淺析現(xiàn)代刀具材料的發(fā)展及現(xiàn)狀

摘 要：論述了快速發(fā)展的機(jī)加工工藝技術(shù)促進(jìn)了數(shù)控刀具結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)科研和新產(chǎn)品的研發(fā)。世界各大生產(chǎn)廠商生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床用刀具種類、規(guī)格居多，數(shù)量巨大，往往令人眼花繚亂。隨著數(shù)控加工設(shè)備與高性能加工刀具技術(shù)的迅猛發(fā)展，要實(shí)現(xiàn)高效率、高穩(wěn)定性、長壽命加工。超硬刀具的應(yīng)用也日漸普及起來，同時(shí)引入了許多先進(jìn)的切削加工概念，如高速切削、硬態(tài)加工、高穩(wěn)定性加工、以車代磨、干式切削等。刀具可靠性已經(jīng)成為評(píng)價(jià)刀具和其性能的主要指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：刀具；刀具材料；金屬切削

一、刀具材料發(fā)展

我國在金屬切削方面歷史悠久。今天金屬加工的前期在古代是加工骨質(zhì)、石質(zhì)、木質(zhì)、和其他非金屬器物。在舊石器時(shí)代就有石砍砸器，到了新石器時(shí)代，人們?cè)谂c大自然的生存斗爭(zhēng)中不斷的改進(jìn)自己的工具，并且以能在堅(jiān)固的石頭上打孔孔。還能把堅(jiān)硬的石頭鑲嵌在骨頭把上制成夾固式石刃骨刀。我國的金屬切削加工工藝，萌芽于青銅器時(shí)代，慢慢的形成和發(fā)展。到春秋時(shí)期已經(jīng)出現(xiàn)了各種青銅器，青銅鑄造業(yè)已有了很好的發(fā)展。據(jù)記載表明，在這個(gè)時(shí)期的生產(chǎn)的青銅和生活工具，在制做過程中大都要經(jīng)過切削加工或研磨。我國的冶鑄技術(shù)比西歐國家早將近1000年，煉鋼技術(shù)、淬火、和滲碳的發(fā)明，為制作鋒利的武器和工具提供了保障，當(dāng)鐵質(zhì)工具出現(xiàn)是，金屬切削加工進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段。記載表明早商代就有了雕琢玉器的工具，這也就是金屬切削機(jī)床的初期。在河北一漢墓出土的五銖錢，在外圓上，雕花均勻，切削振動(dòng)波紋明朗，橢圓度精細(xì)，有經(jīng)過車削的痕跡，有可能就是用手拿著工具進(jìn)行切削。

到了明代，我國的手工業(yè)有了發(fā)展迅速，各種切削方法，有了明確的分工。如：車、銑、鉆、磨等等。北京古天文臺(tái)上的天文儀器的加工方法可以看出當(dāng)時(shí)就有較高精度的磨、車、銑、鉆削等。

晚清時(shí)間，由于政府的腐敗，金屬加工出于停滯不前的狀態(tài)。

解放前，我國的工業(yè)也十分落后，沒有自己的機(jī)床，工具制造業(yè)。就連麻花鉆這樣的普通工具都不能制造。

解放后，我國的機(jī)床才有了一定的發(fā)展。機(jī)床和工具制造業(yè)逐漸從無到有，從小到大。

70年代初80年代末，工具材料發(fā)展迅猛，硬質(zhì)合金和高速鋼的規(guī)格和品種獲得突破。如：涂層硬質(zhì)合金、立方碳化硼，陶瓷等。到了后來數(shù)控、數(shù)顯設(shè)備也慢慢發(fā)展起來。由于受當(dāng)時(shí)電子設(shè)備、微機(jī)、傳輸?shù)扔绊?，發(fā)展緩慢。后來隨著電子設(shè)備等發(fā)展也逐漸壯大起來。

迄今，已使切削速度提高到每分鐘一千米以上。歷史事實(shí)表明，在切削加工的發(fā)展過程中 ，刀具材料始終是最積極的因素。同時(shí)，被加工材料的發(fā)展也大大地推動(dòng)了刀具材料的發(fā)展。

二、刀具材料現(xiàn)狀

1、概述：

近年來，刀具材料基礎(chǔ)科研和新產(chǎn)品的成果集中應(yīng)用在高速（超高速）、硬質(zhì)（含耐熱、難加工）、干式、精細(xì)（超精）數(shù)控機(jī)加工技術(shù)領(lǐng)域。刀具材料新產(chǎn)品的研發(fā)在超硬材料（金剛石、表面改性涂層材料、TIC基類金屬陶瓷、立方氮化硼、Al203、Si3n4基類陶瓷），W、CO類涂層和細(xì)顆粒（超細(xì)顆粒）硬質(zhì)合金基體及含Go類粉末冶金高速鋼等領(lǐng)域進(jìn)展速度較快。

2、超硬合金在刀具材料中占主要地位

隨著硬質(zhì)合金的工藝的改進(jìn)，傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金性能提高，和鈦基硬質(zhì)合金、細(xì)顆粒等合金等新品種的開發(fā)，硬質(zhì)合金已經(jīng)占領(lǐng)了一席之地，起著主導(dǎo)作用，與涂層技術(shù)相結(jié)合，為高速切割、干切削等工藝提供了有利保障。

車類行業(yè)：聚晶、人造單晶金剛石面銑刀、鏜刀、車刀、鉸刀、等數(shù)控刀具等正大量應(yīng)用于高強(qiáng)度、高硬度Si--Al合金零部件自動(dòng)生產(chǎn)線上；

裝修行業(yè)：聚晶、CVD厚膜沉積金剛石）立銑刀、三面刃成形銑刀、面銑刀等類刀具正大量應(yīng)用于高硬度復(fù)合竹木地板、家具及門窗等零部件自動(dòng)生產(chǎn)線上；

交通行業(yè)及電子信息技術(shù)行業(yè)：金剛石CVD薄膜涂層數(shù)控刀具，應(yīng)用于銑、車、鉆削、鉸、锪削加工高強(qiáng)度鋁合金、金屬層板、碳纖維熱塑性復(fù)合材料、鎂合金、石墨、陶瓷等零部件，滿足高速、耐力、干式機(jī)加工技術(shù)要求。各廠商正不斷地改進(jìn)金剛石涂層工藝技術(shù)，提高金剛石薄膜與刀具基體的結(jié)合牢度和致密度；單晶金剛石刀具還被用于眼科角膜手術(shù)精細(xì)切割和印刷制板精細(xì)雕等行業(yè)。

各大生產(chǎn)商不停的改進(jìn)金剛石各個(gè)種類刀具的刃磨工藝技術(shù)、刃磨精度和刃磨效率。

1）表面改性涂層材料主要有：TiN、TiCN、TiALN等，用計(jì)算機(jī)操控PVD、PCVD、CVD涂層工藝技術(shù)，用以上涂層材料用于對(duì)立銑刀、鉸刀、鉆頭等及各種機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片的表面改性涂層處理，滿足高速、高壽命切削加工高強(qiáng)度、高硬度鑄鐵（鋼）、鎂合金、鋁合金、等材質(zhì)工件的生產(chǎn)技術(shù)不同要求。刀具表面改性涂層工藝技術(shù)對(duì)于大幅度提高數(shù)控刀具的切削性能，具有低成本、見效快的特點(diǎn)，這種工藝技術(shù)可按照各種切削加工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，靈活自如地改變涂層材料，工藝技術(shù)比較超前。

2）Ti基類金屬陶瓷，各種機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀、鏜刀、鉸刀、等數(shù)控刀具和整體式立、鉸刀等數(shù)控刀具現(xiàn)在正應(yīng)用于在高強(qiáng)度、高硬度鑄鐵合金、鍛鋼合金以及粉末冶金零部件自動(dòng)生產(chǎn)線上，滿足高負(fù)荷、高運(yùn)轉(zhuǎn)、干（濕）式精細(xì)機(jī)加工技術(shù)要求。各生產(chǎn)廠家正運(yùn)用往里加入各種的微量元素和燒結(jié)工藝技術(shù)，研制新型金屬陶瓷材料產(chǎn)品，主要目的在于不斷提高其抗彎強(qiáng)度、抗沖擊韌性、耐磨性。

3）立方氮化硼聚晶復(fù)合片銑刀、鏜刀、車刀、鉸刀、復(fù)合（組合）孔加工等數(shù)控刀具大量應(yīng)用于高強(qiáng)度、高硬度鑄鐵（鋼）合金、鍛鋼合金、淬火鋼合金、粉末冶金等零部件自動(dòng)生產(chǎn)線上，滿足高速、高效、硬質(zhì)、精細(xì)機(jī)加工技術(shù)要求。

4）Al203、Si3N4基類陶瓷，各種機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀、銑刀等數(shù)控刀具應(yīng)用于高強(qiáng)度、高硬度、耐磨鑄鐵（鋼）、鍛鋼、高錳鋼、淬火鋼、粉末冶金、工程塑料、耐磨復(fù)合材料等零部件生產(chǎn)線上，滿足高速、高效、硬質(zhì)、干式機(jī)加工技術(shù)要求。目前，各廠商通過對(duì)Al203、Si3N4基類陶瓷材料添加不同微量元素及創(chuàng)新生產(chǎn)工藝技術(shù)，研發(fā)新型中、細(xì)顆粒陶瓷材料和功能梯度（多相）陶瓷材料產(chǎn)品，旨在不斷提高其抗彎強(qiáng)度、抗沖擊韌性。