淺談刀具制造中的技術(shù)創(chuàng)新

姚　林　李金祥

摘要：世界范圍內(nèi)激烈的市場競爭迫使機(jī)械制造業(yè)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(chǎn)率以縮短加工周期。機(jī)床的改進(jìn),性能更優(yōu)異的零件材料的開發(fā),新的加工方法的開發(fā)以及涉及切削液安全處理的環(huán)保法規(guī)的制訂等,都給刀具行業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)。為了回應(yīng)這些挑戰(zhàn),刀具行業(yè)對各種刀具材料進(jìn)行了卓有成效的創(chuàng)新。本文討論了刀具制造中的技術(shù)創(chuàng)新,創(chuàng)新條件和刀具制造業(yè)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：刀具；技術(shù)創(chuàng)新；創(chuàng)新條件

前言

我們正處在一個刀具快速創(chuàng)新的時期。在這個時期刀具制造商開發(fā)新品的速度大大加快，新品的數(shù)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(fù)合、環(huán)保的方向快速發(fā)展。為制造業(yè)新產(chǎn)品、新工藝的開發(fā)和新材料的應(yīng)用、創(chuàng)新體系的建設(shè)提供了有力的支撐，也為加工企業(yè)提高加工效率和質(zhì)量、降低制造成本帶來了可觀的效益。加快應(yīng)用創(chuàng)新刀具正在成為制造業(yè)和企業(yè)的共識，從而進(jìn)一步推動了刀具創(chuàng)新工作的發(fā)展。

1 涂層技術(shù)的創(chuàng)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(shù)的發(fā)展甚至有里程碑的意義。但在通常的情況下，刀具材料的發(fā)展和創(chuàng)新表現(xiàn)為新牌號的開發(fā)。當(dāng)前，新牌號的開發(fā)勢頭十分強(qiáng)勁，各公司不斷成系列地推出新的牌號，成為刀具創(chuàng)新的主流。這些牌號創(chuàng)新的一個共同的特點(diǎn)就是充分應(yīng)用涂層技術(shù)對刀具的改性作用，開發(fā)新的涂層牌號。通過對涂層成份、結(jié)構(gòu)、晶粒度、厚度等特性的控制，開發(fā)出性能各異的涂層牌號，取得了開發(fā)速度快、性能提高幅度大的效果。

例如，通過細(xì)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(jié)磨損的發(fā)生。創(chuàng)新涂層的后處理技術(shù)也成為近期開發(fā)新牌號的有力舉措。所開發(fā)的后處理技術(shù)著眼于消除或改善CVD 涂層刀片涂層內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)，以提高涂層和刀刃的強(qiáng)度和涂層表面的平滑度。

此外，新開發(fā)的涂層牌號通常有明確的應(yīng)用領(lǐng)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(shù)進(jìn)行相應(yīng)的開發(fā)，形成涂層、基體、幾何參數(shù)的優(yōu)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(yīng)用等；在涂層方面，不同涂層的復(fù)合，每個涂層的結(jié)構(gòu)、粒度、厚度等；在刀片幾何參數(shù)方面，有前角、槽形、棱帶、刃形等。

2 刀具結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新

刀具結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新受到刀具制造商越來越大的重視，與刀具材料牌號的創(chuàng)新比較，刀具結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新以其不同的方式和獨(dú)特的優(yōu)勢推動著刀具品種的更新，具有一點(diǎn)突破全面開花的效果，一種新品的出現(xiàn)會很快在行業(yè)內(nèi)產(chǎn)生鏈鎖反應(yīng)。

在近十年內(nèi)就出現(xiàn)過一些重大的刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，雖然在當(dāng)初進(jìn)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(jié)構(gòu)由點(diǎn)到面的發(fā)展過程。今天，幾乎所有的刀具制造商推出的可轉(zhuǎn)位面銑刀、立銑刀都做成了“可斜坡銑”的結(jié)構(gòu)，并覆蓋到整體硬質(zhì)合金銑刀——“牛鼻子”銑刀。成為刀具制造商相互追逐的新產(chǎn)品，形成了新一代的銑刀品種--多功能銑刀。而這么重大的創(chuàng)新只是在刀具構(gòu)上的簡單改進(jìn)，卻使銑刀的功能大大增加，為提高數(shù)控機(jī)床的利用率帶來了不可估量的效果。

當(dāng)前，結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的一個新的著力點(diǎn)表現(xiàn)在可轉(zhuǎn)位刀片的底面與刀體上刀片座的安裝方式的改進(jìn)上。在高速切削技術(shù)出現(xiàn)之初，在刀片和刀座的結(jié)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?shù)妮d荷和防止刀片的甩飛。發(fā)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(xiàng)技術(shù)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(chuàng)新

在切削技術(shù)和刀具的發(fā)展過程中，已不再局限于刀具本身的創(chuàng)新，而是擴(kuò)展到加工工藝和加工方法的創(chuàng)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(shù)的進(jìn)步和切削效率的提高均起到了重要的作用。

4 刀具制造業(yè)的發(fā)展趨勢

第一，硬質(zhì)合金材料及涂層應(yīng)用增多。細(xì)顆粒、超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金材料是發(fā)展方向；納米涂層、梯度結(jié)構(gòu)涂層及全新結(jié)構(gòu)、材料的涂層將大幅度提高刀具使用性能；物理涂層的應(yīng)用繼續(xù)增多。

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

第三，切削技術(shù)快速發(fā)展。高速切削、硬切削、干切削繼續(xù)快速發(fā)展，應(yīng)用范圍在迅速擴(kuò)大。

第四，刀具研發(fā)更具針對性。刀具制造商研發(fā)的重點(diǎn)不再是通用品牌和通用結(jié)構(gòu)。面對復(fù)雜多變的應(yīng)用場合和加工條件，研發(fā)針對性更強(qiáng)的刀片槽形結(jié)構(gòu)、牌號及相應(yīng)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(zhuǎn)變。從單純的刀具生產(chǎn)、供應(yīng)，擴(kuò)展至新切削工藝的開發(fā)及相應(yīng)的配套技術(shù)和解決方案的開發(fā)，為用戶提供全面的技術(shù)支持和服務(wù)。

第六，信息化程度提高，刀具制造企業(yè)合作增強(qiáng)，市場競爭加劇。

5 刀具創(chuàng)新的實(shí)現(xiàn)條件

探討刀具創(chuàng)新不只是認(rèn)識已有的創(chuàng)新成果，更重要的是尋找推動創(chuàng)新的動力所在，認(rèn)識產(chǎn)生創(chuàng)新的源泉和實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新的條件。

首先，刀具的創(chuàng)新源泉蘊(yùn)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(fā)掘于為用戶服務(wù)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(yè)、面向用戶”的切削加工技術(shù)供應(yīng)商、服務(wù)商的轉(zhuǎn)型。它們在為用戶服務(wù)的過程中獲取大量的應(yīng)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(fā)現(xiàn)問題，找出原因，形成改進(jìn)的意見，這符合刀具自身的發(fā)展規(guī)律，從而大大地加快了刀具創(chuàng)新的速度。

我國工具行業(yè)總體上還沒有完成經(jīng)營理念的轉(zhuǎn)型。因此，重視轉(zhuǎn)型、更新觀念、營造為用戶服務(wù)的各種形式是工具行業(yè)參與創(chuàng)新的前提。

其次，只有創(chuàng)新的信息還不等于創(chuàng)新的成果，如何在為用戶服務(wù)的實(shí)踐中收集到有用的信息，并把信息轉(zhuǎn)化為創(chuàng)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(yè)知識的人才隊(duì)伍和科研、試驗(yàn)基地。切削加工是一個較復(fù)雜的機(jī)械、物理過程。企業(yè)在為用戶服務(wù)的切削實(shí)踐時，其從事現(xiàn)場切削工作的人員，除了有強(qiáng)烈的為用戶服務(wù)意識外，還必須掌握一定的刀具基礎(chǔ)知識和刀具應(yīng)用技術(shù)，應(yīng)能從中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，提煉出改進(jìn)的方向，為刀具創(chuàng)新收集到有用的信息。此外，在企業(yè)的后方還要有一支從事科研開發(fā)的團(tuán)隊(duì)，包括懂材料又懂切削、懂涂層又懂切削的復(fù)合型人才，使刀具的創(chuàng)新工作建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上。

第三，在我國工具工業(yè)現(xiàn)有的狀況下，為了加快刀具創(chuàng)新的速度，擴(kuò)大刀具創(chuàng)新的領(lǐng)域，還必須進(jìn)一步調(diào)整產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，提高設(shè)計(jì)制造的技術(shù)水平。切削技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了以硬質(zhì)合金刀具為主、依靠涂層技術(shù)開發(fā)新牌號的發(fā)展階段。刀具制造商要提高創(chuàng)新能力，做強(qiáng)企業(yè)，如果缺少硬質(zhì)合金材料和涂層這兩項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)要素，就不可能在創(chuàng)新上有大的作為。

結(jié)束語。刀具的創(chuàng)新是切削技術(shù)發(fā)展的生命力,有著廣闊的天地和無限的前景。提高自主創(chuàng)新的能力是改變我國切削加工落后面貌和工具行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的需要。為了適應(yīng)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的趨勢，刀具制造企業(yè)應(yīng)該努力落實(shí)“科學(xué)發(fā)展觀”，提高自主創(chuàng)新能力，實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，產(chǎn)品創(chuàng)新，服務(wù)創(chuàng)新，力爭在競爭的大潮中立于不敗之地。

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