切削刀具向三高一專方向發展

在傳統的機械加工企業里，刀具曾長期被列入低值易耗品的管理范圍。這一方面反映出對刀具重要性的忽視，另一方面也是對當時刀具產品技術含量低下的客觀反映。從上世紀70年代以來，隨著數控機床發展而發展起來的所謂“數控刀具”，引領著切削刀具朝著三高一專(高效率、高精度、高可靠性和專用化)方向不斷發展，把傳統的刀具產品發展成為高附加值、高科技含量的產品。目前，在刀具材料、涂層技術、刀具結構等方面所取得的進展均屬于當代材料、信息學科、計算機、微電子應用技術的最新成果。 

　　首先，是在刀具材料和涂層技術方面。刀具材料的現狀是：各種刀具材料的性能都有顯著提高，形成了每種刀具材料既有獨特的優勢和使用范圍又相互取代補充的格局，使切削加工的各領域、各工序的效率和總體水平有顯著的提高。硬質合金成為刀具的主要材料，出現了適用于做涂層基體的傾斜機能材料；適合做量大面廣的鉆頭、立銑刀、絲錐等通用刀具和IT產業微型刀具的細顆粒、超細顆粒硬質合金材料；這類硬質合金的強度超過3000N/mm2，甚至達到4000N/mm2以上，為普通硬質合金材料的1倍，從而擴大了硬質合金刀具的應用范圍。近年來，涂層技術取得了重大的進展，能針對刀具不同的加工對象及使用要求開發多種牌號，或復合多層、梯度結構、納米結構的涂層。最新的AlCrN涂層和TiN-Si3N4納米結構涂層， 其涂層的硬度分別達到HV3200和HV4000，耐氧化溫度達到1100℃，顯著地提高了刀具的切削性能，是材料科技領域里的最新研究成果。又如已實用化的金剛石涂層和正在開發的CBN涂層都屬于高新技術的范疇。刀具材料和涂層技術的進步，不僅提高了標準通用刀具的性能，而且也提高了齒輪滾刀、剃齒刀等精密復雜刀具的性能，為切削刀具性能的升級換代奠定了基礎。 

　　其次，以可轉位刀具為代表的通用的車、銑和孔加工刀具及專用的、復合的、智能的刀具，其創新的結構、優良的性能、復合的功能、高的加工效率和精度也充分說明了刀具是現代科技的結晶。應用在大批量流水生產線上的專用刀具其功能已遠遠超出普通刀具的概念， 它不僅能把多道工步組合在一道工序里，提高加工效率和精度，而且能和專用機床一起共同開發新的加工方法，還起到節省投資的效果。隨著復合加工數控機床的興起，出現了一刀多用的復合刀具或多功能刀具，減少換刀的次數，為發揮復合加工機床的優勢起到了重要的作用。帶有光電傳感、測量和伺服補償機構的智能刀具，可根據測量的結果自動調節刀具的尺寸，分辨率達到0.002mm；一種在刀具里集成著3個加速度傳感器的銑刀，可實時采集切削過程的信息，經數控系統處理后，使機床始終保持在最佳狀態。 

 

　　此外，眾所周知的HSK工具柄———機床與工具接口，是一項重大的技術創新。與傳統的7:24刀柄比較，不僅提高了刀具與機床連接的精度和剛性，而且作為一項錐柄裝夾定位的共性技術，其原理已被應用到砂輪法蘭與主軸的連接及工具系統的連接中，對制造技術產生廣泛的影響。 

　　如果把“數控刀具” 的概念理解為高科技含量、高性能刀具的話，那么，可以說，切削刀具已全面進入了“數控刀具”的時代，使切削加工總體效率成倍提高。 

　　切削技術向創新制造工藝的飛躍 

　　在制造業的發展中除了看到高性能刀具所產生的直接切削效果外，還可看到切削技術在創新工藝方面所產生的更大效果，這是當今切削技術發展的重要特點， 也是切削技術進入新時代的顯著特征。近幾年，不斷開發的新的切削技術，已成為推動制造業中裝備、模具制造業和汽車、航空航天等產業部門快速發展的關鍵技術。 

　　在大批量生產的汽車工業里，汽車發動機主要零件的生產效率的提高尤為突出。這與汽車工業大量采用新切削加工方法分不開，如用整體硬質合金鉆頭加工缸體孔系新工藝、用Si3N4陶瓷刀具或CBN刀具精鏜缸孔新工藝、金剛石銑刀高速銑削鋁合金缸蓋新工藝；又如曲軸的銑削工藝或車F車拉工藝和變速箱淬硬齒輪內孔硬鏜削工藝。這些新工藝不僅提高加工效率而且提高加工質量，表1是上世紀從七八十年代至九十年代汽車工業加工精度提高的數字。 

　　現代航空工業中用整體鋁合金的框架結構作為飛機的構件，加工時要從整塊鋁件上切除90%以上的材料，采用高速切削新工藝，切削速度可達到4000~7000m/min，進給速度60~100m/min， 金屬切除率達6000cm3/min以上。 

　　 模具工業中用于加工敞開空間的模腔的高效切削成形新工藝及淬硬模具硬切削工藝，已取代了傳統的電火花成形工藝，大大地提高了加工效率，表面粗糙度可優于Ra0.6μm，甚至達到鏡面的效果，大幅度地減少了模具拋光的工作量，縮短了模具的開發周期。圍繞著模具加工開發的多功能刀具、模腔粗加工插銑刀具和大進給刀具等高效切削刀具及加工工藝，成為當前模具工業快速發展的關鍵技術。 

　　就在切削技術與工藝開發密切結合的過程中，創新的切削工藝帶動著刀具新產品的開發，創新的刀具又開拓著新的切削工藝，兩者緊密結合，相互促進，把切削工藝帶入了一個良性發展的軌道和更高的層次。 

　　刀具工業經營理念的飛躍 

　　在切削技術快速發展的同時，刀具工業本身也發生了重大的變化，整個行業的功能不只是簡單地供應“三高一專”的刀具產品和技術，而是作為制造業產業鏈中社會資源保障的一個子系統，直接承擔起推進制造業切削技術進步的重大任務和專業職責，也為切削技術和刀具的發展打開了更加廣闊的空間。在傳統的機械制造企業里，企業要投入大量的人力、物力，成立專門的機構，負責切削加工工藝，照料生產所需的刀具。但隨著制造業的發展， 針對具體的工件材料和加工工序，選擇一把適用的刀具(包括刀具材料、幾何參數、涂層的優化搭配)和合理的切削參數的工作變得越來越復雜，是一項十分專業的工作，僅靠企業的“自我保障”能力已滿足不了企業提高切削加工水平的需要。為此，越來越多的企業開始把提高切削加工工藝、照料生產線上刀具的工作交給專業的工具制造商來做，通過專業化的刀具制造商，面向全球的資源，以更高的專業視野和優化的配置，幫助企業提高切削加工的水平，從而產生更好的效果。針對用戶企業的這種需求，刀具制造商紛紛提出了為用戶“提供解決問題方案”的經營理念。把為用戶“提高加工效率、降低制造成本”作為企業全部活動的宗旨，并在擴大企業綜合實力或提高專業化程度方面做了大量的工作，從而把切削技術和刀具新品的開發既面向制造業主要工業部門的發展又針對個別用戶的需求， 緊密地與切削加工的一線實踐相結合，使刀具工業深深地扎根于制造業的沃土之中，成為刀具工業發展和創新切削技術取之不盡的源泉。在這種背景下，刀具制造商推出新產品和新技術的速度明顯加快，產品更新或補充的速度每年可達10%~20%，每推出一種新牌號通常可提高切削效率50%。國外某刀具公司稱：在該公司的總銷售額中60%為開發不到5年的產品，開發不到3年的產品占35%，說明在實踐中建立起來的科學的經營理念和企業宗旨，抓住了切削技術的實質，符合刀具工業自身發展的規律。 

　　在這個過程中，刀具工業完成了對自身價值在認識上和實踐上的飛躍，刀具制造商不只是刀具實物的生產者和銷售商，意識到在新的形勢下，必須自覺成為推動制造業發展和制造技術進步的重要的專業化社會資源。觀念的變化產生了巨大的物質力量，推動刀具工業更快的發展，正在塑造出一個全新的刀具工業。