近年來，在微電子技術、計算機技術、信息工程和材料工程等高新技術的推動下，傳統的制造技術得到了飛速的發展，迅速發展成為一門新興的制造技術——數字化制造技術。對比傳統制造技術，其重要的特征就是數控加工技術得到了廣泛的應用，這一發展的原動力來自于制造業對產品制造效率的強烈追求。在這一背景下，以制造業為主要服務對象的刀具制造及應用技術發展迅速。大量高速、高效、柔性、復合、環保的數控加工刀具及應用新技術不斷涌現，使傳統的切削加工技術發生了根本的變化。如今，硬切削、干式切削、高速高效加工已成為現代切削技術的重要標志，并帶動著切削加工技術水平的全面提高，已成為數控加工的關鍵技術。刀具產品已發展成為高附加值、高科技含量的產品，包含著當代材料、信息科學、計算機、微電子應用技術領域中的最新成果。

    一、刀具材料的進展

    當前，刀具材料進展的主要特點是：一方面硬質合金取代高速鋼成為主要的刀具材料；另一方面超硬刀具材料使用比重大幅增加。

    硬質合金基體方面

    硬質合金新牌號的開發越來越具有很強的針對性,如美國Kennametal公司僅針對不同被加工材料的車削加工牌號就有：加工鋼材的KC9110、加工不銹鋼的KC9225、加工鑄鐵的KY1310、加工耐熱合金的KC5410、加工淬硬材料的KC5510、加工非鐵材料的KY1615，新牌號比原牌號平均可提高切削效率15%～20%。山高公司推出的加工鑄鐵的TK1000、TK2000新牌號，可提高切削速度20%～30%，而該公司為加工鋼件開發的TP3000在重切削、斷續切削、大進給的應用中則有很好的可靠性。

    鑄鐵和不銹鋼是目前兩種應用較多的工件材料，然而兩者的可加工性有很大的差異，很多公司都開發出了加工這兩種材料的專用牌號。如株洲鉆石切削刀具股份有限公司開發的黑金剛刀片系列，是專門加工鑄鐵的硬質合金刀片，包括可干式高速加工灰鑄鐵的YBD052、可高速加工球墨鑄鐵的YBD102、可用于中高速或銑削的YBD152及適用中低速濕式銑削或斷續條件下車削的YBD252等牌號。這些新牌號比原有的牌號可提高切削速度30%～40%，使用壽命可提高將近40%～50%。在加工不銹鋼方面，瑞典Sandvik公司車削奧氏體不銹鋼的GC2015是具有梯度區的抗塑性變形和改進熱硬性的基體，加上專為此牌號而設計的TiN-TiN/Al2O3(多層)-TiCN涂層，并對涂層表面進行平滑處理，提高了抗磨料磨損、抗剝落、抗積屑瘤的能力。而韓國KORLOY公司的PC9530為銑削不銹鋼的牌號，采用超細顆粒的基體和PVD涂層。

    在新牌號的開發中重視基體和涂層的優化組合

    對于適合高速加工的牌號，其基體應有較高抗塑性變形的能力和富鈷的表層及抗月牙磨損的涂層；對于適合斷續切削的牌號，基體和涂層都要有較好的韌性。Sandvik公司車削鑄鐵的專用牌號GC3205、GC3210、GC3215為CVD涂層硬質合金，分別用于灰鑄鐵的高速加工、球墨鑄鐵的高速加工、各種鑄鐵的中低速的斷續切削加工，這三種牌號分別采用不同的硬質合金基體和不同厚度的Al2O3、MT-TiCN涂層。日本三菱綜合材料公司開發的車削鑄鐵用的UC5105、UC5115硬質合金CVD涂層牌號，前者用于灰鑄鐵或球墨鑄鐵的高速連續切削，采用高硬度的基體，后者用于球墨鑄鐵的不穩定條件加工，采用強韌的基體；兩者均涂覆微粒Al2O3和微粒且纖維狀的TiCN厚膜。藍幟集團的BOEHLERIT公司的車削鑄鐵牌號CasttecLC620H采用強韌基體，可用于斷續切削，而Al2O3的表面涂層可減小月牙洼磨損，下面還有一層互鎖的中間層提高結合強度，能以400m/min高速加工灰鑄鐵。

    超硬刀具材料方面

    隨著干切削、硬切削的發展，近年來，國外各公司都推出了陶瓷及超硬刀具材料的新牌號，如Kennametal公司的KY4400陶瓷刀片，是一種適合于硬車削的混合陶瓷材料，在1?m晶粒度的Al2O3基體中加入了TiCN硬材料，以提高刀片的硬度和韌性，適合于精車或半精車硬度達40～67HRC的淬火鋼或鑄鐵。Sandvik公司的CT5005無鎳金屬陶瓷車刀片，是用于超精加工的新牌號，適用于高效干切削或濕切削。Iscar公司推出了兩種超細顆粒硬質合金基體加PVDTiAlN涂層的908、907牌號，前者有高的抗塑性變形的能力，適用于鉆孔刀片和車螺紋刀片；后者適用耐熱合金、奧氏體不銹鋼和淬硬鋼的低中速加工。

    二、刀具涂層技術取得重大進展

    先進的涂層設備為涂層技術的發展創造了重要條件，尤其是PVD涂層工藝技術，一方面，在改進控制技術，提高等離子體密度、提高磁場強度、改進陰極靶的形狀、實現過程的計算機全自動控制等關鍵技術上取得了全面的進展，從而使涂層與基體的結合強度、涂層的性能有顯著的提高。如PLATIT和PVT公司采用的多弧涂層工藝及設備可對電弧產生的“液滴”進行有效控制，使刀具涂層表面的光潔度得到很大改善。CemeCon公司開發的CC800/9涂層設備采用磁控濺射技術，從根本上避免多弧工藝的“液滴”問題，為解決磁控濺射沉積速率低、結合力低的缺陷，開發了HIS(高電離化濺射)技術，并在此基礎上開發了H.I.P(高電離化脈沖)技術，推出了能同時具有氧化物涂層的化學穩定性及硬質涂層的物理特性的Supernitrides系列涂層。另一方面，涂層的品種也從常規的TiN、TiCN、TiAlN迅速擴展到特殊TiAlN、AlTiN、TiAlCN、CrN、CBC(DLC)等涂層以及各種復合涂層和納米涂層，并能對涂層的組分、百分比、結構在更大范圍內加以控制和改變，以適應不同的被加工材料和不同的切削條件，從而顯著地提高了刀具的切削性能。如Balzers的CrAlN涂層，以Cr元素代替Ti元素，具有3200Hv硬度和1100℃的氧化溫度的高性能，與TiAlN相比韌性更好，更適合于斷續切削如銑削、滾削。日立公司開發的9種涂層自成體系，除了常規的TiN、TiCN、TiAlN以外，還開發了以Si元素代替Al元素的涂層，有適用于硬切削的TiSiN涂層；有潤滑性的CrSiN涂層，在Cr中添加Si使涂層細微化進一步降低摩擦系數，更適用于鋁、不銹鋼等粘附性強的材料的加工；有超強耐氧化能力的AlCrSiN涂層和在高溫下具有低摩擦系數的TiBON涂層。Balzers公司開發的并已被一些刀具制造商應用的FUTUNANANO和FUTUNATOP是兩種TiAlN納米結構涂層，涂層硬度均為3300Hv，開始氧化溫度900℃。納米涂層的開發和推廣應用，將進一步提高切削加工的效率。

    與此同時，為了提高加工鋁合金等非鐵金屬和非金屬材料的效率，金剛石涂層得到進一步的應用，產品覆蓋了可轉位刀具和整體硬質合金刀具。廈門金鷺特種材料有限公司利用引進的Balzers設備開發出了金剛石涂層整體硬質合金球頭立銑刀。OSG公司開發出了超微粒結晶的金剛石涂層銑刀，結晶粒度為1µm，使刀具的刃口更加鋒利，減少切削中的粘結，降低了工件表面的粗糙度。

    此外，提高涂層表面光潔度也是涂層技術發展的一個動向，以提高涂層刀具抗摩擦、抗粘結的能力。在CVD涂層中，通過晶粒細化技術，使涂層表面光滑，如株洲鉆石公司用于鑄鐵精加工的YBD052黑金剛刀片，表層是細晶的Al2O3，刀片外觀光亮平滑。三菱公司的UE系列加工鋼材的CVD涂層硬質合金刀片，采用平滑氧化鋁和平滑涂層技術，對微粒氧化鋁進行平滑涂層處理，即在上層涂覆特殊鈦化物沉積層，表面組織平滑且化學穩定性好，減少了刀具粘結磨損。日本不二越公司為GS立銑刀開發的GS涂層，采用平滑化技術，涂層表面的粗糙度Ra=0.08µm，Rz=1.1µm，顯著改善了涂層表面的特性。

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    近年來，在微電子技術、計算機技術、信息工程和材料工程等高新技術的推動下，傳統的制造技術得到了飛速的發展，迅速發展成為一門新興的制造技術——數字化制造技術。對比傳統制造技術，其重要的特征就是數控加工技術得到了廣泛的應用，這一發展的原動力來自于制造業對產品制造效率的強烈追求。在這一背景下，以制造業為主要服務對象的刀具制造及應用技術發展迅速。大量高速、高效、柔性、復合、環保的數控加工刀具及應用新技術不斷涌現，使傳統的切削加工技術發生了根本的變化。如今，硬切削、干式切削、高速高效加工已成為現代切削技術的重要標志，并帶動著切削加工技術水平的全面提高，已成為數控加工的關鍵技術。刀具產品已發展成為高附加值、高科技含量的產品，包含著當代材料、信息科學、計算機、微電子應用技術領域中的最新成果。

    一、刀具材料的進展

    當前，刀具材料進展的主要特點是：一方面硬質合金取代高速鋼成為主要的刀具材料；另一方面超硬刀具材料使用比重大幅增加。

    硬質合金基體方面

    硬質合金新牌號的開發越來越具有很強的針對性,如美國Kennametal公司僅針對不同被加工材料的車削加工牌號就有：加工鋼材的KC9110、加工不銹鋼的KC9225、加工鑄鐵的KY1310、加工耐熱合金的KC5410、加工淬硬材料的KC5510、加工非鐵材料的KY1615，新牌號比原牌號平均可提高切削效率15%～20%。山高公司推出的加工鑄鐵的TK1000、TK2000新牌號，可提高切削速度20%～30%，而該公司為加工鋼件開發的TP3000在重切削、斷續切削、大進給的應用中則有很好的可靠性。

    鑄鐵和不銹鋼是目前兩種應用較多的工件材料，然而兩者的可加工性有很大的差異，很多公司都開發出了加工這兩種材料的專用牌號。如株洲鉆石切削刀具股份有限公司開發的黑金剛刀片系列，是專門加工鑄鐵的硬質合金刀片，包括可干式高速加工灰鑄鐵的YBD052、可高速加工球墨鑄鐵的YBD102、可用于中高速或銑削的YBD152及適用中低速濕式銑削或斷續條件下車削的YBD252等牌號。這些新牌號比原有的牌號可提高切削速度30%～40%，使用壽命可提高將近40%～50%。在加工不銹鋼方面，瑞典Sandvik公司車削奧氏體不銹鋼的GC2015是具有梯度區的抗塑性變形和改進熱硬性的基體，加上專為此牌號而設計的TiN-TiN/Al2O3(多層)-TiCN涂層，并對涂層表面進行平滑處理，提高了抗磨料磨損、抗剝落、抗積屑瘤的能力。而韓國KORLOY公司的PC9530為銑削不銹鋼的牌號，采用超細顆粒的基體和PVD涂層。

    在新牌號的開發中重視基體和涂層的優化組合

    對于適合高速加工的牌號，其基體應有較高抗塑性變形的能力和富鈷的表層及抗月牙磨損的涂層；對于適合斷續切削的牌號，基體和涂層都要有較好的韌性。Sandvik公司車削鑄鐵的專用牌號GC3205、GC3210、GC3215為CVD涂層硬質合金，分別用于灰鑄鐵的高速加工、球墨鑄鐵的高速加工、各種鑄鐵的中低速的斷續切削加工，這三種牌號分別采用不同的硬質合金基體和不同厚度的Al2O3、MT-TiCN涂層。日本三菱綜合材料公司開發的車削鑄鐵用的UC5105、UC5115硬質合金CVD涂層牌號，前者用于灰鑄鐵或球墨鑄鐵的高速連續切削，采用高硬度的基體，后者用于球墨鑄鐵的不穩定條件加工，采用強韌的基體；兩者均涂覆微粒Al2O3和微粒且纖維狀的TiCN厚膜。藍幟集團的BOEHLERIT公司的車削鑄鐵牌號CasttecLC620H采用強韌基體，可用于斷續切削，而Al2O3的表面涂層可減小月牙洼磨損，下面還有一層互鎖的中間層提高結合強度，能以400m/min高速加工灰鑄鐵。

    超硬刀具材料方面

    隨著干切削、硬切削的發展，近年來，國外各公司都推出了陶瓷及超硬刀具材料的新牌號，如Kennametal公司的KY4400陶瓷刀片，是一種適合于硬車削的混合陶瓷材料，在1?m晶粒度的Al2O3基體中加入了TiCN硬材料，以提高刀片的硬度和韌性，適合于精車或半精車硬度達40～67HRC的淬火鋼或鑄鐵。Sandvik公司的CT5005無鎳金屬陶瓷車刀片，是用于超精加工的新牌號，適用于高效干切削或濕切削。Iscar公司推出了兩種超細顆粒硬質合金基體加PVDTiAlN涂層的908、907牌號，前者有高的抗塑性變形的能力，適用于鉆孔刀片和車螺紋刀片；后者適用耐熱合金、奧氏體不銹鋼和淬硬鋼的低中速加工。

    二、刀具涂層技術取得重大進展

    先進的涂層設備為涂層技術的發展創造了重要條件，尤其是PVD涂層工藝技術，一方面，在改進控制技術，提高等離子體密度、提高磁場強度、改進陰極靶的形狀、實現過程的計算機全自動控制等關鍵技術上取得了全面的進展，從而使涂層與基體的結合強度、涂層的性能有顯著的提高。如PLATIT和PVT公司采用的多弧涂層工藝及設備可對電弧產生的“液滴”進行有效控制，使刀具涂層表面的光潔度得到很大改善。CemeCon公司開發的CC800/9涂層設備采用磁控濺射技術，從根本上避免多弧工藝的“液滴”問題，為解決磁控濺射沉積速率低、結合力低的缺陷，開發了HIS(高電離化濺射)技術，并在此基礎上開發了H.I.P(高電離化脈沖)技術，推出了能同時具有氧化物涂層的化學穩定性及硬質涂層的物理特性的Supernitrides系列涂層。另一方面，涂層的品種也從常規的TiN、TiCN、TiAlN迅速擴展到特殊TiAlN、AlTiN、TiAlCN、CrN、CBC(DLC)等涂層以及各種復合涂層和納米涂層，并能對涂層的組分、百分比、結構在更大范圍內加以控制和改變，以適應不同的被加工材料和不同的切削條件，從而顯著地提高了刀具的切削性能。如Balzers的CrAlN涂層，以Cr元素代替Ti元素，具有3200Hv硬度和1100℃的氧化溫度的高性能，與TiAlN相比韌性更好，更適合于斷續切削如銑削、滾削。日立公司開發的9種涂層自成體系，除了常規的TiN、TiCN、TiAlN以外，還開發了以Si元素代替Al元素的涂層，有適用于硬切削的TiSiN涂層；有潤滑性的CrSiN涂層，在Cr中添加Si使涂層細微化進一步降低摩擦系數，更適用于鋁、不銹鋼等粘附性強的材料的加工；有超強耐氧化能力的AlCrSiN涂層和在高溫下具有低摩擦系數的TiBON涂層。Balzers公司開發的并已被一些刀具制造商應用的FUTUNANANO和FUTUNATOP是兩種TiAlN納米結構涂層，涂層硬度均為3300Hv，開始氧化溫度900℃。納米涂層的開發和推廣應用，將進一步提高切削加工的效率。

    與此同時，為了提高加工鋁合金等非鐵金屬和非金屬材料的效率，金剛石涂層得到進一步的應用，產品覆蓋了可轉位刀具和整體硬質合金刀具。廈門金鷺特種材料有限公司利用引進的Balzers設備開發出了金剛石涂層整體硬質合金球頭立銑刀。OSG公司開發出了超微粒結晶的金剛石涂層銑刀，結晶粒度為1µm，使刀具的刃口更加鋒利，減少切削中的粘結，降低了工件表面的粗糙度。

    此外，提高涂層表面光潔度也是涂層技術發展的一個動向，以提高涂層刀具抗摩擦、抗粘結的能力。在CVD涂層中，通過晶粒細化技術，使涂層表面光滑，如株洲鉆石公司用于鑄鐵精加工的YBD052黑金剛刀片，表層是細晶的Al2O3，刀片外觀光亮平滑。三菱公司的UE系列加工鋼材的CVD涂層硬質合金刀片，采用平滑氧化鋁和平滑涂層技術，對微粒氧化鋁進行平滑涂層處理，即在上層涂覆特殊鈦化物沉積層，表面組織平滑且化學穩定性好，減少了刀具粘結磨損。日本不二越公司為GS立銑刀開發的GS涂層，采用平滑化技術，涂層表面的粗糙度Ra=0.08µm，Rz=1.1µm，顯著改善了涂層表面的特性。

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   五、切削加工新的配套技術

    切削加工的配套技術是現代切削技術不可缺少的組成部分，對切削技術的進步起著重要的作用，已成為現代工具產品的一部分，并與切削技術和刀具保持著快速同步的發展。現階段的切削配套技術主要包括工具系統的刀柄、刀具的裝夾與動平衡、刀具的使用、監控和管理技術等。

    首先，在工具系統和刀柄方面：HSK刀柄的應用更加普及，各類帶HSK刀柄的工具在我國的汽車工業、航空航天工業、模具制造業、氣輪機制造業等行業得到了廣泛的應用。與此同時，日研公司和大昭和公司分別開發了三處接觸(3LOCKSYSTEM)和雙面接觸(BIGPLUS)兩種7:24連接刀柄，與現有的7:24刀柄比較，它們有更高的連接剛性和精度，可用于高速、高效切削，并且還能與現有的7:24刀柄或機床兼容，減少了新增的工具費用，具有現實意義。

    Sandvik公司的Capto刀柄隨著使用面的不斷擴大推出了與之配套的刀具主軸，并以OEM的方式供應數控機床制造商，以充分發揮Capto刀柄在車削中心復合加工中的優良性能。

    其次，在夾緊部位方面：各類高效、高性能工具夾頭得到廣泛應用。國外各刀具公司研制開發了液壓夾頭、熱裝夾頭、壓入式夾頭等各種刀具夾緊系統。如：德國雄克公司開發了一種無夾緊元件的三棱變形靜壓夾頭；日本日研工作所開發的PF壓入式系列刀柄，也實現了端面接觸，卸刀時采用專門裝置把刀具頂出；Sandvik公司開發了CoroGrip液壓驅動夾頭；Biltz、Zoller等數家公司開發了熱裝夾頭及加熱裝置，新推出的加熱夾頭裝置都加快了冷卻的速度，增加了冷卻的工位，有的還增加了軸向可調的機構，并與對刀儀結合在一體，提高了加熱夾頭裝刀的軸向精度。

    第三，在刀具安全性技術方面：刀具的動平衡技術得到了飛速發展。刀具的動平衡是高速銑削刀具的重要指標，為此，德國的HAIMER和意大利的CEMB等公司，根據對刀具動平衡的要求開發了專用的動平衡儀。可實現全自動的刀具動平衡測量，計算機屏幕顯示不平衡量的大小、相位及相應的平衡質量等級和最大使用轉速等數據，并可根據需要作一個平面或兩個平面的不平衡測量，設定平面的位置，不平衡量的去重位置由激光束指示，還可通過更換主軸接頭測量不同刀柄的刀具。目前，安全性技術已被世界上著名的工具制造廠家所采用，除德國的Walter、Mapal等公司推出的高速銑刀外，日本東芝Tungaloy公司的DIA9000加工鋁合金銑刀、住友電工公司的專用SUMIDIA金剛石銑刀等在結構上都作了改進，以適應高速加工的需要，推薦的切削速度為3000～5000m/min。美國Valenite公司推出的直徑3～12in的高速面銑刀，其鋁合金刀體經表面處理后硬度達60HRC，提高了刀體的耐磨性。旋轉刀具的動平衡，按ISO1940/1的規定，已達G40等級以上，某些精加工高速銑刀的不平衡質量已達到G2.5級，平衡性比G40高很多，而美國平衡技術公司推出的刀具動平衡機甚至可平衡到G1.0級。

    六、數控切削技術的發展對工具工業提出了更高的要求

    一方面，高精度、高效率、高可靠性和專用化是先進數控加工技術的基本特征，現代刀具企業最響亮的競爭口號，就是為制造業提供效率最高的切削刀具。制造業也認識到通過采用高效率刀具提高勞動生產率來降低成本，比單純節省刀具費用更加有利。所以，在現代刀具的制造和使用領域，“效率優先”已經代替了傳統的“性能價格比”老概念。

    其次，要求現代工具企業具有綜合的高科技特征，現代工具企業的生存和發展需依靠強大的研究開發能力作后盾，在提高切削率這樣一個根本目標的推動下，現代刀具企業從傳統的單純加工型企業逐步發展成為涉及刀具基礎材料、表面處理、基礎工藝和和成套服務等具有綜合高科技特征的開發型企業。其表現在：第一，工具新材料的研發和生產已經成為現代刀具企業不可分割的組成部分；第二，涂層技術(PVD和CVD)的開發和應用成為現代刀具制造業中與新材料發展并駕齊驅的技術發展方向；第三，先進數控加工技術的開發和應用已經成為現代刀具制造業確保產品質量的必備手段。

    現代刀具發展的重要特征之一是專業化、復合化和多功能化，導致刀具結構日趨復雜，形狀變得十分特異。傳統的刀具工藝技術——普通機床和卡具已經無法保證刀具和刀片的安裝基準和切削單元之間的空間位置精度。因此，多軸聯動的數控加工技術已經成為現代刀具企業不可缺少的手段。由于刀具制造工藝的特殊性，刀具制造的專用數控機床通常由刀具企業自行研究開發，機床企業協作制造。所以，刀具專用數控技術和裝備的開發和應用已經成為現代工具企業的一個重要工作內容。由此可見，現代刀具企業的運作范圍，從專用原材料的研究和生產開始，囊括了表面處理技術和刀具生產專用數控技術及裝備的研發和應用。“三高一專”刀具產品的研究、生產和推廣服務，成為了企業競爭的焦點，誰發展慢一點，就要被淘汰出局。這種競爭的結果，使國際工具工業的發展日趨集中化。那些具有強大研發能力和經濟實力的企業在競爭中脫穎而出，成為推動和領導行業發展的主力。在制造業中，生產技術運作跨度如此寬的行業并不多見。

    另一方面，對用戶提供綜合服務的深度和廣度日益成為衡量現代工具企業競爭力的重要標志。在傳統工具工業的生產模式下，工具企業只是一個標準刀具的生產供應商，使用現場的諸多技術問題和管理問題，都是使用者自己來解決的。而發展到現代工具工業階段，這個服務者的角色發生了大變換。國外制造業為使新產品開發費用和管理工作量部分地轉嫁到工具供應商，達到共同承擔開發風險之目的，廣泛采用平臺戰略，全球采購、一體化管理方式已成趨勢。在工具的采購上，將目標轉向生產成本低的國家和地區，以降低生產成本，增加市場競爭力。在工具管理上則突出表現為工具廠從主要提供刀具產品轉變為主要提供切削技術，負責刀具采購、管理和現場服務，即所謂一體化管理模式。工具企業向用戶提供的已經不是單純的刀具產品，而是切削加工問題的整體解決方案，這個方案的兩個基本要素就是先進的刀具和優質的服務。因此，是否具備向用戶提供全方位優質服務的能力，已經成為衡量現代工具企業競爭力的一個重要指標。