表面，如果在半精加工和精加工中不能去除粗糙表面上的凹凸，模具精度就得不到保障。如果從粗加工開始就采用CBN刀具，就能制造出高精度模具。
　　與涂層硬質(zhì)合金立銑刀相比，CBN立銑刀在耐磨性能上具有壓倒性優(yōu)勢，可在高速條件下加工高硬度、高精度模具，能大幅度提高加工效率，同時獲得優(yōu)質(zhì)加工表面，從而可以大幅度縮短后續(xù)精磨時間，使高性能、高硬度的粉末高速鋼也能實現(xiàn)高效加工。
　　綜上所述，使用超級ZX涂層刀具能夠?qū)崿F(xiàn)鋼、不銹鋼、鑄鐵等的高速干式銑削加工；使用SUMIBORON BNC100／BNC160和精密模具立銑刀能夠?qū)崿F(xiàn)淬硬鋼的高速切削加工、高精度切削加工。這些新技術(shù)、新產(chǎn)品的應(yīng)用可降低功率消耗、減少工業(yè)污染，為節(jié)能減排、保護環(huán)境和降低生產(chǎn)成本作出貢獻。