刀具基础知识分析(doc 8页).doc

1、刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具。 绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料，所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。切削木材用的刀具则称为木工刀具。 刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早在公元前28前20世纪，就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期(公元前三世纪)，由于掌握了渗碳技术，制成了铜质刀具。 当时的钻头和锯，与现代的扁钻和锯已有些相似之处。 然而，刀具的快速发展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的发展而来的。1783年，法国的勒内首先制出铣刀。1792年

2、，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品生产。 那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用的切削速度约为5米/分。1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。1898年，美国的泰勒和怀特发明高速钢。1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金。 在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。 由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和机械夹固式结构。19491950年间,美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久

3、即应用在铣刀和其他刀具上。1938年，德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。1972年，美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。 1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。1972年，美国的邦沙和拉古兰发展了物理气相沉积法，在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性，与表层的高硬度和耐磨性结合起来，从而使这种复合材料具有更好的切削性能。 刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等；孔加工刀具

4、，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等；螺纹加工工具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外，还有组合刀具。 按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插

5、齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。 各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上；镶齿结构刀具的工作部分(刀齿或刀片)则镶装在刀体上。 刀具的装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具依靠内孔套装在机床的主轴或心轴上，借助轴向键或端面键传递扭转力矩，如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。 带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、刨刀等一般为矩形柄；圆锥柄靠锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传递扭矩；圆柱柄一般适用于较小的麻花钻、立铣刀等刀具，切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传递扭转力矩。很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成，而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成

6、。 刀具的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等；有的刀具的工作部分则包含切削部分和校准部分，如钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀具。 刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式三种。整体结构是在刀体上做出切削刃；焊接结构是把刀片钎焊到钢的刀体上；机械夹固结构又有两种，一种是把刀片夹固在刀体上，另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。硬质合金刀具一般制成焊接结构或机械夹固结构；瓷刀

7、具都采用机械夹固结构。 刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量的好坏有很大影响。增大前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削热。但增大前角，同时会降低切削刃的强度，减小刀头的散热体积。 在选择刀具的角度时，需要考虑多种因素的影响，如工件材料、刀具材料、加工性质(粗、精加工)等，必须根据具体情况合理选择。通常讲的刀具角度，是指制造和测量用的标注角度在实际工作时，由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变，实际工作的角度和标注的角度有所不同，但通常相差很小。 制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性

8、，良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等)，并不易变形。 通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧性也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，现代仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。 聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等；聚晶金刚石适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等；碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。 硬质合金可转位刀片现在都已用化学气相沉积法涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在发展的物理气相沉积法不仅可用于硬质合金刀具，也可用于高速钢刀具，如钻头、滚刀、丝锥

9、和铣刀等。硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导的障壁，使刀具在切削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约提高13倍以上。 由于在高温、高压、高速下，和在腐蚀性流体介质中工作的零件，其应用的难加工材料越来越多，切削加工的自动化水平和对加工精度的要求越来越高。为了适应这种情况，刀具的发展方向将是发展和应用新的刀具材料；进一步发展刀具的气相沉积涂层技术，在高韧性高强度的基体上沉积更高硬度的涂层，更好地解决刀具材料硬度与强度间的矛盾；进一步发展可转位刀具的结构；提高刀具的制造精度，减小产品质量的差别，并使刀具的使用实现最佳化。 本文为MM机械技术杂志于去年（2002年）十月至十二月期间，对台湾

10、地区进行2002年度刀具使用调查结果。您可以知道使用者选购刀具时最主要的考虑因素是什么？在用户的心目中，最值得信赖的刀具品牌是什么？ 切削刀具与工具机具有密不可分的关系，虽然台湾机床产业在全球的产值近几年都排名在六、七名左右，然而台湾的刀具产业却规模甚小，难以和欧、美、日等国比较，因此台湾的切削刀具产业在国际的竞争力可说是相当的薄弱。 根据金属工业研究发展中心报告指出，1999年全球金属切削刀具的市场规模为103.5亿美元，预计未来几年仍将维持稳定的成长，到2004年的市场规模可达123.7亿美元，平均年成长率(AAGR)为3.93%。然而各公司之间的竞争将更形激烈，若无一套有效的发展策略，势

11、必将影响各公司的市场占有率 为此，特别针对刀具市场使用者进行调查，透过调查结果概略勾勒出刀具市场普遍使用现况，协助刀具业者面对多变的市场习性，作为在开发新品与市场行销上能有所凭据的蓝图。 企业属性以机械制造业为多数 为了了解不同行业对刀具的需求，本次问卷调查将问卷回函的企业属性概分为几大类，包括机械制造业、零件加工业、模具制造业、汽机车制造业以及其他类别。从刀具调查问卷回收可以发现，回函者以机械制造业占最大多数，占总问卷回收数的62%，其次为模具制造业（16%）及零件加工业（14%）。汽机车制造业回函极少，其他类别则有学校等教育体系的使用者回函。 问卷调查显示，绝大部分的刀具使用者都是兼用多种

12、刀具，但最大宗的采购品项则相当分歧，其中车刀、铣刀、螺丝攻都有厂商做为最大宗采购者。从这里可以看出台湾刀具使用者型态，单一特种加工型态的加工厂仍属少数，因此刀具供应仍以多元为主。 另一个值得注意的现象是，台湾刀具的主要使用者多数为中、小型公司。每月平均采购金额在5万元以下的用户最多，大约占整体回函数的七成，金额愈高的用户比重愈少。结果显示，未来一年内采购刀具的预算，约有七成属于50万元以下。而100300万、500800万，以及800万以上则各占有一成比例。依本次调查的结果，可以大致推断：“80%的采购总额来自20%的客户数量”。 日系品牌具优势 问卷调查显示，问卷回函者目前使用刀具品牌以日本

13、厂牌居多，包括KYOCERA（京瓷）、NACHI（不二越），其他像震虎、台湾精密、苏氏精密等本土厂商也有使用者。 而调查使用者心目最值得采用的前三名，则可发现回函中较多出现日本厂牌刀具，显见日本刀具的品牌魅力获得多数人的信赖。这也是台湾刀具因品牌知名度不及日货，价格难以提高的现况之一。 品牌调查大致归纳为：“车刀”较具知名度的品牌包括APPLICTEC、KYOCERA（京瓷）、三菱、G2、BROTAN、WIDIA、ISCAR、住友、satellram；“铣刀”则以日系的NACHI、OSG、三菱、JABRO、美乐、钴领、COBEL、ETM、COSTA获得认同；一般认为“丝攻”知名度较高的有YAM

14、AWA、NACHI、OSG、ELLO、JABRO、EXACT、台湾精密、JMC、SOMTA；“钻头”则是NACHI、OSG、YAMAWA、SANDIVK、DIXI、苏氏精密的刀具为人所熟知。 选购考量首重品质 影响选购考量因素方面，以刀具精度为最主要考量因素，其次是耐用度，可见品质仍是客户采购的依据。根据后续追踪了解，受访者表示，刀具寿命是使用者判断刀具品质优劣的重要标准。为满足自动化工具机的需求，刀具使用者对刀具的主要要求在于耐用度，不必经常换刀，可大幅缩短非加工时间，提升加工效率。因此如何提高刀具寿命已成为制造商的首要课题，例如刀具涂层技术的不断发展，即是在提高刀具寿命。 而且因应台湾精密

15、加工的需求，现阶段加工技术的发展焦点在开发加工速度更快、效率更高的高速工具机，因此切削刀具亦随着机台技术之发展，而开发出高切削速度及更快进给速率的产品，以配合工具机使用。因此对于切削刀具品质的要求将更为严厉。 在精度以及寿命之后，排名第三的考量因素是价格。由于台制刀具与进口刀具在价格上仍有一定差距，所以价格也是用户考量重点之一。 价格考量份量重 不过价格考量重点并非放在“便宜优先”原则，而是在刀具品质与价格上是否形成高等益比。据受访者表示，采用高品质刀具，虽然投入费用增加，但是带来的切削效率也相对提高，创造的价值超过刀具费用的投入，因而有效降低制造成本。所以对于成本的概念，应采用总成本方式估算

16、，而非单由价格方面作为选购指标。 由台湾山域所提供的资料显示，刀具所占成本约仅3%，但投入生产之中，将会影响生产效率的提高幅度约20%30%之间。机械产品价格不断降低，而质量要求不断提高，刀具的可靠度、耐用度、价格等因素，最终都反映到产品成本之中。所以成本降低的概念，在于运用高效率的刀具，适当增加刀具费用，以提高生产效率与企业竞争力。 事实上，根据从刀具业者方面追踪了解市场现况，可以发觉客户选购刀具时“价格”仍是考量主因，这与问卷所呈现的结果有所差异。其中可能因为问卷回函者不乐意将价格放在品质之前，避免予人不重视加工品质的印象之故。 交货期亦为客户重视 除了前三项考量因素外，再其次的考量因素则

17、是交货期。在这一点上，证实“快速交货”已成为当今切削刀具产业的重要课题。刀具制造业者表示，因为快速交货可帮助使用者减少库存及降低成本，对客户而言，无形中增加减轻经营上的资金调度压力，因此愈来愈受到使用者的重视。尤其台湾以弹丸之地的良好交通优势，快速交期也成为客户挑选合作刀具厂商的评量之一。一般而言，大型的销售商都有非常良好的行销网路，小型的销售商在此方面则应加强各地的经销系统，以确保刀具产品能迅速的交到使用者手中。 全球知名的切削刀具厂商，如Sandvik、Kennametal等，已建构电子商务系统，更有助于快速交货，值得台湾刀具制造商参考学习。而刀具的设计能力由于不易由使用者评估，反而可由刀

18、具之加工表现展示，如耐用度、精密度等，在问卷当中并没有显示出使用者对刀具设计能力的重视。 “客户指定要求”的因素，则因为客户重视加工后之结果，因此一般不存在于机械加工业。 刀具资讯来源为业务员 根据调查资料显示，采购刀具的主要资讯来源，主要集中于透过业务员推销方式决定采购，以及朋友介绍居多。其次，在展览会上获取资讯，或者按照原厂机台附记、从杂志广告得知，也是另一个获取资讯的方法，透过传单DM以及五金行等管道获取资讯反而稀少。可见被动式的“朋友介绍”及“业务员推销”是主要的刀具采购资讯来源，也反映出许多台湾机械业重人情关系的传统；对于主动寻求挑选刀具资讯的理性用户而言，“杂志广告”及“展览会”则

19、是相当重要的资讯来源。 业务员推销是最原始而有效的推销方法，也是刀具业普遍采用的销售方式，国外大厂牌也多以这种形式与客户建立直接互动模式、面对面沟通的机会，业务员能够充分了解客户的生产技术，针对客户需求推销适合产品，因此对客户而言，业务员推销成为获取资讯的重要管道。而展览会是拓展不特定对象客源的方法，对于拓展市场占有率有一定功效，故为刀具制造厂商所重视，因此在展览会上有机会接触到最新加工型态刀具等讯息，因而同样为使用者所重视。 九成大户看重杂志广告 至于原厂机台附记所指定的品牌刀具，则近似电子业的联合垄断方式，使联盟业界互蒙其利。对使用者而言，接受原厂机台附记所指定的品牌刀具，只是属于习惯性购

20、买，而刀具是否确实最适于该机台加工，则难以证实。整体而言，透过杂志广告寻求购买的用户约仅占二成。但年采购金额在500万以上甚至超过800万的“大户”，却有超过九成的比例会以杂志广告作为资讯来源。因此可以推测，杂志为中大型公司采购时的重要参考依据，小型公司由于较少有阅读杂志习惯。所以从回函中可以发现，采购金额较小的公司对杂志资讯显得较为陌生，而采购金额较大的中大型企业，则肯定透过杂志所收到讯息的效益。目前本杂志正进行深入中小企业读者，期能扎根中小企业读者群，累积广告效力。 进一步了解使用者的刀具主要供应商来源，我们可以发现，相较于直接向制造商或进口代理商购买，大部分的刀具用户还是倾向以五金行及综

21、合经销商为购买管道，显示“经销通路”仍为台湾刀具市场的销售主力。但值得注意的是，中大型公司的货源来自上游之制造厂或代理商居多，小型公司则以五金行做为采购途径。 采购地区以日本为首选 对于刀具使用者倾向于采用何地区生产的刀具产品，回函者以日本、台湾、欧洲地区为调查结果前三名，其中日本占26%，台湾24%，欧洲21%，台湾与欧洲品牌市占率相去不远。显见在用户心中，就刀具产地而言，获得最多用户认可的是“日本”，其次是“台湾”。 日本刀具为台湾长期的供应者，高品质形象长期深植人心，因此不难从调查结果发现，使用者熟悉而且认为前三大的刀具品牌多为日本品牌。而台湾刀具则在本土供应商的努力下，近年刀具品质已有

22、大幅提升，水准已接近进口品牌，占地利之便，在台湾市场上发挥空间宽广。至于欧洲刀具名列第三位，部分长年代理欧洲刀具的供应商仍占稳其固有市场。高阶产品对适于精密加工的欧洲刀具有固定需求。 进一步交叉分析发现，在较重视价格及耐用性等因素的采购者中，有80%会将台制刀具列为前二顺位的优先选择，显示台湾制的刀具在用户心目中是属于“实用型”产品。 台刀实用 欧刀高贵 无论在较重视精度、价格或耐用度的族群中，日本制的刀具都是使用者的首选。一位填答问卷的厂商在接受本刊电访追踪时表示，日系刀具在价位和品质上取得了很好的平衡，比起一些廉价产品，用户只要多付出一点价钱购买日本刀具，就可以得到大幅提高的精度。至于在较

23、重视精度而非价位的采购者当中，则有70%会将欧系厂牌刀具列入前二顺位的考量，似乎显示欧系刀具在精度上相当优秀，但价位仍较“高贵”。对此某欧系厂牌刀具代理商则指出，这只是一般业界的印象，事实上目前部分欧洲品牌的刀具已经把价格降到相当有竞争力的水准，例如Sandvik公司的部分系列产品，今年在台湾就有十分好的销售业绩。 从另一面向来解读，大陆刀具是回函者少于考量采用的地区。大陆曾挟其低价优势入侵台湾，但因其钢材品质不稳定，以及热处理水准难符合市场需求，经台湾使用者在使用后，发现皆无法符合基本所需品质。以台湾高自动化的环境下，大陆刀具为加工业者所无法接受。因此目前大陆制刀具多供应学校学生自购之实习用

24、，应用场合多为选购考量在于价格、品质则不要求的地方。 另外一个有趣的现象是韩国制的刀具。尽管业界有不少人认为韩国刀具厂商来势汹汹，但在重视精度的用户当中，几乎没有人选择韩国刀具；相反的，对价格导向的购买者而言，也很少把韩国货列入前二顺位首选。这或许显示在台湾用户的印象中，韩国制刀具并不是很有吸引力的产品。 刀具价格已在成本边缘 从本次调查当中，刀具制造业者或可得到一些启示。从刀具制造商处得悉，在切削刀具售价方面，多数认为竞争激烈，刀具的售价已至谷底或在成本边缘，未来价格将难以再上涨，甚至因为台湾产制的刀具有愈来愈多的趋势，将促使价格更往下滑；再加上韩国、大陆切削刀具低价竞争，使得刀具的价格更无

25、上涨的空间。因此多数厂商认为刀具售价将持平，部分则悲观认为售价会再衰退。但在刀具成本方面，多数厂商认为刀具材料涨价、添购生产设备、工资成长等因素影响，未来成本将可能再增加。 在外销市场方面，由于台湾已加入WTO，受到关税调降因素的影响，以及台湾刀具制造技术水准的提升，再加上部分业者这几年纷纷在拓展海外新市场，这都有利外销的契机。因此有厂商认为未来外销市场将持续成长，然而台湾切削刀具外销市场原本就非常小，因此业者若要拓展海外市场，应改变低价竞争观念，朝向建立品牌、强化行销策略的方式去进行。 刀具制造商为了提升市场占有率，愿意扩充生产设备及加强自动化设备的比例较高，显示不少厂商是以扩充产能做为其经

26、营策略，但在加强新产品研发及新市场开拓的比例偏低。从后续电话访查得知，使用者根据过去两年来曾交易过的刀具供应商综合印象，认为大部分台湾刀具厂商对于产品的研发及开发新市场较不热衷。或许与目前的产品及产能已有固定的销售客户，以及传统产业大量外移，造成刀具需求量降低、原有市场萎缩的影响。 厂商应加重研发比例 但是环视欧、日刀具制造大厂发展情形可知，刀具新材料的研发与生产，已是刀具厂商扩大竞争力最重要的一环。除了新材料的开发之外，PVD、CVD等涂层刀具，也成为现代刀具制造中的另一主流发展。如瑞典刀具大厂Sandvik公司至目前已开发出15,000种以上之产品，归功于该公司每年都会把营业额6%的经费投

27、注于研究发展上，包括新刀具材料、涂层材料的开发及刀具性能的改善与刀具系统的完整方案，提供顾客最佳的使用品质。 新材料的开发是刀具发展的重要因素，唯有不断的研究发展新材料、涂层及相关制程，才能增加刀具产品生命周期。所以台湾制造商在产品研发上切不可停顿，应再加快自身技术创新、加快新品推出的速度、持续提高产量与品质，配合原有的交期短、价廉质精的优势，有机会在国际市场上扩大市场占有率。三、刀具品牌研究 品牌知名度 在对最熟悉的刀具品牌调查中可以发现，所有被调查对象中，山特维克以绝对优势占据提及率第一名，肯纳、山高分居第二、第三。在国产品牌中，以株洲钻石、哈工、上工的提及率最高。总提及率按照提及次数统计

28、，前10名国际品牌的合计提及率占所有品牌总提及率的50%左右。在本次调查中，是在未提示的情况下，用户首先想起的某一品牌，第一提及率也就是第一未提示知名度，它反映的是对同类产品中印象最深刻的品牌；但本调查中采用总提及率的方法，即采用提及率分别为第一、第二、第三名的总和来计算。调查中，用户提及的品牌总计达40多个。 国际品牌 品牌名 山特维克可乐满 肯纳 山高 瓦尔特 伊斯卡 三菱 住友 蓝帜 东芝（泰柯珞） 黛杰 总提及率 45% 33% 21% 18% 14% 14% 13% 13% 9% 8%国内品牌 品牌名 钻石 哈工 上工 成量 哈尔滨工量数控 自贡 总提及率 20% 19% 12% 8

29、% 7% 5%市场使用份额 刀具使用份额的定义为：在使用中，采用该品牌的数量占据整个调查对象的比例。刀具的实际使用情况是怎样的呢？针对国际品牌产品使用情况的调查表明，在被调查者中，选择山特维克可乐满的占37%；选择肯纳的占23%；选择三菱的占13%；伊斯卡12%；山高11%；瓦尔特11%等等。国内品牌的使用情况是：选择株洲的占62%；选择哈一工的占33%；选择上工的占23%。 品牌忠诚度 调查发现，用户实际使用的品牌和了解熟悉的品牌之间发生了不同程度的背离。品牌转移矩阵（又称忠诚度矩阵）就是针对上面的问题进行研究。忠诚度矩阵的行表示消费者实际使用的品牌，列表示用户非常熟悉和认可的品牌，表格中的值反映了客户知道