金属切削技术及刀具发展现状
线以及铸铁和淬火硬件的加工，并从精加工领域扩展到半精加工领域，大大提高了切削效率。铝合金是航空航天工业和汽车工业的重要材料。铝合金的高效加工是这两个工业领域的关键技术。目前，由于PCD制造的各种高性能刀具的广泛应用，切削效率显着提高，最高。切割速度达到7000m/min。产品由原来的车刀、面铣刀扩展到立铣刀、钻头、铰刀、成型刀具等； PCD也是加工石墨和合成材料等非金属材料的唯一有效工具。可以预见，随着CBN和PCD刀具的推广，刀具的种类将进一步增加，应用领域将进一步扩大，导致切削加工向高速高效加工方向发展。
高速钢材料的发展还是在刀具材料的发展中提到。虽然高速钢工具和硬质合金工具的销量每年减少约5%，但高性能钴高速钢和粉末冶金高速钢的使用量却在增加。这两种高性能高速钢历史悠久，比普通高速钢具有更好的耐磨性、红硬性和可靠性，尤其是粉末冶金高速钢的性能，但由于价格高，使用用于航空航天工业加工高难度材料。随着对切削效率的追求和观念的转变，这些高性能高速钢刀具首先广泛应用于自动生产线，如钻头、立铣刀、丝锥等通用刀具和齿轮刀具、拉刀等精密的工具。获得更高的切削速度和加工质量、可靠的使用和延长的刀具寿命。近年来，上述由高性能高速钢制成的刀具已扩大并应用于一般加工，已成为国外高速钢刀具的常规产品。
综上所述，在各种刀具材料的发展中，硬质合金起着主导作用，但其他刀具材料的性能也得到了显着提高，扩大了各自的应用领域，形成了多种刀具材料。有独特的优势和使用范围，相互替代，补充整体格局。可以说，刀具材料的全面快速发展为今天的高速、高效金属切削奠定了基础。
第三，涂层是提高刀具性能的关键技术。
刀具的涂层技术在现代切削刀具的发展中起着重要的作用。它自成立以来发展非常迅速，尤其是近年来。化学涂层 (CVD) 仍然是可转位刀片的主要涂层工艺。开发了中温CVD、厚膜氧化铝、过渡层等新工艺。基于基材的改进，CVD涂层具有抗性。耐磨性和韧性均得到提高； CVD金刚石涂层也取得了进展，提高了涂层的表面光洁度，进入实用阶段。目前国外硬质合金可转位刀片的涂层率已达到70%以上。这一时期，物理涂层（PVD）的进展尤为显着，在炉体结构、工艺、自动化控制等方面取得了重大进展，不仅耐热性适用于高速切削、干切削、硬切割已开发。更好的涂层，例如Super TiAlN、TiAlCN通用涂层具有更好的综合性能和DLC、W/C减摩涂层，并通过涂层结构的创新，开发出纳米和多层结构，提高涂层硬度和韧性。表 2 显示了瑞士公司 PLATIT 的最新涂料。
PVD镀膜技术的新发展向我们展示了镀膜技术在提高刀具性能方面的巨大潜力和独特优势：通过控制镀膜工艺参数以及调整靶材和反应气体，可以开发出新的镀层。适应加工多样性的需要，是一种快速、良好的改进和提高刀具性能的技术，具有非常广阔的应用前景。
四是工具结构的创新，改变了传统标准工具的面貌和功能单一。
随着制造业的快速发展，汽车工业、航空航天工业、模具工业等重点行业对切削加工提出了更高的要求，推动了可转位刀具的不断发展。为汽车工业流水线开发的专用成套工具，突破了传统的按需供给工具和“闭门造车”的做法，成为创新加工工艺、提高加工效率、节约投资的重要工艺因素，扮演新角色。图3是威迪亚曲轴加工新工艺的高速铣刀。
模具行业具有效率高、单件、小批量生产、模具材料硬度高、加工难度大、形状复杂、金属去除量大、交货期短等特点，成为可转位刀具创新的强大动力结构，如功能面铣刀、各种球头立铣刀、模块化立铣刀系统、镗铣刀、大进给铣刀等。回顾1990年代以来切削加工的发展，模具行业仍然是新的高速切削、硬切削和干切削工艺的发源地。
为满足航空航天工业高效加工大型铝合金部件的需要，研制了新型高速铝合金面铣刀等刀具。图4是山特维克高速面铣刀，最高转速24000r/min，切削速度。速度为 6000 米/分钟。
与此同时，可转位刀片的新结构也出现了，如车削用的高效泡罩刀片、前角的复杂尺寸铣刀刀片、球头立铣刀刀片、高速防砸刀片等。铣刀刀片等。
随着五轴联动数控刀具磨床功能的完善和应用的普及，立铣刀、钻头等标准万能刀具的几何参数更加多样化，改变了传统标准刀具的旧格局并能适应不同的加工材料和加工条件，切削性能相应提高。一些创新结构还产生了新的切削效果，例如不等螺旋角立铣刀。与标准立铣刀相比，不等螺旋角立铣刀可以有效抑制刀具振动，提高加工光洁度，增加工装量。切削深度和进给速度。比如各种不同钻头类型和不同槽型的硬质合金钻头，图5是上海工具厂有限公司为适应不同材料而推出的各种钻头和不同钻头磨削形式。硬质合金丝锥和硬质合金螺纹铣刀的发展，将螺纹加工效率提高到高速切削的水平。特别是硬质合金螺纹铣削刀具不仅加工效率高，而且通用性好，可以节省刀具成本。
五是配套技术快速发展。
切割技术是随着切割技术的进步而逐渐发展起来的。它是现代切削技术不可缺少的组成部分，随着切削技术和刀具的快速发展，包括刀架和机床主轴之间。连接方法、刀架中的刀具夹紧、刀具系统平衡和刀具管理。
双面空心锥柄（HSK）机床-刀具接口具有连接刚性好、定位精度高、装卸时间短等优点，技术的推广应用越来越广泛（图6） ）。这种刀架的结构已成为官方的国际标准，并已被众多机床制造商所接受。它推出了带有HSK主轴接口和刀具系统的高速加工中心或带有HSK刀柄的集成刀具。这种新型刀柄具有强大的生命力和良好的使用前景。同时，也有一些公司开发了类似于HSK的刀柄结构，如山特维克的Capto刀柄和肯纳金属的KM刀柄。近年来，还出现了双面接触甚至三接触的7:24接口，以适应现有机床对高速加工的需求。
高速旋转刀具的使用也对刀具夹紧提出了新的要求。要求夹持精度高，径向跳动
此外，对高速旋转工具也有平衡和安全要求。由于制造和装配误差引起的结构不对称或偏心，旋转中心与高速旋转之间存在不平衡。周期性的径向力作用于主轴的轴承系统，甚至作用于机床的其他部位，影响加工质量、刀具寿命和机床性能。为此，规定了高速回转工具的允许不平衡和高速使用；刀具制造商已开发出多种可调平衡刀具，或旋转刀具和刀具系统，用于在装入主轴之前进行高速切削。动平衡机上的平衡将不平衡限制在一定范围内。为了减少刀具装入主轴后产生的不平衡量（偏心），新的在线自动平衡技术在运行时将主轴、刀柄和刀具作为转子系统进行平衡。速度。
在高速切削中，刀具的转速高于10000~20000r/min甚至更高。此时，叶片体、叶片和叶片的夹持部位受到很大的离心力。当转速达到某个临界值时，就足够了。刀片被拔出，或夹紧螺钉断裂，甚至整个机身都断裂。在这些情况下，设备或人身伤害可能导致事故，因此必须防止高速切割技术。为此，德国制定了高速旋转工具的安全规范，对工具的设计、测试、使用和平衡质量都有严格的规定。该规范已成为欧洲标准和国际标准。
据资料显示，刀具直接成本仅占制造成本的2%~4%，而刀具使用和管理成本则超过12%。科学的刀具管理可以为用户节省可观的刀具成本，降低制造成本。因此，开发刀具管理技术及相关软硬件已成为刀具制造商的业务范围，为用户提供多种形式的刀具管理服务，从简单的刀具物流管理到所有刀具业务的一揽子承包，包括刀具采购、鉴定、仓储、现场服务、刀具重磨、工艺改进、项目开发等。用户企业可以利用这种专业化的社会服务，保持切削加工的高水平，专注于核心技术的开发，并实现经济技术双丰收。
六是工具行业的新商业模式。
随着切削技术的发展，刀具行业正在经历一场运行机制的变革。面对日益新的生产模式和新的工件材料，“工具”不再是简单的产品。一旦售出，它们就是优化工艺或生产线加工技术的重要工艺因素。刀具制造商必须能够为用户提供完整的加工技术，帮助用户达到提高加工效率、产品质量和降低制造成本的目标，已成为国外刀具制造商业务发展的方向和经营宗旨。目前，工具制造商通过“服务用户”、“提供解决方案”等多种形式的商业服务，将工具行业带到了更高的发展阶段。事实证明，国外刀具制造商的这种做法有利于制造业的发展，给用户带来更多的利益，受到用户的欢迎。
应用先进切削技术加速中国制造业发展
党的十六大提出全面建成小康社会、实现新型工业化的任务。它吹响了中国从制造强国迈向制造强国的号角。刀具作为制造技术的基础技术，是基本的工艺装备。它在这次历史性的游行中处于首位。先进的切削技术和刀具是我国发展汽车工业、航空航天工业、能源工业的配套设备。模具行业的先决条件。面对这样的大好机遇，我们必须充分利用先进的切削技术和刀具，为中国制造业服务。
为此，我国工具工业正在加快与世界工具工业的接轨，通过技术改造引进先进的工艺装备和技术，开发生产一流的工具产品。中国工具行业的两大排头兵——株洲硬质合金集团和上海工具厂有限公司高起点、大投资率先进行技术改造，使国内可转位刀片和整体硬质合金刀具制造技术接近尾声。世界先进水平。与此同时，国外工具企业正面临中国制造业的快速发展和快速发展的前景，加快在中国本土化生产或服务的步伐，以降低制造成本，提高服务能力，缩短领先优势。次。据说，国外工具企业进入中国市场，为我们应用先进工具改造传统制造业提供了非常有利的条件。我们必须抓住这一有利机遇，积极采用先进的刀具，以应对经济全球化的挑战，以提高企业的加工技术和竞争实力。
企业在加速应用先进切割技术时，每个企业的情况不同，具体做法也不同，但以下几点可以作为一个共同的思路：
由高性能刀具材料制成的刀具，包括整体硬质合金刀具、氮化硅陶瓷刀具、CBN和PCD刀具、高性能高速钢刀具等，针对生产的具体情况，逐一介绍推送，会收到不错的效果；目前国内刀具制造商也可以部分供应这些刀具产品。
大量使用涂层工具。涂层刀在中国的比例很低，还有很大的推广空间。应根据加工条件和需要选择合适的涂层等级，以达到预期的效果。
强烈使用可转位工具。可转位工具在中国已经推广多年，但由于种种原因，进展还不够快。
发展不平衡。但在此期间，可转位刀具技术有了新的进步，品种迅速增加，并朝着更高效、更适用的方向发展。已开发出弧形刃铣刀刀片、带修光刃刀片的车削刀片和通用刀片。具有良好圆形叶片和八角叶片的产品具有很大的应用潜力。积极推广可转位工具应成为企业技术改造的重要项目。图7是湖南金刚石刀具有限公司研制的曲刃刀片铣刀。
对于大型生产线，必须借鉴国外经验，开发新工艺和专用工具，提高效率降低成本，或者开发组合工具集中工艺，提高效率，减少投资。这样的工作必须与机床制造商和工具制造商联合起来才能取得成果。这在工业化国家是成熟的做法。
对于单件小批量生产模式的企业，应选用内冷钻、前刀面立铣刀等高效新型刀具。其次，可以使用多功能万能刀具，可以减少换刀时间。还需要打破传统的钻、铣、磨等工艺限制，通过铣、钻、铣、铣、磨、磨等工艺实现新的加工效果。此外，加强刀具管理，减少库存，降低刀具成本。
企业在采用先进刀具和新技术时，必须依靠刀具制造商和经销商的技术实力，走社会化道路。在新型工件材料、刀具材料和涂层牌号的现状下，有数千种的工具类型。只有在他们的专业人员的帮助下，您才能选择正确的工具并实现预期的目标。这也是目前国外的刀具制造。公司积极倡导“系统供应”、“提供解决方案”的经营理念。其次，要打破工具成本的错误观念——认为好工具太贵而不能花钱。正是这种观点长期影响着我国切削技术的进步和民族工具工业的发展。工具“贵”，仅占制造成本的2%~4%（国内大部分企业不到2%）。只有使用“昂贵”的刀，才能大大降低效率，从而大大降低单件成本。企业的利益最终会达到少投入多产出的效果。通过具体的加工实例可以证明，刀具的成本不超过每个产品的成本。
最后，希望通过大家的努力，将本单位的切削技术汇聚起来，为中国制造和制造技术的进步贡献力量。
