先进刀具使用现状和未来发展趋势

1、先进刀具使用现状和未来发展趋势摘 要：本文描述了刀具在制造业切削加工中的作用，介绍了我国工具工业的发展概况，从多个方面详细介绍了新型刀具技术，着重讲述了新型高效刀具在我国机械制造业中的应用已经未来的发展趋势。关键词：先进刀具 刀具技术 工具工业1 刀具在在切削加加工中的的重要性性金属切削加加工是用用刀具从从工件表表面切除除多余的的金属材材料，从从而获得得在几何何形状、尺尺寸精度度、表面面粗糙度度及表面面层质量量等方面面均符合合要求的的零件的的一种加加工方法法。其核核心问题题是刀具具切削部部分与工工件表层层的相互互作用，即即刀具的的切削作作用和工工件的反反切削作作用。这这是切削削加工中中的主要要

2、矛盾，而而刀具的的切削作作用则是是矛盾的的主要方方面。切切削刀具具是支撑撑和促进进切削加加工技术术进步的的关键因因素。近近年来，高高速高效效数控机机床的广广泛应用用使现代代切削加加工技术术发展到到了一个个新的阶阶段，先先进高效效刀具的的应用是是使昂贵贵的数控控机床充充分发挥挥其高效效加工能能力的基基本前提提之一。刀具是切削削加工的的基础工工艺装备备之一，刀刀具的性性能和质质量直接接影响到到切削加加工效率率的高低低和加工工质量的的好坏，直直接影响响到整个个机械制制造业的的生产技技术水平平和经济济效益。采采用先进进刀具，适适当地增增加刀具具费用的的投入，是是制造业业提高劳劳动生产产率和企企业竞争争

3、力的有有效手段段，是我我国制造造业当前前必须重重视的问问题。切切削机床床的快速速发展为为现代制制造业的的发展提提供了基基本的前前提和技技术保障障，但无无论是什什么样的的金属切切削机床床，都必必须依靠靠与工件件直接接接触、从从工件上上切除材材料的刀刀具才能能发挥作作用。刀刀具性能能和质量量直接影影响到切切削机床床生产效效率的高高低和加加工质量量的好坏坏，直接接影响到到整个机机械制造造业的生生产技术术水平和和经济效效益11。2 我国工工具工业业的发展展情况我国20005年消消费刀具具约177亿美元元。20006年年消费刀刀具约220亿美美元，其其中进口口刀具约约10亿美美元。220077年工具具工

4、业空空前高速速发展，销销售收入入增加达达28左左右。220088年前三三季度工工具工业业仍继续续高速发发展，增增长超过过20，l00月以后后下滑明明显，但但全年增增长仍在在12以以上。受受世界经经济危机机影响，2009年上半年工具工业继续下滑，但7-8月以后整个经济形势已开始回暖，工具工业亦已逐步好转。近年我国工工具工业业虽也有有不小发发展，但但远落后后于机床床业的发发展。生生产中使使用的高高效先进进刀具，大大部分从从国外进进口(含外资资企业在在中国生生产的刀刀具)。我们们现在也也出口不不少刀具具，但主主要是廉廉价低档档的标准准刀具。2004年我国生产刀具约25亿件，其中20亿件是廉价低档刀具

5、(大部分出口)，这以后几年出口的仍基本是中低档刀具。在美国市场上中等规格麻花钻，每个价约10美元，而中国市场上生产的低档麻花钻价仅1美元，且仅被用作手工工具。我国现在有世界第一的汽车工业，但汽车工业从国外引进的高效生产线，所用的刀具80一90至今仍是进口刀具(含国内生产的外资企业产品)。现在我国刀具生产供销情况是，高端先进刀具产品主要依靠进口，而低档刀具产品恶性膨胀(大部分出口)，这种情况必须尽快改变。我国机械制制造业生生产中大大量使用用标准刀刀具，而而发达国国家则大大量使用用高效先先进刀具具，这就就致使我我国加工工效率远远低于发发达国家家。我国国工具厂厂仍大量量生产传传统标准准刀具，一一些小

6、工工具厂还还大量生生产低档档刀具。据据统计，我我国消耗耗全世界界40的的工具材材料，销销售收入入却只占占全世界界工具业业的122-15。发发达国家家工具企企业的毛毛利率都都在400左右右，而我我国工具具厂的利利润很低低，部分分工具厂厂还在亏亏损。从机械制造造业的技技术发展展趋势来来看，今今后我国国工厂中中的高效效数控机机床的比比重将逐逐年增加加，高效效先进刀刀具的需需求量将将随之迅迅速增加加，而传传统标准准刀具的的需要量量将逐年年减少。此此外，由由于我国国人工成成本增加加，中低低档的标标准刀具具出口的的价格优优势将逐逐渐丧失失，出口口量必将将随之减减少。如如工具企企业仍以以生产传传统标准准刀具

7、为为主，则则销售量量必将逐逐渐萎缩缩发展堪堪忧(一些民民营的小小工具厂厂大量生生产传统统标准刀刀具，大大工具厂厂因成本本较高，无无法竞争争而逐渐渐失去这这部分市市场)。因此此，我国国的工具具工业必必须改变变理念，大大力发展展高效先先进刀具具的生产产，重视视售后生生产服务务，用国国产高效效先进刀刀具代替替国外产产品，夺夺回被进进口刀具具占有的的这部分分市场。只只有这样样，我国国的工具具企业才才有发展展前途，我我国的工工具工业业才能得得到振兴兴。中国机床刀刀具现状状：中高高端刀具具市场被被国外刀刀具公司司占领，这这些刀具具的技术术附加值值和利润润率远远远高于低低端刀具具；国内内刀具公公司主要要在低

8、端端刀具市市场，主主要靠价价格竞争争；国外外刀具公公司往往往为客户户提供解解决方案案，捎带带销售刀刀具产品品：国内内刀具公公司基本本不具备备提供解解抉方案案的能力力，单纯纯销售产产品；由由于国内内刀具公公司发展展潜力以以及待遇遇等因素素，刀具具人才主主要集中中在国外外刀具公公司22。3 新型刀刀具技术术采用新型刀刀具实现现高效、优优质、低低成本生生产是现现代企业业提高经经济效益益的重要要途径。刀刀具材料料的改进进是刀具具技术发发展的主主线。在在现有刀刀具材料料的基础础上，通通过刀具具几何设设计改善善切削状状态也是是生产实实践中行行之有效效的方法法。CIIRP公公布的一一项研究究报告指指出：“由

9、于刀刀具材料料的改进进，刀具具许用切切削速度度每隔110年提提高1倍；而而由于刀刀具结构构和几何何参数的的改进，刀刀具寿命命每隔110年几几乎提高高2倍。”采用新新型刀具具材料可可以提高高刀具的的切削性性能，而而优化刀刀具切削削部分的的几何形形状则能能充分发发挥新型型材料的的威力。现代刀具不不仅应能能满足高高速切削削、干式式切削、硬硬切削、复复合切削削加工等等先进切切削技术术的需要要，而且且对产品品功能的的多样化化、结构构的合理理化、外外观造型型的美观观等方面面也提出出了更高高要求。但但令人遗遗憾的是是长期以以来刀具具的设计计主要依依靠经验验，依靠靠尝试法法(trry-andd-errror)

10、，这种种方法效效率低、开开发周期期长，显显然已经经阻碍了了新型刀刀具的开开发和使使用，满满足不了了先进切切削加工工技术的的需求，迫迫切需要要先进的的刀具设设计技术术。刀具结构、刀刀具材料料、涂层层技术的的创新推推动着切切削加工工技术的的快速发发展。通通过介绍绍了刀具具结构设设计、刀刀具材料料和刀具具涂层技技术的新新进展，指指出先进进刀具发发展的方方向，以以促进先先进刀具具的开发发与合理理使用，为为提高制制造业的的加工效效率发挥挥应有的的作用。3.1 刀刀具结构构设计技技术刀具结构设设计的特特点是空空间角度度计算难难，形状状复杂绘绘图难，形形状相同同尺寸繁繁。随着着粉末冶冶金技术术、模具具制造技

11、技术、五五轴联动动数控刃刃磨技术术的高度度发展，现现代金属属切削刀刀具的切切削部分分已可加加工成十十分复杂杂的形状状。因此此，刀具具厂家不不断创新新，采用用先进的的设计技技术和专专业应用用软件进进行刀具具设计。为建立复杂杂形状刀刀具的三三维模型型，研究究者们采采取了22种建模模方法：一是综综合法，即即等效刀刀刃法；二是分分解法，即即微分刀刀刃法，并并将计算算机辅助助设计(CADD)技术应应用于刀刀具的设设计。目目前，应应用较多多的CAAD软件件主要有有UG、Proo/E、IDEAAS等几几种，有有的CAAD软件件经过企企业的二二次开发发，其适适用性进进一步提提高。这这些软件件集三维维实体造造型

12、、平平面绘图图、工程程分析、数数控加工工、零件件组装等等模块于于一体，形形成较完完整的刀刀具设计计软件系系统，具具有较强强的实体体造型与与编程功功能。计计算机辅辅助设计计使得刀刀具的设设计、计计算简便便，免去去刀具复复杂图形形的绘制制，并能能参数化化快速设设计刀具具，有利利于提高高刀具的的设计水水平。应用工程分分析技术术(如有限限元)对刀具具强度进进行数值值模拟分分析，可可较精确确地掌握握刀具上上各点的的受力情情况，了了解刀具具内部应应力、应应变及温温度的分分布规律律，获得得应力、应应变及温温度分布布图，并并方便地地找出危危险点。该该方法可可为改进进刀具受受力情况况、合理理设计刀刀具结构构以及

13、对对刀具进进行失效效分析提提供理论论依据，为为刀具强强度和寿寿命的分分析计算算提供一一种新方方法。五五轴联动动数控工工具磨床床功能的的实现使使立铣刀刀、钻头头等通用用刀具的的几何参参数进一一步多样样化，改改变了标标准刀具具参数千千篇一律律的传统统格局，可可适应不不同的被被加工材材料和加加工条件件，切削削性能也也相应提提高。3.2 刀刀具材料料大力推广使使用新刀刀具材料料的刀具具。刀具具材料是是刀具工工业的基基础，刀刀具材料料的发展展对刀具具切削性性能的提提高，起起着决定定性影响响，近年年来刀具具材料发发展极为为迅速，刀刀具材料料性能的的提高和和新刀具具材料的的使用，使使切削效效率大大大提高。现

14、代刀具材材料主要要有高速速钢、硬硬质合金金、陶瓷瓷、超硬硬材料(立方氮氮化硼CCBN、金金刚石)等，其其中每一一类又分分为很多多种。其其中高速速钢和硬硬质合金金的使用用量在990以以上。目目前中国国生产高高速钢55-6万吨，占占全世界界的1/4-l/33；中国国生产硬硬质合金金l.55万吨,占全世世界的11/4。中中国刀具具材料的的生产数数量世界界第一，但但是质量量属于二二流水平平。预期期在本世世纪刀具具和刀具具材料的的技术含含量、质质量水平平和品种种数量等等方而都都将有较较大的发发展，加加工对象象的新要要求推动动了刀具具材抖的的新发展展，科学学技术的的进步使使刀具材材料的发发展成为为可能，但

15、但同时刀刀具材料料的发展展必定受受原料资资源的制制约。图1 切削削刀具材材料天然金刚石石是最昂昂贵的刀刀具材料料，由于于天然金金刚石可可以刃磨磨成最锋锋利的切切削刃，主主要应用用在超精精密加工工领域，如如加工微微机械零零件、光光学镜面面、导弹弹和火箭箭中的导导航陀螺螺、计算算机硬盘盘芯片等等。人工工合成单单晶金刚刚石刀具具有很好好的尺寸寸、形状状和化学学稳定性性，主要要用来加加工木材材，如加加工高耐耐磨All2O3，涂层层的木地地板。聚聚晶金刚刚石是以以钴作为为粘结剂剂，在高高温高压压下(约5077MPaa，几千千摄氏度度)由金刚刚石微粉粉压制而而成的。聚聚晶金刚刚石刀具具具有优优异的耐耐磨性

16、，可可用来切切削有色色金属和和非金属属材料，精精加工难难加工材材料，如如硅铝合合金和硬硬质合金金等。立方氮化硼硼(CBBN)与与聚晶金金刚石一一样，也也是在高高温高压压下人工工合成的的，其多多晶结构构和性能能也与金金刚石类类似，具具有很高高的硬度度和杨氏氏模量，很很好的导导热性，很很小的热热膨胀，较较小的密密度，较较低的断断裂韧性性。此外外，立方方氮化硼硼具有卓卓越的化化学和热热稳定性性，同铁铁族元素素几乎不不发生反反应，这这一点要要优于金金刚石。因因此，加加工黑色色金属时时多选用用立方氮氮化硼而而不用金金刚石。不不含粘结结相的CCBN正正在研制制当中，通通过控制制合成条条件使CCBN颗颗粒更

17、微微细，微微细颗粒粒的CBBN即使使在高温温下也具具有高热热导率、极极高热稳稳定性、高高硬度和和高强度度。无粘粘结相CCBN可可望成为为下一代代刀具材材料。氧化铝基陶陶瓷具有有良好的的化学稳稳定性，与与铁系金金属亲和和力很小小，因此此不易发发生粘结结磨损。氧氧化铝基基陶瓷刀刀具在高高速切削削钢时具具有比氮氮化硅陶陶瓷刀具具更优越越的切削削性能。氮氮化硅基基陶瓷刀刀具主要要用于高高速加工工铸铁。赛赛阿龙陶陶瓷刀具具具有较较高的强强度、断断裂韧度度、抗氧氧化性能能、导热热率、抗抗热震性性能和抗抗高温蠕蠕变性能能。但是是热膨胀胀系数较较低，不不适合加加工钢，主主要用来来粗加工工铸铁和和镍基合合金。为

18、为了进一一步改进进陶瓷刀刀具加工工新材料料时的切切削性能能和抗磨磨损性能能，研究究人员开开发了碳碳化硅晶晶须增韧韧陶瓷材材料(包括氮氮化硅基基陶瓷和和氧化铝铝基陶瓷瓷材料)，增韧韧后的陶陶瓷刀具具高速切切削复合合材料和和航空耐耐热合金金(镍基合合金等)时的效效果非常常好，但但不适合合加工铸铸铁和钢钢。TiC（NN）基硬硬质合金金（即金金属陶瓷瓷）密度度小，硬硬度高，化化学稳定定性好，对对钢的摩摩擦系数数较小，切切削时抗抗黏结磨磨损与抗抗扩散磨磨损的能能力较强强，具有有较好的的耐磨性性。金属属陶瓷刀刀具适于于高速精精加工碳碳钢、不不锈钢、可可锻铸铁铁，可以以获得较较好的表表面粗糙糙度。陶瓷、立方

19、方氮化硼硼和聚晶晶金刚石石等，近近年发展展迅速。陶陶瓷刀具具材料采采用超细细微粉和和部分纳纳米微粉粉，加入入SiCC晶须，采采用新烧烧结工艺艺等，使使陶瓷刀刀具材料料的强度度和韧性性得以大大幅度提提高，国国外应用用日广，切切削速度度可比硬硬质合金金提高数数倍，大大大提高加工工效率，在在德国，已已有约770的的铸件用用陶瓷刀刀具加工工，日本本陶瓷刀刀具的年年消耗量量已占刀刀具总量量的8-10。立立方氮化化硼的硬硬度高达达80000-90000HVV，耐高高温达114000，可可高效加加工冷硬硬铸铁，和和HRCC50以以上的淬淬火钢。超超硬刀具具材料在在我国制制造业中中用得还还较少，应应加强发发展

20、推广广使用。图2 刀具具材料发发展和应应用的基基本趋势势国外近年来来发展了了多种新新成份、新新牌号的的硬质合合金，发发展了高高强度高高韧性的的0.5-1mm超细颗颗粒的硬硬质合金金，开发发了多种种新涂层层硬质合合金，使使硬质合合金的切切削性能能显著提提高，扩扩大了硬硬质合金金应用领领域。现现代高效效先进刀刀具，大大部份是是硬质合合金刀具具。我国国“钨”资源是是全世界界第一，钨钨制品和和硬质合合金产量量也是世世界第一一。但必必需承认认，目前前国产的的硬质合合金质量量和国外外产品相相比，有有很大差差距，国国内制造造业用的的高效先先进硬质质合金刀刀具，主主要依靠靠进口。硬硬质合金金刀具材材料的问问世

21、，使使切削加加工水平平出现了了一个飞飞跃。硬硬质合金金刀具能能实现高高速切削削和硬切切削。为为满足各各种难加加工材料料的切削削要求，开开发了许许多硬质质合金加加工技术术，研制制出多种种新型硬硬质合金金，方法法是：采采用高纯纯度的原原材料，如如采用杂杂质含量量低的钨钨精矿及及高纯度度的三氧氧化钨等等；采用用先进工工艺，如如以真空空烧结代代替氢气气烧结，以以石蜡工工艺代替替橡胶工工艺，以以喷雾或或真空干干燥工艺艺代替蒸蒸汽干燥燥工艺；改变合合金的化化学组分分；调整整合金的的结构；采用表表面涂层层技术。研研制出的的新型硬硬质合金金有添加加钽、铌铌的硬质质合金、细细晶粒与与超细晶晶粒硬质质合金，添添加

22、稀土土元素的的硬质合合金等。高钴高钒等等高性能能高速钢钢刀具的的耐用度度可比普普通高速速钢提高高1.5-3倍。粉粉末冶金金高速钢钢的强度度可提高高20-30，韧韧性提高高1.5-2倍，并并且可靠靠性比普普通高速速钢明显显提高，国国外在加加工中心心上已普普遍使用用这种粉粉末冶金金高速钢钢制造的的多种刀刀具，如如钻头、丝丝锥和铣铣刀等，而而我国还还甚少使使用。普普通高速速钢是用用熔融法法制造的的，在加加工效率率和加工工质量要要求日益益提高的的先进切切削加工工中，普普通高速速钢的性性能已嫌嫌不足。20世纪后期，逐步出现了许多高性能高速钢，新型高速钢在普通高速钢的基础上，通过调整基本化学成分，并添加其

23、他合金元素，使其常温和高温机械性能得到显著提高。用作刀具材料的高性能高速钢有高碳高速钢、高钴高速钢、高钒高速钢和含铝高速钢等。粉末冶金高速钢是将高频感应炉熔炼出的钢液，用高压氩气或纯氮喷射雾化，再急冷得到细小均匀结晶粉末，或用高压水喷雾化形成粉末，所得到的粉末在高温高压下热等静压制成粉末冶金高速钢刀具。与传统高速钢相比，粉末冶金高速钢没有碳化物偏析的缺陷，且晶粒尺寸小，因此抗弯强度和韧性高，硬度高，适用的切削速度较高，刀具寿命较长，并可加工较硬的工件材料。3.3 刀刀具涂层层技术与与涂层材材料切削加工对对刀具材材料的性性能要求求非常高高，刀具具切削刃承承受高温温(3000-12000)、高压压

24、(1000-100000NN/mm2)、高速速(1-30mm/s)和大大应变率率(1003-107/s)，因因此要求求刀具既既要有高高的硬度度和抗磨磨损性能能，又要要有高的的强度和和韧性，而而涂层刀刀具是解解决这一一矛盾的的最佳方方案之一一。涂层层刀具是是在具有有高强度度和韧性性的基体体材料上上涂上一一层耐高高温、耐耐磨损的的材料。涂涂层材料料及基体体材料之之间要求求粘结牢牢固，不不易脱落落。涂层层技术以以其效果果显著、适适应性好好、反应应快等特特点，将将对今后后刀具性性能的提提高和切切削技术术的进步步发挥十十分重要要的推动动作用3。4 先进刀刀具在机机械制造造业中的的应用4.1 航航空零件件

25、切削加加工中刀刀具的应应用航空产品零零件使用用的材料料主要涉涉及高强强钢、铝铝合金、钛钛合金、高高温合金金、复合合材料等等多种类类型。飞飞机机体体上涉及及切削加加工的零零件主要要使用铝铝合金、钛钛合金、复复合材料料、高强强度钢等等材料，其其结构尺尺寸大，尺尺寸协调调部位多多；航空空发动机机上涉及及切削加加工的零零件主要要使用钛钛合金、高高温合金金、不锈锈钢、复复合材料料，其加加工精度度要求较较高。从加工形式式上看，飞飞机机体体结构件件以机翼翼梁、机机身框、翼翼肋、壁壁板为典典型代表表，零件件形式为为扁平形形结构，尺尺寸较大大，带有有机身、机机翼理论论外形。这这类零件件主要以以铣削加加工为主主，

26、采用用不同形形式的铣铣削刀具具在龙门门结构、五五轴联动动的数控控铣床上上完成加加工，常常用的刀刀具有盘盘铣刀、立立铣刀、球球头铣刀刀等，更更为常用用的是带带有刀尖尖圆角的的专用铣铣刀；航航空发动动机零件件以机匣匣、整体体叶盘、叶叶片以及及轴、盘盘为典型型代表，除除轴、盘盘类零件件适合采采用车削削加工外外，其他他零件为为回转形形结构，部部分部位位需要车车削加工工，大部部分涉及及安装及及气流通通道的部部位还需需要在五五坐标联联动控制制，转台台结构的的数控机机床上进进行铣削削加工，加加工过程程都需要要多种形形式和结结构的刀刀具，如如外圆车车刀、内内圆车刀刀、立铣铣刀、球球头铣刀刀等。在零件加工工过程

27、中中，镶齿齿刀具、焊焊接式刀刀具、整整体刀具具都有广广泛的应应用，近近年来，镶镶齿刀具具、整体体刀具逐逐渐成为为现场主主要使用用的刀具具结构，焊焊接式刀刀具应用用范围已已逐渐缩缩小。高高速加工工已经进进入实用用化阶段段，飞机机结构件件是应用用高速加加工的主主要领域域，特别别是在铝铝合金结结构件、复复合材料料构件的的切削中中应用广广泛。航航空产品品零件的的加工通通常需要要使用数数量不等等、规格格和结构构不同的的刀具才才能完成成，并且且要求不不同刀具具加工的的表面之之间连续续，无接接差、无无干涉。从从切削参参数方面面看，由由于各生生产现场场的技术术水平和和配套环环境不同同，刀具具切削时时使用的的切

28、削参参数差异异较大，切切削参数数的选择择和使用用主要以以工艺人人员或机机床操作作者的经经验为主主。从新型飞机机和发动动机的发发展趋势势看，基基于降低低飞机机机体和发发动机重重量、提提高飞行行性能、节节省燃油油消耗的的考虑，过过去大量量采用的的组合式式金属结结构、铝铝合金直直接覆盖盖的方法法已逐渐渐被舍弃弃，钛合合金、复复合材料料使用的的比例越越来越大大，整体体结构成成为飞机机和发动动机产品品的主体体。钛合合金是公公认的难难加工材材料之一一，需要要在高性性能刀具具的支持持下才能能满足质质量和周周期需求求；采用用铺叠、缠缠绕、RRTM等等工艺制制备的复复合材料料构件尽尽管不需需要很大大的切削削加工

29、量量，但其其材料结结构的特特殊性和和较高的的质量要要求也对对切削刀刀具具有有较高的的要求；采用整整体结构构设计后后，一般般情况下下都选用用整体板板材或大大型锻造造毛坯来来加工，其其中900以上上的材料料都要被被切除，加加工量较较大，对对加工效效率要求求极高。航空发动机机零件通通常为钛钛合金、高高温合金金材料，这这些材料料的切削削加工一一直是一一个难点点。同时时，航空空发动机机零件形形状复杂杂、精度度要求严严格。以以新型发发动机的的主要结结构部件件整体体叶盘为为例，切切削加工工过程涉涉及气流流通道、叶叶身型面面、叶根根叶尖、进进排气边边等难加加工部位位，铣削削是完成成这些关关键部位位加工的的主要

30、工工艺方法法，由于于结构空空间狭窄窄，通常常要使用用小直径径、大长长度的立立铣刀或或球头铣铣刀。航空零件的的切削加加工目前前主要分分为2个类型型：一是是轻质结结构和轻轻合金的的高速加加工，主主要针对对铝合金金和复合合材料，使使用的刀刀具以硬硬质合金金、PCCD材料料为主，带带有单涂涂层或复复合涂层层；二是是针对钛钛合金、不不锈钢、超超高强度度钢等难难加工材材料的切切削，使使用的刀刀具材料料主要是是细晶粒粒硬质合合金、超超细晶粒粒硬质合合金和高高性能高高速钢，应应特别注注意刀具具材料(包括其其涂层)与工件件材料的的匹配，实实践证明明，钛合合金切削削加工中中，常规规涂层对对提高刀刀具性能能方面没没

31、有明显显作用，必必须寻找找新的涂涂层及涂涂层工艺艺。4.2 汽汽车行业业高速高高效精密密刀具技技术的应应用我国正逐渐渐由第一一制造大大国向制制造强国国转变。近近些年国国家高度度重视装装备制造造业的发发展，并并设立了了“高等数数控机床床与基础础制造装装备”重大专专项，220099年拨款款3288亿元人人民币，2010年拨款300亿元人民币，主要用于汽车、船舶、大飞机、高铁、轨道交通、能源等行业。我国汽车、机床刀具行业市场广阔、发展空间巨大，已经连续6年机床消费量全球第一(2010年为284.8亿美元),汽车产销量全球第一(2010为1800万辆)。我国所用的的机床先先进，但但是制造造工艺和和刀具

32、总总体水平平却比较较落后，究究其原因因主要为为：高校校无专门门工艺、刀刀具方面面的课程程；与国国外刀具具公司相相比国国内公司司缺乏整整体解决决方案的的能力和和高端产产品；大大量低端端刀具产产品占有有大部分分市场份份额；汽汽车发动动机行业业国外刀刀具占880%的的份额2。随着江铃汽汽车整车车销量的的快速增增长，面面对日益益增加的的生产任任务，通通过使用用先进的的刀具来来提高发发动机厂厂的生产产能力，保保障产品品质量，从从而达到到降低单单台成本本的目的的。超硬硬材料立立方氮化化硼（CCBN）刀刀片广泛泛运用于于缸体线线粗、精精镗气缸缸孔、主主轴孔、凸凸轮轴孔孔及缸盖盖线进、排排气门阀阀座的加加工，

33、机机床转速速为16600 r/mmin 20000 r/mmin，进进给速度度为0.0811mm/r-00.122mm/r，刀刀具质量量稳定，使使用寿命命在8000-440000件/刃，寿寿命比硬硬质合金金刀片提提高5-10倍倍。推广广运用整整体硬质质合金刀刀具，刀刀具的品品种包括括钻头、立立铣刀、丝丝锥等，从从而提高高了刀具具的耐用用度，减减少了换换刀次数数，使得得产品质质量好，降降低了刀刀具成本本。并且且，引进进了德国国Mappal公公司的精精密镗刀刀和美国国VALLENIITE密密齿铣刀刀盘，加加工质量量稳定，大大幅度提提高了经经济效益益4。4.3 先先进刀具具在数控控机床中中的应用用当

34、代切削技技术和刀刀具的进进步为提提高数控控机床的的切削效效率创造造了很好好的条件件，不仅仅如此，先先进的切切削技术术和刀具具已成为为开发现现代数控控加工技技术高速、高高效、智智能、复复合、环环保的有有机组成成部分，两两者相互互促进同同步发展展，共同同推动着着数控加加工技术术的进步步。应用用先进的的切削技技术和刀刀具还有有投资少少、见效效快、收收效大的的特点。现现代的刀刀具工业业已为此此进行了了卓有成成效的工工作，不不断推出出成熟的的、实用用的切削削技术和和创新的的刀具，为为制造业业的发展展和制造造技术的的进步作作出了重重要的贡贡献。首首先，是是采用高高性能的的适用的的刀具材材料和涂涂层牌号号。

35、其次次，要大大力采用用新型的的数控刀刀具。第第三，要要大力采采用新的的切削工工艺。第第四，应应用数控控机电一一体化的的刀具提提高加工工质量和和优化加加工过程程。第五五，要提提高刀具具的管理理水平5。4.4 高高效先进进刀具在在复杂零零件加工工中的应应用上海工具厂厂依托11.2亿亿国债技技改项目目，开发发多种高高性能螺螺纹刀具具并形成成批产能能力，提提升产品品技术水水平，以以适应汽汽车工业业、造船船工业、航航空航天天、能源源动力等等先进制制造业对对高效刀刀具的需需求。螺螺尖丝锥锥、螺旋旋槽丝锥锥、挤压压丝锥、跳跳牙丝锥锥和螺纹纹铣刀相相对于通通用型直直槽丝锥锥，这些些高性能能刀具具具有更合合理的

36、结结构，在在不同的的适用加加工范围围内具有有更高的的加工效效率，更更好的加加工质量量，更长长的使用用寿命和和稳定性性，能够够满足先先进制造造业对刀刀具提出出的越来来越多的的要求，值值得大规规模推广广应用6。现代切削技技术和高高效先进进刀具是是制造业业提高生生产效率率，降低低生产成成本的最最重要的的因素之之一。采采用高效效先进刀刀具，刀刀具费用用虽然要要提高，但但高效切切削刀具具可明显显提高切切削加工工效率，使使机床的的利用率率有效提提高，从从而可以以使零件件的生产产成本降降低。因因此，使使用高效效先进刀刀具的经经济效益益是比较较显著的的。针对对国内外外金属切切削刀具具技术的的现状和和发展趋趋势

37、，以以上海萨萨澳液压压传动有有限公司司实施的的刀具优优化为例例，在先先进刀具具技术的的理论指指导下，分分析了球球墨铸铁铁液压阀阀体复杂杂孔加工工原用的的刀具加加工方案案，通过过高性能能刀具的的选择与与应用，将将原工艺艺所用的的六把切切削刀具具优化为为三把刀刀具。新新工艺采采用了整整体硬质质合金刀刀具、纳纳米涂层层技术和和复合加加工技术术，提高高了加工工效率，同同时降低低了零件件的制造造成本7。4.5 先先进刀具具在纺织织机械厂厂的应用用郑州纺织机机械厂中中金属切切削机床床占有很很大的比比例。该该厂积极极发展机机夹可转转位刀具具，推广广先进刀刀具、复复合刀具具，改变变淬硬钢钢的车削削加工工工艺，

38、设设计使用用专用刀刀具，解解决生产产技术关关键问题题，提高高生产效效率，促促进了该该厂的生生产发展展8。4.6 先先进刀具具在特大大型工件件加工中中的应用用将YG5446硬质质合金刀刀具应用用在特大大型（外107750内10221015550）不不锈钢水水轮机转转轮室中中环切削削加工中中。通过过对工件件材料的的可加工工性分析析与刀具具材料、几几何参数数、切削削参数的的选择，经经过在二二个单台台中环中中切削与与应用，取取得了提提高刀具具耐用度度、提高高生产效效率和工工件加工工质量，降降低加工工成本的的有效途途径99。5 未来刀刀具的发发展趋势势刀具材料及及其涂层层技术的的发展促促进了刀刀具切削削

39、速度的的不断提提高，带带来了加加工效率率的变革革，进一一步带来来了加工工范围的的拓展。刀刀具的设设计和使使用应考考虑刀具具材料与与工件材材料的性性能匹配配性，针针对不同同的工件件材料和和加工条条件确定定合理的的刀具材材料和结结构形式式。高速速、高效效、高精精度切削削加工要要求刀具具具有多多种优异异性能，“高韧性高强度基体+高硬度高耐磨性刃部”是未来刀具的主要发展方向。切削加工追追求的目目标是高高精度、高高效率、低低成本、绿绿色环保保。近年年来，切切削加工工技术在在高速切切削、硬硬态切削削、微雾雾润滑切切削、干干式切削削、复合合切削等等领域迅迅速发展展，这些些切削加加工技术术是实现现以最小小限度

40、生生产设备备高效率率、低成成本加工工零件的的生产方方式的核核心，到到目前为为止，切切削加工工技术发发展的最最大标志志就是高高速切削削加工(Higgh SSpeeed CCutttingg，HSCC)的发发展。先进的刀具具技术是是促进切切削技术术发展的的基础和和保证，刀刀具技术术的发展展涉及刀刀具材料料和刀具具结构的的发展，刀刀具材料料是提升升刀具性性能的基基础，刀刀具结构构是提高高工件加加工精度度的关键键。随着高速加加工、高高精度加加工技术术的进步步和难加加工材料料应用数数量的增增加，刀刀具材料料的进展展也十分分显著，新新型陶瓷瓷、细晶晶粒硬质质合金、超超细晶粒粒硬质合合金、TTiC/TiNN

41、基金属属陶瓷、涂涂层硬质质合金等等材料大大大提升升了刀具具的性能能，刀具具基体的的耐磨性性、耐热热性、韧韧性和抗抗弯强度度明显提提高。复复合涂层层技术使使刀具性性能进一一步提升升，涂层层材料除除了有适适合高速速切削的的TiCC、TiNN、TiAAlN以以外，现现在还使使用金刚刚石、立立方氮化化硼、硅硅基纳米米涂层等等。近年来，人人们在新新型刀具具材料的的应用、刀刀具涂层层技术以以及新型型刀具切切削性能能方面进进行了大大量的研研究与应应用工作作，生产产现场使使用的刀刀具已经经进入了了以硬质质合金材材料为主主体、多多种涂层层成熟应应用的状状态，未未来刀具具材料主主要的发发展趋势势是“细晶粒粒的基体

42、体材料+复合涂涂层”，以适适应高速速切削、干干式切削削、高精精度加工工的基本本需求。切削加工精精度和表表面质量量是切削削加工过过程的关关键因素素，加工工精度和和表面质质量取决决于刀具具的刃形形、断悄悄性能和和安装结结构的稳稳定性。未未来刀具具的设计计必须注注重刃型型设计、断断屑槽设设计、刀刀片定位位或刀柄柄夹持设设计以及及表面涂涂层和刃刃口强化化处理。为降低刀具具的应用用成本，镶镶齿结构构、镶嵌嵌结构、涂涂覆结构构应成为为刀具主主体结构构，整体体结构在在小规格格、微型型规格才才使用。未未来的刀刀具应该该是双性性能结构构，即“高韧性性高强度度基体+高硬度度高耐磨磨性刃部部”100。用高效先进进刀

43、具代代替普通通标准刀刀具，是是技术发发展的必必然趋势势，工具具企业必必须重视视。使用用高效先先进刀具具较传统统标准刀刀具，可可明显提提高加工工效率，所所以制造造厂中配配备高效效数控机机床后，用用高效先先进刀具具代替传传统标准准刀具，是是制造工工业技术术改造和和技术发发展的必必然趋势势。在国国外发达达的资本本主义国国家，是是在上世世纪700年代数数控机床床大量使使用后完完成高效效机床设设备技术术改造的的，高效效机床对对高效先先进刀具具的需求求，促使使国外工工具厂也也在同时时期完成成了从“主要生生产传统统标准刀刀具”到“主要生生产高效效先进刀刀具”的转变变。我国的机械械制造业业，基本本是在2200

44、00年后开开始大量量引进使使用高效效数控机机床，并并开始大大量需求求使用高高效先进进刀具。但但这时期期我国对对高效先先进刀具具的需求求，却被被国外工工具厂的的产品供供应来满满足了，国国外工具具厂占领领了我国国工具行行业市场场中最有有发展前前景的部部份，例例如是我我国汽车车工业流流水线上上的刀具具，有880甚甚至更多多用的是是进口的的高效先先进刀具具。我国国的工具具企业仍仍以生产产传统标标准刀具具为主，这这造成工工具工业业的发展展明显落落后于机机械制造造行业和和机床行行业的发发展。必必须改变变现状，迅迅速努力力，生产产最有发发展前途途的高效效先进刀刀具，尽尽快振兴兴我国的的工具工工业111。工件

45、与刀具具二者交交替发展展，相互互促进，工工件不断断对刀具具提出新新要求，刀刀具的性性能必须须提高以以适应工工件的要要求。高高强度超超高强度度钢多用用于火炮炮、穿甲甲弹、飞飞机起落落架等有有关民用用产品，要要求加工工效率高高、加工工中切削削力大、切切削湿度度高、硬硬质化合合物较多多，需要要使用高高性能钢钢、粉末末冶金高高速钢、表表面涂层层高速钢钢、表面面涂层硬硬质合金金、金属属陶瓷、氧氧化铝基基陶瓷或或PCBBN等高高性能的的刀具材材料：用用于工具具、模具具、轴承承和耐磨磨件等的的淬硬钢钢，需要要使用氧氧化铝和和氮化硅硅基陶瓷瓷、H类硬质质合金、PCBN等刀具材料；对于塑性与韧性特别大、加工变形与硬化严重、导热性差的高锰钢，应重点发展复合陶瓷、PCBN等刀具村料；加工