淺談刀具制造中的技術創新

姚　林　李金祥

摘要：世界范圍內激烈的市場競爭迫使機械制造業降低成本以保持盈利。因此目前人們的注意力集中在通過提高加工生產率以縮短加工周期。機床的改進,性能更優異的零件材料的開發,新的加工方法的開發以及涉及切削液安全處理的環保法規的制訂等,都給刀具行業帶來了新的挑戰。為了回應這些挑戰,刀具行業對各種刀具材料進行了卓有成效的創新。本文討論了刀具制造中的技術創新,創新條件和刀具制造業的發展趨勢。

關鍵詞：刀具；技術創新；創新條件

前言

我們正處在一個刀具快速創新的時期。在這個時期刀具制造商開發新品的速度大大加快，新品的數量和性能都在不斷地提高，推動著切削加工朝著高速、高效、復合、環保的方向快速發展。為制造業新產品、新工藝的開發和新材料的應用、創新體系的建設提供了有力的支撐，也為加工企業提高加工效率和質量、降低制造成本帶來了可觀的效益。加快應用創新刀具正在成為制造業和企業的共識，從而進一步推動了刀具創新工作的發展。

1 涂層技術的創新

眾所周知，刀具材料的性能對加工效率的提高起著決定性的作用。歷史上，每一種新刀具材料的問世對切削技術的發展甚至有里程碑的意義。但在通常的情況下，刀具材料的發展和創新表現為新牌號的開發。當前，新牌號的開發勢頭十分強勁，各公司不斷成系列地推出新的牌號，成為刀具創新的主流。這些牌號創新的一個共同的特點就是充分應用涂層技術對刀具的改性作用，開發新的涂層牌號。通過對涂層成份、結構、晶粒度、厚度等特性的控制，開發出性能各異的涂層牌號，取得了開發速度快、性能提高幅度大的效果。

例如，通過細化涂層的晶粒，一方面使涂層的組織更致密，提高耐磨性和韌性，另一方面又可提高涂層表面的平滑度，抑制積屑瘤和粘結磨損的發生。創新涂層的后處理技術也成為近期開發新牌號的有力舉措。所開發的后處理技術著眼于消除或改善CVD 涂層刀片涂層內應力狀態，以提高涂層和刀刃的強度和涂層表面的平滑度。

此外，新開發的涂層牌號通常有明確的應用領域，針對特定的工件材料和粗、精加工不同的工序。因此對涂層的基體和刀具幾何參數進行相應的開發，形成涂層、基體、幾何參數的優化組合。其中包括:基體材料的粒度、成分、抗塑性變形的能力、富鈷層的應用等；在涂層方面，不同涂層的復合，每個涂層的結構、粒度、厚度等；在刀片幾何參數方面，有前角、槽形、棱帶、刃形等。

2 刀具結構的創新

刀具結構的創新受到刀具制造商越來越大的重視，與刀具材料牌號的創新比較，刀具結構的創新以其不同的方式和獨特的優勢推動著刀具品種的更新，具有一點突破全面開花的效果，一種新品的出現會很快在行業內產生鏈鎖反應。

在近十年內就出現過一些重大的刀具結構創新，雖然在當初進入市場的時候只是“星星之火”，但過不了多久，就成燎原之勢。一個典型的例子就是“可斜坡銑”的銑刀結構由點到面的發展過程。今天，幾乎所有的刀具制造商推出的可轉位面銑刀、立銑刀都做成了“可斜坡銑”的結構，并覆蓋到整體硬質合金銑刀——“牛鼻子”銑刀。成為刀具制造商相互追逐的新產品，形成了新一代的銑刀品種--多功能銑刀。而這么重大的創新只是在刀具構上的簡單改進，卻使銑刀的功能大大增加，為提高數控機床的利用率帶來了不可估量的效果。

當前，結構創新的一個新的著力點表現在可轉位刀片的底面與刀體上刀片座的安裝方式的改進上。在高速切削技術出現之初，在刀片和刀座的結合面上做成鍵與鍵槽或圓柱與孔的有隙配合，以減少刀片夾緊螺釘的載荷和防止刀片的甩飛。發展到今天，利用兩者的無隙配合，使刀片的夾持剛性和精度顯著提高。隨著這項技術的推廣，車削加工的效率和精度將會得到普遍的提高，并將帶動雙面有槽形銑刀刀片的普遍使用，使銑削加工成本降低、刀片消耗減少，帶來很好的社會效益。

3 加工工藝和方法的創新

在切削技術和刀具的發展過程中，已不再局限于刀具本身的創新，而是擴展到加工工藝和加工方法的創新。前者如高速切削、硬切削、干切削等新工藝，后者如插銑、鉆銑、螺紋銑、擺線銑削法等等。對推動切削技術的進步和切削效率的提高均起到了重要的作用。

4 刀具制造業的發展趨勢

第一，硬質合金材料及涂層應用增多。細顆粒、超細顆粒硬質合金材料是發展方向；納米涂層、梯度結構涂層及全新結構、材料的涂層將大幅度提高刀具使用性能；物理涂層的應用繼續增多。

第二，新型刀具材料應用增多。陶瓷、金屬陶瓷、氮化硅陶瓷等刀具材料的韌性進一步增強，應用場合日趨增多。

第三，切削技術快速發展。高速切削、硬切削、干切削繼續快速發展，應用范圍在迅速擴大。

第四，刀具研發更具針對性。刀具制造商研發的重點不再是通用品牌和通用結構。面對復雜多變的應用場合和加工條件，研發針對性更強的刀片槽形結構、牌號及相應配套刀具取代通用的槽形、牌號的刀片及刀具。

第五，刀具制造商角色轉變。從單純的刀具生產、供應，擴展至新切削工藝的開發及相應的配套技術和解決方案的開發，為用戶提供全面的技術支持和服務。

第六，信息化程度提高，刀具制造企業合作增強，市場競爭加劇。

5 刀具創新的實現條件

探討刀具創新不只是認識已有的創新成果，更重要的是尋找推動創新的動力所在，認識產生創新的源泉和實現創新的條件。

首先，刀具的創新源泉蘊藏在刀具使用過程中或用戶的需求中，它們被刀具制造商發掘于為用戶服務的過程中。今天，從世界范圍看，刀具制造商已基本完成了由單純的刀具制造商向“面向行業、面向用戶”的切削加工技術供應商、服務商的轉型。它們在為用戶服務的過程中獲取大量的應用信息和用戶為提高加工效率、降低制造成本提出的新要求。刀具制造商在參與“工具”的使用中發現問題，找出原因，形成改進的意見，這符合刀具自身的發展規律，從而大大地加快了刀具創新的速度。

我國工具行業總體上還沒有完成經營理念的轉型。因此，重視轉型、更新觀念、營造為用戶服務的各種形式是工具行業參與創新的前提。

其次，只有創新的信息還不等于創新的成果，如何在為用戶服務的實踐中收集到有用的信息，并把信息轉化為創新的刀具，有一個必要的條件，就是必須有一支掌握刀具專業知識的人才隊伍和科研、試驗基地。切削加工是一個較復雜的機械、物理過程。企業在為用戶服務的切削實踐時，其從事現場切削工作的人員，除了有強烈的為用戶服務意識外，還必須掌握一定的刀具基礎知識和刀具應用技術，應能從中發現問題、分析問題，提煉出改進的方向，為刀具創新收集到有用的信息。此外，在企業的后方還要有一支從事科研開發的團隊，包括懂材料又懂切削、懂涂層又懂切削的復合型人才，使刀具的創新工作建立在科學的基礎上。

第三，在我國工具工業現有的狀況下，為了加快刀具創新的速度，擴大刀具創新的領域，還必須進一步調整產品的結構，提高設計制造的技術水平。切削技術已經進入了以硬質合金刀具為主、依靠涂層技術開發新牌號的發展階段。刀具制造商要提高創新能力，做強企業，如果缺少硬質合金材料和涂層這兩項生產技術要素，就不可能在創新上有大的作為。

結束語。刀具的創新是切削技術發展的生命力,有著廣闊的天地和無限的前景。提高自主創新的能力是改變我國切削加工落后面貌和工具行業轉型升級的需要。為了適應科學技術不斷發展的趨勢，刀具制造企業應該努力落實“科學發展觀”，提高自主創新能力，實現技術創新，產品創新，服務創新，力爭在競爭的大潮中立于不敗之地。

參考文獻

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