浅谈刀具制造中的技术创新

    姚　林　李金祥

    摘要：世界范围内激烈的市场竞争迫使机械制造业降低成本以保持盈利。因此目前人们的注意力集中在通过提高加工生产率以缩短加工周期。机床的改进,性能更优异的零件材料的开发,新的加工方法的开发以及涉及切削液安全处理的环保法规的制订等,都给刀具行业带来了新的挑战。为了回应这些挑战,刀具行业对各种刀具材料进行了卓有成效的创新。本文讨论了刀具制造中的技术创新,创新条件和刀具制造业的发展趋势。

    关键词：刀具；技术创新；创新条件

    前言

    我们正处在一个刀具快速创新的时期。在这个时期刀具制造商开发新品的速度大大加快，新品的数量和性能都在不断地提高，推动着切削加工朝着高速、高效、复合、环保的方向快速发展。为制造业新产品、新工艺的开发和新材料的应用、创新体系的建设提供了有力的支撑，也为加工企业提高加工效率和质量、降低制造成本带来了可观的效益。加快应用创新刀具正在成为制造业和企业的共识，从而进一步推动了刀具创新工作的发展。

    1 涂层技术的创新

    众所周知，刀具材料的性能对加工效率的提高起着决定性的作用。历史上，每一种新刀具材料的问世对切削技术的发展甚至有里程碑的意义。但在通常的情况下，刀具材料的发展和创新表现为新牌号的开发。当前，新牌号的开发势头十分强劲，各公司不断成系列地推出新的牌号，成为刀具创新的主流。这些牌号创新的一个共同的特点就是充分应用涂层技术对刀具的改性作用，开发新的涂层牌号。通过对涂层成份、结构、晶粒度、厚度等特性的控制，开发出性能各异的涂层牌号，取得了开发速度快、性能提高幅度大的效果。

    例如，通过细化涂层的晶粒，一方面使涂层的组织更致密，提高耐磨性和韧性，另一方面又可提高涂层表面的平滑度，抑制积屑瘤和粘结磨损的发生。创新涂层的后处理技术也成为近期开发新牌号的有力举措。所开发的后处理技术着眼于消除或改善CVD 涂层刀片涂层内应力状态，以提高涂层和刀刃的强度和涂层表面的平滑度。

    此外，新开发的涂层牌号通常有明确的应用领域，针对特定的工件材料和粗、精加工不同的工序。因此对涂层的基体和刀具几何参数进行相应的开发，形成涂层、基体、几何参数的优化组合。其中包括:基体材料的粒度、成分、抗塑性变形的能力、富钴层的应用等；在涂层方面，不同涂层的复合，每个涂层的结构、粒度、厚度等；在刀片几何参数方面，有前角、槽形、棱带、刃形等。

    2 刀具结构的创新

    刀具结构的创新受到刀具制造商越来越大的重视，与刀具材料牌号的创新比较，刀具结构的创新以其不同的方式和独特的优势推动着刀具品种的更新，具有一点突破全面开花的效果，一种新品的出现会很快在行业内产生链锁反应。

    在近十年内就出现过一些重大的刀具结构创新，虽然在当初进入市场的时候只是“星星之火”，但过不了多久，就成燎原之势。一个典型的例子就是“可斜坡铣”的铣刀结构由点到面的发展过程。今天，几乎所有的刀具制造商推出的可转位面铣刀、立铣刀都做成了“可斜坡铣”的结构，并覆盖到整体硬质合金铣刀——“牛鼻子”铣刀。成为刀具制造商相互追逐的新产品，形成了新一代的铣刀品种--多功能铣刀。而这么重大的创新只是在刀具构上的简单改进，却使铣刀的功能大大增加，为提高数控机床的利用率带来了不可估量的效果。

    当前，结构创新的一个新的着力点表现在可转位刀片的底面与刀体上刀片座的安装方式的改进上。在高速切削技术出现之初，在刀片和刀座的结合面上做成键与键槽或圆柱与孔的有隙配合，以减少刀片夹紧螺钉的载荷和防止刀片的甩飞。发展到今天，利用两者的无隙配合，使刀片的夹持刚性和精度显著提高。随着这项技术的推广，车削加工的效率和精度将会得到普遍的提高，并将带动双面有槽形铣刀刀片的普遍使用，使铣削加工成本降低、刀片消耗减少，带来很好的社会效益。

    3 加工工艺和方法的创新

    在切削技术和刀具的发展过程中，已不再局限于刀具本身的创新，而是扩展到加工工艺和加工方法的创新。前者如高速切削、硬切削、干切削等新工艺，后者如插铣、钻铣、螺纹铣、摆线铣削法等等。对推动切削技术的进步和切削效率的提高均起到了重要的作用。

    4 刀具制造业的发展趋势

    第一，硬质合金材料及涂层应用增多。细颗粒、超细颗粒硬质合金材料是发展方向；纳米涂层、梯度结构涂层及全新结构、材料的涂层将大幅度提高刀具使用性能；物理涂层的应用继续增多。

    第二，新型刀具材料应用增多。陶瓷、金属陶瓷、氮化硅陶瓷等刀具材料的韧性进一步增强，应用场合日趋增多。

    第三，切削技术快速发展。高速切削、硬切削、干切削继续快速发展，应用范围在迅速扩大。

    第四，刀具研发更具针对性。刀具制造商研发的重点不再是通用品牌和通用结构。面对复杂多变的应用场合和加工条件，研发针对性更强的刀片槽形结构、牌号及相应配套刀具取代通用的槽形、牌号的刀片及刀具。

    第五，刀具制造商角色转变。从单纯的刀具生产、供应，扩展至新切削工艺的开发及相应的配套技术和解决方案的开发，为用户提供全面的技术支持和服务。

    第六，信息化程度提高，刀具制造企业合作增强，市场竞争加剧。

    5 刀具创新的实现条件

    探讨刀具创新不只是认识已有的创新成果，更重要的是寻找推动创新的动力所在，认识产生创新的源泉和实现创新的条件。

    首先，刀具的创新源泉蕴藏在刀具使用过程中或用户的需求中，它们被刀具制造商发掘于为用户服务的过程中。今天，从世界范围看，刀具制造商已基本完成了由单纯的刀具制造商向“面向行业、面向用户”的切削加工技术供应商、服务商的转型。它们在为用户服务的过程中获取大量的应用信息和用户为提高加工效率、降低制造成本提出的新要求。刀具制造商在参与“工具”的使用中发现问题，找出原因，形成改进的意见，这符合刀具自身的发展规律，从而大大地加快了刀具创新的速度。

    我国工具行业总体上还没有完成经营理念的转型。因此，重视转型、更新观念、营造为用户服务的各种形式是工具行业参与创新的前提。

    其次，只有创新的信息还不等于创新的成果，如何在为用户服务的实践中收集到有用的信息，并把信息转化为创新的刀具，有一个必要的条件，就是必须有一支掌握刀具专业知识的人才队伍和科研、试验基地。切削加工是一个较复杂的机械、物理过程。企业在为用户服务的切削实践时，其从事现场切削工作的人员，除了有强烈的为用户服务意识外，还必须掌握一定的刀具基础知识和刀具应用技术，应能从中发现问题、分析问题，提炼出改进的方向，为刀具创新收集到有用的信息。此外，在企业的后方还要有一支从事科研开发的团队，包括懂材料又懂切削、懂涂层又懂切削的复合型人才，使刀具的创新工作建立在科学的基础上。

    第三，在我国工具工业现有的状况下，为了加快刀具创新的速度，扩大刀具创新的领域，还必须进一步调整产品的结构，提高设计制造的技术水平。切削技术已经进入了以硬质合金刀具为主、依靠涂层技术开发新牌号的发展阶段。刀具制造商要提高创新能力，做强企业，如果缺少硬质合金材料和涂层这两项生产技术要素，就不可能在创新上有大的作为。

    结束语。刀具的创新是切削技术发展的生命力,有着广阔的天地和无限的前景。提高自主创新的能力是改变我国切削加工落后面貌和工具行业转型升级的需要。为了适应科学技术不断发展的趋势，刀具制造企业应该努力落实“科学发展观”，提高自主创新能力，实现技术创新，产品创新，服务创新，力争在竞争的大潮中立于不败之地。

    参考文献

    [1]赵海波.国内外切削刀具涂层技术发展综述[J].工具技术,2002.

    [2] 徐振光.我国刀具产品的差距和对策[J]. 新技术新工艺,1993.

    [3]赵炳桢. 第九届中国国际机床展览会刀具展品述评. 工具技术,2005.