新型切削刀具的发展及应用
刀具材料论文
金属切削刀具的发展历史与现状前言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。
刀具技术的进步，体现在刀具材料、刀具结构、刀具几何形状和刀具系统四个方面，刀具材料新产品更是琳琅满目。
当代正在应用的刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石。
其中，高速钢和硬质合金是用得最多的两种刀具材料，分别约占刀具总量的30%～40%和50%～60%。
本文将介绍刀具的发展历程，发展现状，并对未来刀具的发展法相作出分析。
刀具的发展历史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，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。
1949～1950年间,美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久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。
国内外刀具材料发展现状
国内外刀具材料发展现状随着现代制造业的不断发展，刀具作为重要的加工工具，在加工领域扮演着重要的角色。
刀具材料的选择直接影响到刀具的使用寿命、加工质量和效率。
因此，刀具材料的发展一直备受关注。
本文将从国内外的角度出发，探讨刀具材料的发展现状。
国内刀具材料的发展目前正处于快速发展阶段。
传统的刀具材料如碳钢、高速钢等仍然占据一定的市场份额，但其在高端领域的应用受到了一定的限制。
近年来，随着精密加工和高效加工需求的增加，新型刀具材料的需求也随之增长。
硬质合金作为一种重要的刀具材料，在国内得到了广泛应用。
硬质合金具有高硬度、耐磨性好的特点，适用于高速切削和重负荷切削。
国内硬质合金刀具材料的生产技术和品质不断提高，已经能够满足大部分加工需求。
除了硬质合金，陶瓷刀具材料也在国内得到了一定的应用。
陶瓷刀具材料具有高硬度、高耐磨性和高热稳定性的特点，适用于高温切削和高速切削。
国内陶瓷刀具材料的研发和生产技术已经取得了一定的突破，但与国外相比，仍然存在一定的差距。
在国外，刀具材料的发展相对较早，并且取得了较大的进展。
高速钢、硬质合金和陶瓷等刀具材料在国外得到了广泛应用。
同时，国外也在不断研发新的刀具材料，如超硬刀具材料、纳米材料等。
这些新材料具有更高的硬度、更好的耐磨性和更高的切削速度，能够满足更为复杂的加工需求。
国外的刀具材料研发也注重环保和可持续发展。
例如，一些国外公司开始研发可回收利用的刀具材料，以减少资源的浪费和环境的污染。
这种趋势在国内刀具材料的研发中也逐渐得到重视。
总的来说，国内外刀具材料的发展现状存在一定的差距。
国内刀具材料在硬质合金和陶瓷等领域取得了一定的进展，但与国外相比仍有较大差距。
国外刀具材料在研发和应用方面相对领先，不断推出新的刀具材料以满足不同的加工需求。
在未来，国内应加大对刀具材料的研发投入，提高刀具材料的品质和性能，以满足国内制造业的需求。
国内外刀具材料的发展现状存在一定的差距，国内刀具材料的发展相对滞后。
先进制造技术在车工中的研究进展和应用简介
先进制造技术在车工中的研究进展和应用简介先进制造技术在车工领域的研究和应用已经取得了显著的进展。
下面是关于这方面的简要介绍：1.数控车床：数控车床是一种自动化加工设备，通过预先编程的指令控制刀具在工件上进行切削。
它具有高精度、高效率和灵活性的优势，可以用于制造复杂形状的零部件。
随着计算机技术的不断发展，数控车床在车工领域的应用越来越广泛。
2.高速切削技术：高速切削是指在高速旋转状态下进行切削的工艺。
它利用高速切削刀具和先进的冷却系统，能够在更短的时间内完成加工任务，提高生产效率。
高速切削技术还可以减少加工过程中的振动和切削力，从而改善加工表面的质量。
3.超硬刀具材料：超硬刀具材料，如立方氮化硼（CBN）和金刚石，具有极高的硬度和耐磨性。
这些材料在车工中被广泛应用于加工难加工材料，如高温合金和硬质合金。
超硬刀具能够提供更长的刀具寿命和更高的加工精度，同时减少停机时间和更换刀具的频率。
4.刀具磨削技术：刀具磨削技术是制造和修复刀具的关键工艺之一。
先进的磨削技术可以实现高精度、高效率的刀具制造和修复，进而提高整体的生产效率。
近年来，一些新型的磨削方法和磨削设备得到了广泛应用，如超声波磨削、电火花磨削和磁力磨削等。
5.智能化与自动化：随着人工智能和机器人技术的快速发展，智能化和自动化在车工领域得到了广泛应用。
智能车床和机器人系统能够通过传感器和控制系统实现自动化加工过程的监测和调整，提高生产效率和加工精度。
此外，数据分析和预测算法的应用也使得生产计1/ 2划和资源调度更加智能化。
综上所述，先进制造技术在车工领域的研究和应用涉及数控车床、高速切削技术、超硬刀具材料、刀具磨削技术以及智能化与自动化等方面。
这些技术的应用不仅提高了加工效率和精度，还为制造业带来了更大的发展潜力。
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6种数控刀具的种类、性能、特点、应用专业知识
6种数控刀具的种类、性能、特点、应用专业知识先进的加工设备与高性能的数控刀具相配合，才能充分发挥其应有的效能，取得良好的经济效益。
随着刀具材料迅速发展，各种新型刀具材料，其物理、力学性能和切削加工性能都有了很大的提高，应用范围也不断扩大。
一.刀具材料应具备基本性能刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。
刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用。
因此，刀具材料应具备如下一些基本性能：(1)硬度和耐磨性。
刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，一般要求在60HRC以上。
刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。
(2)强度和韧性。
刀具材料应具备较高的强度和韧性，以便承受切削力、冲击和振动,防止刀具脆性断裂和崩刃。
(3)耐热性。
刀具材料的耐热性要好，能承受高的切削温度，具备良好的抗氧化能力。
(4)工艺性能和经济性。
刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能;磨削加工性能等，而且要追求高的性能价格比。
二.刀具材料的种类、性能、特点、应用1.金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用金刚石是碳的同素异构体，它是自然界已经发现的最硬的一种材料。
金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能，在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。
尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。
可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。
⑴金刚石刀具的种类①天然金刚石刀具：天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了，天然单晶金刚石刀具经过精细研磨，刃口能磨得极其锋利，刃口半径可达0.002μm，能实现超薄切削，可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度，是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。
②PCD金刚石刀具：天然金刚石价格昂贵，金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶金刚石(PCD)，自20世纪70年代初，采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石(Polycrystauine diamond，简称PCD刀片研制成功以后，在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石所代替。
CBN适用情况
目前中国的汽车制造技术正向着高速、智能、复合、环保方面发展，这对切削刀具的要求更高，新型硬质合金刀具已经被广泛使用，而CBN(立方晶氮化硼)、PCD(聚晶金刚石)刀具和陶瓷刀具等代表当今技术发展水平的超硬刀具在汽车制造业中应用也越来越多。
为达到高效加工的目的，在汽车制造业中还大量使用组合式刀具和复合刀具。
同时现代汽车制造业还要求刀具供应商不仅能提供切削加工整体解决方案，并能提供及时有效的现场技术支持，形成与汽车制造企业的一种合作伙伴关系，以达到双赢目的。
山特维克可乐满、肯纳、伊斯卡、万耐特、山高、日立、住友电工、黛杰、三菱、株钻、森拉天时等着名刀具制造商在这方面都有很多成功案例。
Valenite可变直径气缸孔镗刀随着柔性技术在汽车工业加工中的成熟应用，以及产品的不断变型，用户对非标专用刀具的柔性也提出了更高的要求。
针对缸体中气缸孔的加工，Valenite设计了直径能够在一定范围内可变的气缸孔复合镗刀。
以共线加工三种不同直径缸孔的缸体为例，缸孔的直径分别为Φ82.54mm、Φ87.04mm、Φ91.1mm，最大与最小孔径相差8.56mm，机床型式为专用机床。
Valenite设计了一套变直径的复合镗刀、测量系统以及控制系统。
其中，镗杆共有三个小刀夹，两个用于半精镗(推镗)，一个用于精镗(拉镗)。
镗杆内部的拉杆以及小刀夹采用特殊结构。
工作原理(见图1)：初始在767处理器内设置三个不同的加工直径，根据不同的产品系列，选择不同的加工直径，如由Φ82.54mm切换到Φ87.04mm，处理器发出信号给镗杆后端的伺服电机，电机通过中间的转换装置把回转运动转换为液压缸的直线运动，从而驱动拉杆，将小刀夹的尺寸调整到Φ87.04mm后，小刀夹自锁。
然后，对加工过的缸孔进行测量，测量数据转换为信号传输到处理器中进行比较，如数据有偏差，将偏差补偿量转换为补偿信号传输到伺服电机，由电机对拉杆进行微调，使小刀夹产生弹性变形，从而实现尺寸自动补偿。
TiAIN涂层刀具的发展与应用
TiAIN塗層刀具的發展與應用摘要：TiAIN塗層作為一種新型塗層材料，具有硬度高、氧化溫度高、熱硬性好、附著力強、摩擦係數小、導熱率低等優良特性，有望部分或完全替代TiN，尤其適用於高速切削。
文中對國內外TiAIN塗層刀具的發展與應用狀況進行了綜合評述，並著重分析了TiAIN塗層工藝及其切削性能。
1、引言對刀具進行塗層處理是提高刀具性能的重要途徑之一，隨著塗層刀具的出現，使刀具切削性能有了重大突破。
塗層刀具可以提高加工效率和加工精度。
延長刀具使用壽命，降低加工成本。
自20世紀70年代以來，刀具塗層技術取得了飛速發展，塗層工藝越來越成熟。
西方工業發達國家使用的塗層刀片占可轉位刀片的比例已由1978年的26％增加到1985年的50～60％。
新型數控機床所用切削刀具中有80％左右使用塗層刀具。
瑞典山特維克公司和美國肯納金屬公司的塗層刀片的比例已達80～85％以上。
美國數控機床上使用塗層硬質合金刀片比例為80％，瑞典和德國車削用塗層刀片已占70％以上。
1981年～1985年期間，前蘇聯的刀具產量增加了16％、硬質合金刀具增加了29％．而塗層刀具則增加了5倍。
塗層刀具已成為現刀具的重要標誌，並將是今後數控加工領域中最重要的刀具品種之一TiAIN塗層作為一種新型塗層材料，具有硬度高、氧化溫度高、熱硬性好、附著力強、摩擦係數小、導熱率低等優良特性，尤其適用於高速切削高合金鋼、不銹鋼、鈦合金、鎳合金等材料。
在要求高耐磨性的場合下，鑒於TiN塗層在高溫性能方面所表現出的不足，TiAIN有望部分或完全替代TiN，因此，TiAIN塗層刀具具有極其廣闊的應用前景。
自1985年Knotek等首次發表了關於TiAIN塗層的研究成果後，人們便對其優異的抗高溫氧化能力和良好的使用性能表示了極大的關注，已經用多種PVD方法成功製備了TiAlN膜。
由於TiAlN塗層的製備方法不盡相同，已見報道的TiAlN塗層的性能也有差異。
表1是幾種常用塗層的主要性能比較(資料來源於Balzers塗層有限公司。
可在新用途中代替EDM的硬切削工艺
近 日 ，ｅ ｏ实 现 了新 突破 该 公 司开 发 了一种 Ｓｃ 能对硬质材 料进行单 点攻 丝 的新工 艺 ， 此前这需要 而 用 Ｅ Ｍ 工艺完 成． 该工 艺可在 几乎所 有外径 位置 和 Ｄ 直径 ２ ５英 寸的内径 中生成螺纹 通过 在淬硬钢制成 ． ．
的轴 承 套 圈 衬 板 （ 度 为 ６ ｃ 硬 ５ Ｒ ）上 采 用 硬 攻 丝 方 法 ，
有复杂外形和几何形状 的部件进行铣削加工大 开方便 钢） ，ｅ ｏ刀具 公司 已觅得通过 采用其经过涂 覆的硬 Ｓｃ 之门 ， 而这 以前是要通过 电火花加工 （ Ｄ Ｅ Ｍ）完成的。 质合金螺纹铣 刀 ， 生成 具有 多种 牙型的优质螺纹 的新
使 Ｄ 需 ～１５小 时 才 虽然对复杂 的外形 来说 ， 电火花是精确 度最高 的一种 方 法 。 例 如 ， 用 Ｅ Ｍ 技 术 时 ， 要 １ ．
新开发的 Ｐ Ｄ涂层 采用 Ｔ（ ｉ Ｖ ｉ ） Ｓ Ｎ等先进材料 ， 改
硬 质材 料 的车 间 发现 ， 们 现在 能 选择 生 产并 予 以 善 了 Ｐ Ｂ 他 Ｃ Ｎ嵌件的性能。而这是在通过使刀 刃在较长 实施 ． ． 时 间内保持锋利 而实现的。涂层通过 降低摩擦系数而
从 如今 ， 切削领域真正令人兴奋 的事情是 硬攻丝 改善耐磨 性 ， 而减少切 削刃产生 的热量。 它们可提 硬
需要 ３ ～４分 钟 。
而且 ， 硬攻丝 不局限于直径较大 的部 件 、对于较 小尺 寸的部件 ， ｅ ｏ首先采 用 Ｊ Ｆ ０ 质合金立铣 Ｓｃ Ｈ １ 硬 ８
刀 ， 用 圆 弧 插 补 过 程 开 孔。 此 后 ， 标 准硬 质 合 金 利 用
螺纹 铣刀生成 １ ～ ４条直径 在 ０ １ ０英寸 以上 的螺 ２ ０ ．５
探析高速切削加工技术在数控机床中的应用
探析高速切削加工技术在数控机床中的应用作者：任群生来源：《数字化用户》2013年第10期【摘要】随着经济的快速发展，科学技术水平的不断提高，先进的工程技术、机械加工技术都得到了广泛的应用。
高速切削加工技术是机械加工技术的重要组成部分，将其引入到数控机床中不仅能够提高数控机床的工作水平和工作效率，而且能够极大限度的节约资源，保护环境。
因此，本文首先阐述高速切削的含义、发展现状以及适用于高速切削的材料种类，然后分析高速切削机床的技术要求，明确高速切削加工中相关部件的选择，最后，对高速切削加工技术在数控机床中的应用性进行展望，从而提高高速切削加工技术的实用性。
【关键词】高速切削数控机床刀柄刀具材料技术要求在机械加工技术中，高速切削是最常用的加工方法之一。
这是因为高速切削具有高效率、高环保性能、高精度的特点，因此，在机械加工中高速切削不仅能够做到省时环保，而且还能够极大地提高产品质量，降低资源损耗。
数控机床作为机械制造的重要工具和加工平台，加强高速切削技术的引入和应用对于提高机械加工效率具有重要的推动作用。
一、高速切削技术的含义、发展现状及适用对象（一）高速切削技术的含义所谓切削是指利用刀具或砂轮等工具对工件上的冗余材料、冗余设计部分进行切除和削减的过程。
高速切削是在传统刀具切削的基础上发展起来的一种新型切削技术，因此高速切削具有传统切削技术的特点和功能，但是高速切削技术在提高生产率、降低生产成本、提高加工精细程度等方面要优于传统的切削技术。
高速切削技术是一项复杂的系统工程，因为高速切削技术涉及的领域大而广，如机床结构的设计技术、数控机床的控制系统以及刀具结构的设计和制造技术等。
因此，要想充分发挥高速切削技术的优势，需要对各领域内的技术指标进行充分的考虑和定位，实现高速切削技术与各个子系统中相关控制指标的结合，从而确保高速切削技术的可靠性。
（二）高速切削技术的发展现状高速切削技术的应用离不开高速运转的机床支撑平台，因此，开发和研制数控机床能够拉动切削技术的发展。
国内外切削刀具涂层技术发展综述
国内外切削刀具涂层技术发展综述引言切削刀具表面涂层技术是近几十年应市场需求发展起来的材料表面改性技术。
采用涂层技术可有效提高切削刀具使用寿命，使刀具获得优良的综合机械性能，从而大幅度提高机械加工效率。
因此，涂层技术与材料、切削加工工艺一起并称为切削刀具制造领域的三大关键技术。
为满足现代机械加工对高效率、高精度、高可靠性的要求，世界各国制造业对涂层技术的发展及其在刀具制造中的应用日益重视。
我国的刀具涂层技术经过多年发展，目前正处于关键时期，即原有技术已不能满足切削加工日益提高的要求，国内各大工具厂的涂层设备也到了必须更新换代的时期。
因此，充分了解国内外刀具涂层技术的现状及发展趋势，瞄准国际涂层技术先进水平，有计划、按步骤地发展刀具涂层技术（尤其是PVD技术），对于提高我国切削刀具制造水平具有重要意义。
2．国外刀具涂层技术的现状及发展趋势刀具涂层技术通常可分为化学气相沉积（CVD）技术和物理气相沉积（PVD）技术两大类，分别评述如下。
2.1 国外CVD技术的发展二十世纪六十年代以来，CVD技术被广泛应用于硬质合金可转位刀具的表面处理。
由于CVD工艺气相沉积所需金属源的制备相对容易，可实现TiN、TiC、TiCN、TiBN、TiB2、Al2O3等单层及多元多层复合涂层的沉积，涂层与基体结合强度较高，薄膜厚度可达7～9μm，因此到八十年代中后期，美国已有85%的硬质合金工具采用了表面涂层处理，其中CVD涂层占到99%；到九十年代中期，CVD 涂层硬质合金刀片在涂层硬质合金刀具中仍占80%以上。
尽管CVD涂层具有很好的耐磨性，但CVD工艺亦有其先天缺陷：一是工艺处理温度高，易造成刀具材料抗弯强度下降；二是薄膜内部呈拉应力状态，易导致刀具使用时产生微裂纹；三是CVD工艺排放的废气、废液会造成较大环境污染，与目前大力提倡的绿色制造观念相抵触，因此自九十年代中期以来，高温CVD 技术的发展和应用受到一定制约。
八十年代末，Krupp.Widia开发的低温化学气相沉积（PCVD）技术达到了实用水平，其工艺处理温度已降至450～650℃，有效抑制了η相的产生，可用于螺纹刀具、铣刀、模具的TiN、TiCN、TiC等涂层，但迄今为止，PCVD工艺在刀具涂层领域的应用并不广泛。
新型陶瓷刀具在不锈钢切削加工中的应用研究
摘 要： 不锈钢在 大 气中和腐蚀介质 中具有较好 的耐蚀 能 力和高温度 强度等优良特性。 陶瓷刀具是现代金属切 削加 工 中的一种新型材料 刀具。陶瓷 刀具 高速切削不锈钢 ， 应该具有 高的冷却性能、 高的润滑性 能和较好 的渗透。
关键词 ： 陶瓷 刀 具 ； 削加 工 ； 削 用量 切 切
ｆｏ ｉｄｕｓｒ ａ ｄ ａｌ ｌｆ ． Ａｓ ｔ ａ ｏ ｏ ， ａ ｏｈｅ ｌｏ ｉｇ ｅｅ ｅ ｔ ，ｈ ｓ ｌｍ ｅ ｔ ｎ ｔ ｎ ｙ ｍ ｐ ｏ ｅ ｈｅ ｏｄ ｎ ｔｙ ｎ ｄ ｉｙ ｉ ｅ ｗｉ ｈ ｌｔ ｆ Ｃｒ Ｎｉ ｎｄ ｔ ｒ ａｌ ｙｎ ｌｍ ｎ ｓ ｔ ｅ ｅ ｅ ｅ ｎｓ ｏ ｏ ｌ ｉ ｒ ｖ ｓ ｔ ｃ ｒｏ ｉｎ ｒ ｓｓａ ｃ ｆｓｅ ｌ ａｓ ｈ ｎ ｅ ｔ ｅ ｉ ｅ ｎ ￣ａｎｚ ｔｏ ｆｔ ｅ ｓｅ ｌａ ｄ ｔ ｈｙ ｉａ ｎｄ ｍｅ ｈ ｎｉａ ｒ ｐ ｒ ｅ ｂｕ ｏ ｒ ｓｏ ｅ ｉｔｎ ｅ ｏ ｔｅ ，ｌｏ ｃ ａ ｇ ｈ ｎｔｒ ａ ｏ ｌ ｉａ ｉｎ ｏ ｈ ｔｅ ｎ ｈｅ ｐ ｓｃ ｌａ ｃ ａ ｃ ｌｐ ｏ ｔ ｓ， ｔ ｅ ｉ ａｓ ａ ｒ ａ ｎ ｕ ｎｃ ｕｔ ｎ ｔ ｎｅ ｓ ｓｅ ｌ ｔ ｉ ｅ ｔｐ ｆｃ ｒｍ ｉ ｕｔｎｇ ｔｏ ｓ ｂ ｐ ｌｃ ｉ ｎ ｔ ｎａｙ ｉ ｆｓ ｉｌ ｓ ｌｏ ｈ ｄ ａ ｇ ｅ ｔｉｆ ｅ ｅ ｃ ｔ ｇ ｓａｉｌｓ ｔ ｅ ，ｈｓ ｎ ｗ ｙ ｅ ｏ ｅａ ｃ ｃ ｔ ｌ ｉ ｉ ｏ ｌ ｙ ａ ｐｉａｔｏ ｏ ａ ｌｓｓ ｏ ｔ ｎ ｅ ｓ ａ ｓｅ ｌｃ ｔ ． ｔｅ ｕｔ ｎｇ ｉ
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切削刀具的发展现状与趋势及对策
现代科 技水平 的提高 ，设 备更新换 代速度也越 来越 快 ， １ ０～１ ５年换 一代 ， 在这样短期 内赚 回设备投资并创造 出利润 ，
就要投资研究和改进刀具 ， 依靠刀具挖潜。 据有关资料表 明： 刀具费用占制造成本 ２ ％ ～ ％ ， ． ４ ４ 但却直 接 影 响 占制造 成本 里 边 ２ ％ 的机床 费 用 和 ３ ％￣Ａ３ 费用 。 ０ ８ ２ 还有一种算法 ： 机床与刀具投入 比为 ９： 到 ７： 。只要 １ ３
削技术 。 为提高我 国的装备制造业水平 ， 实现切削加工 的高速 化， 必须研究及开发与高速切削相适应 的刀具材料 、 刀具结 构
及 刀具监控技术 。 唯有如此 ， 才能让高速切削加工技术 在企业
中得 到 成 功 应 用 。
１ 刀具在 切 削加 工 中的重 要性
在机械加工 中， 金属切削机床和刀具 ， 为切削加工 的基 作
刀具投资到位 ，切 削速度 和进 给速 度每提高 １ ２ ５％ Ｏ％， 可
降低制造成本 １ ～１ ０％ ５％田 。
础工艺装备 ， 刀具被称为机床 的“ 牙齿 ” 孪生兄 弟” 无论是 和“ ， 什么样的金属切削机床 ， 都必须依 靠这个“ 牙齿 ” 才能发挥作 ，
用， 离开这个“ 孪生兄弟 ”则一事无成 。刀具的性能和品质 ， ， 直
高效加工 工艺 （ Ｐ 和高生产率 加工工 艺 （ ｓ ， Ｈ Ｍ） Ｈ Ｍ） 反映 出高 速切削技术 的巨大发展潜力 。
高速切削包括高速软切削、 高速硬 切削 、 高速干切削、 大进 给量切削等 ， 其作为一种新的切削工艺 ， 显示出独特的优越性： 首先 ， 是切削效率成倍提高 ； 其次 ， 高速切削有利 于提高产 品 品质 、 是 降低 制造成本 、 缩短交货周期 ； 此外 ， 高速 切削技术 的基础上 ， 发了干切 削（ 在 开 准干切 削、 微量 润滑切削 ）硬切削 （ 、 以车代磨 、 以铣代磨 ） 等新工艺 ， 不仅提高 了加工效率 ，改变 了传统意 义上 不同切削工艺之间 的界限 ， 而且开创 了切削加工“ 绿色制造” 的新 时代 。 与此同时 ， 根据不 同的加 工要求 ， 出现了高进给速度的 还
中国刀具与切削加工技术的发展现状与趋势
中国⼑具与切削加⼯技术的发展现状与趋势⾦属切削⼑具市场的发展现状与趋势随着机床⼯业的飞速发展, 难加⼯材料⽇益增多。
多功能复合⼑具、智能⼑具、⾼速⾼效⼑具逐渐成为现代制造技术的关键装备。
⼑具材料与⼑具结构⽅⾯也有了新的发展。
从⼯艺、性能、结构等⽅⾯对⼑具与切削加⼯技术的发展现状进⾏分析, 并对发展趋势进⾏展望。
1 ⼑具与切削加⼯技术的发展现状1.1 开创了⾼速切削等新⼯艺, 全⾯提⾼了加⼯效率。
⾼速切削作为⼀种新的切削⼯艺显⽰出独特的优越性。
⾸先, 切削效率有显著的提⾼, 加⼯铝合⾦缸盖的PCD ⾯铣⼑, 铣削速度已达402lm/rain, 进给速度5670mm/min; 精加⼯灰铸铁缸体的CBN ⾯铣⼑, 铣削速度已达2000m/min, ⽐传统的硬质合⾦⾯铣⼑提⾼了10 倍。
其次, ⾼速切削还有利于提⾼产品质量、降低制造成本、缩短交货周期。
此外, 在⾼速切削技术的基础上, 开发了⼲切削(准⼲切削、微量润滑切削)、硬切削(以车代磨、以铣代磨) 等新⼯艺, 不仅提⾼了加⼯效率, 改变了传统不同切削加⼯的界限, ⽽且开创了切削加⼯“绿⾊制造”的新时代。
硬切削技术已成为汽车齿轮内孔精加⼯、淬硬模具加⼯实⽤的⾼效新⼯艺。
1.2 以硬质合⾦材料为主的各种⼑具材料性能使硬质合⾦的性能不断改进, 应⽤⾯扩⼤, 成为切削加⼯主要的⼑具材料, 对推动切削效率的提⾼起到了重要作⽤。
⾸先是细颗粒、超细颗粒硬质合⾦材料的开发, 显著地提⾼了硬质合⾦材料的强度和韧性, ⽤它制造的整体硬合⾦⼑具, 尤其是通⽤的量⼤⾯⼴的中⼩规格的钻头、⽴铣⼑、丝锥等⼑具, ⽤来代替传统的⾼速钢⼑具, 使切削速度和加⼯效率提⾼了数倍, 把量⼤⾯⼴的通⽤⼑具带⼊了⾼速切削的范围, 为切削加⼯全⾯进⼊⾼速切削阶段打下了半壁江⼭。
整体硬质合⾦还在⼀些复杂成形⼑具中得到应⽤。
其次, 硬质合⾦加压烧结等新⼯艺的开发和使⽤,提⾼了硬质合⾦的内在质量; 以及针对不同加⼯的需求开发专⽤牌号的做法, ⼜进⼀步提⾼了硬质合⾦的使⽤性能, 在作为化学涂层硬质合⾦⼑⽚牌号的基体材料时, 开发了具有良好抗塑性变形能⼒和韧性表层的梯度硬质合⾦, 提⾼了涂层硬质合⾦⼑⽚的切削性能和应⽤范围。
金属切削刀具教学课件
06
金属切削刀具的发展趋 势与展望
高性能刀具材料的发展趋势
硬质合金材料
随着加工技术的进步，对刀具的硬度 、耐磨性和耐热性要求更高，硬质合 金材料成为高性能刀具的主要发展方 向。
超硬材料
涂层技术
通过在刀具表面涂覆硬质涂层，提高 刀具表面的硬度和耐磨性，延长刀具 使用寿命。
如金刚石、立方氮化硼等超硬材料在 刀具制造中的应用逐渐增多，能够满 足高硬度、高强度材料的加工需求。
铣削加工中的刀具应用
总结词
铣削加工中，金属切削刀具主要用于切削平面、斜面、沟槽和各种曲面。
详细描述
铣削加工过程中，刀具通过旋转或摆动对工件进行切削，以获得所需的形状和 尺寸。铣削加工中的刀具有平铣刀、立铣刀、键槽铣刀等多种类型，根据不同 的加工需求选择合适的刀具。
钻削加工中的刀具应用
总结词
钻削加工中，金属切削刀具主要用于在工件上钻孔。
。
复合刀具材料
如硬质合金与高速钢的复合刀 具，结合了两种材料的优点，
提高了刀具的综合性能。
03
金属切削刀具的设计与 制造
刀具结构设计
刀具材料选择
根据切削条件和加工要求，选择合适的刀具材料，如高速钢、硬 质合金等。
刀具几何参数
设计合理的刀具前角、后角、主偏角等几何参数，以优化切削性 能。
刀具断屑槽
详细描述
钻削加工过程中，刀具通过旋转对工件进行切削，以在工件上钻出所需的孔。钻削加工中的刀具有麻花钻、中心 钻、深孔钻等多种类型，根据不同的加工需求选择合适的刀具。
其他加工中的刀具应用
总结词
除了车削、铣削和钻削等加工方式外，金属切削刀具还广泛应用于其他加工方式中。
详细描述
例如在刨削加工中，刀具用于对工件进行直线切削；在磨削加工中，刀具用于对工件进行研磨和抛光 ；在齿轮加工中，刀具用于切削齿轮的轮齿等。根据不同的加工需求选择合适的刀具，能够提高加工 效率和工件质量。
金属切削加工技术的创新与发展
金属切削加工技术的创新与发展随着制造业的不断发展，金属切削加工技术在模具、汽车、航空航天等领域的应用越来越广泛，成为了现代制造业中不可或缺的一部分。
然而，随着市场的竞争日益激烈，传统的切削加工技术已经无法满足人们对于产品质量和效率的要求。
因此，金属切削加工技术的创新和发展已成为制造业的重要课题之一。
一、新技术的应用在金属切削加工领域，多种新技术得到了广泛应用，并取得了良好的效果。
其中，数控加工技术可以实现自动化切削，提高生产效率，同时可以保证产品的高质量和高精度。
相比传统切削加工方法，数控加工可以大大减少人工干预，从而提高了加工的稳定性和精度，减少了生产成本和废品率。
在数控加工领域，星型铣削技术和高速加工技术也受到了广泛关注。
星型铣削技术采用多轴铣削，可以在一次加工中完成多个角度的加工，大大缩短了加工时间和降低了废品率。
高速加工技术则采用高速铣削，在保证高精度的同时，大大提高了加工效率和质量，也可以用于加工难以加工的复杂工件。
二、新材料的应用除了新技术，新材料在金属切削加工领域也扮演着重要的角色。
与传统材料相比，新型材料如高强度合金、高温合金和复合材料等具有更好的机械性能和耐磨性，在切削加工中可以更有效地减少刀具的磨损和摩擦。
同时，新型材料的切削加工技术也在不断发展，如激光加工、电火花加工和水刀切割等，这些新技术可以更好地适应不同材料的切削加工需求，并满足高精度、高效率和高可靠性的要求。
三、自适应控制技术的应用自适应控制技术是应用智能化，让加工系统自动调整而得到优良加工效果的关键技术之一，其主要思路是让加工系统适应工件在线测量中所得到的零件真实状态，在加工过程中及时调整刀具加工参数，保证加工精度和稳定性。
自适应控制技术大大提高了加工的稳定性和高效性，使加工过程更加智能化和合理化，可以避免误工和生产废品的产生。
总之，切削加工技术的创新和发展已成为制造业发展的重要方向之一。
在此背景下，各级政府和企业不断推动技术创新和发展，加强各类切削加工技术的应用，通过技术创新提高制造能力和产品质量，实现高质量和高效率的生产。
国外PCBN切削刀具应用技术报告
国外PCBN切削刀具应用技术立方氮化硼(CBN)是纯人工合成材料，是继人造金刚石之后，美国GE公司于1957年首先宣布利用高温超高压装置合成的另一种新型超硬材料。
聚晶立方氮化硼(PCBN)是由CBN微粉与少量结合剂烧结而成的多晶体，PCBN自1973年研制成功以来，经过众多材料专家及刀具专家的努力，PCBN 材料及其刀具已完全进入实用阶段，在工业发达国家PCBN刀具已应用于汽车、重型机械等机械加工行业，据资料介绍1995年全世界PCBN刀具的销售额达1.35亿美元，而我国由于对CBN材料及其应用技术的研究不够，PCBN刀具的年产量仅数百万元人民币，年消耗也仅千万元左右，且绝大部分PCBN刀坯或刀具是从国外进口。
一、PCBN材料的性能1. CBN的主要特性氮化硼有多种同分异构体。
CBN是氮化硼的致密相，具有很高的硬度，其Knoop硬度47000N/mm2,，仅次于金刚石。
同时，CBN具有良好的热导性，其热导率是硬质合金的13倍、铜的3倍。
另外，CBN还具有远优于金刚石的热稳定性和化学稳定性，可耐1300～1500℃的高温，并且与Fe族元素有很大的化学惰性。
可见CBN是制作切削黑色金属的理想刀具材料。
2. PCBN的特性由于受CBN本身特性及其制造技术的限制，生产直接用于切削刀具的大颗粒CBN单晶目前仍很困难。
为此，通过结合剂使CBN烧结而成的PCBN多晶材料得到较快发展，其尺寸大小基本不受限制。
PCBN组织中各微小晶粒呈无序排序，硬度均匀、没有方向性，具有一致的耐磨性和抗冲击性，克服了单晶CBN易解理和各向异性等不足。
PCBN属CBN的聚集体，除具有CBN的特点外，PCBN还与CBN的含量、粒径大小及结合剂的种类等因素有关。
CBN含量主要影响PCBN的硬度和热导率，含量高，PCBN的硬度和热导率就高。
CBN粒径大小是影响PCBN韧性的重要因素，粒径越大，其抗破损性就越弱，用此制作的刀具切削刃锋利性就差。
高速切削加工技术的现状和发展
高速切削技术发展现状一、概述机械加工的发展趋势是高效率、高精度、高柔性和绿色化，切削加工的发展方向是高速切削加工，在发达国家，它正成为切削加工的主流。
50年来，切削技术的极大进步说明了这一点：今天切削速度高达8000m/min，材料切除率达150～1500cm3/min，超硬刀具材料硬度达3000～8000HV，强度达1000Mpa，加工精度从10µm到0.1µm。
干(准)切削日益广泛应用。
随切削速度提高，切削力降低大致为25～30%以上；切削温度增加逐步缓慢；加工表面粗糙度降低1～2级；生产效率提高，生产成本降低。
数控切削加工作为制造技术的主要基础工艺，随着制造技术的发展，在20世纪末也取得了很大的进步，进入了以发展高速切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的发展新阶段。
它是制造业中重要工业部门，如汽车工业、航空航天工业、能源工业、军事工业和新兴的模具工业、电子工业等部门主要的加工技术，也是这些工业部门迅速发展的重要因素。
因此，在制造业发达的美、德、日等国家保持着快速发展的势头。
金属切削刀具作为数控机床必不可少的配套工艺装备，在数控加工技术的带动下，进入了“数控刀具”的发展阶段，显示出“三高一专”(即高效率、高精度、高可靠性和专用化)的特点。
显而易见，在21世纪初，尽管近净成形技术、堆积成形技术是非常有前途的新工艺，但切削加工作为制造技术主要基础工艺的地位不会改变。
从当前制造业发展的趋势中可以看到，制造业发展和人类社会进步对切削加工提出的双重挑战，这也是21世纪初切削加工技术发展的主要趋势。
当前以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削工艺已经显示很多的优点和强大的生命力，成为制造技术提高加工效率和质量、降低成本的主要途径。
因此，发展高速切削等新的切削工艺促进制造技术的发展是现代切削技术面临的新任务。
当代的高速切削不是切削速度的少量提高，是需要在制造技术全面进步和进一步创新的基础上，包括数控机床、刀具材料、涂层、刀具结构等技术的重大进步，才能达到的切削速度和进给速度的成倍提高，才能使制造业整体切削加工效率有显著的提高。
2022年行业报告我国刀具行业市场发展情况及趋势分析
我国刀具行业市场发展情况及趋势分析要实现国内刀具企业的又好又快进展，需打破现有的研发思路，从客户的角度动身，与客户一起成长，从实际需求中开发出自己的产品，而不是仅仅替代国外的刀具。
我们不仅需要有制造刀具的力量，还需要有将刀具应用到实际生产过程中的力量，这样才能真正有扎实的理论和实践基础，才能拥有自己的学问产权。
刀具制作过程中需要模具进行成型工艺，对我国的模具产业大有裨益。
我国五金刀具的高速进展，与强大的市场需求密不行分。
2022年我国国产刀具的生产总量达到了350亿元，出口刀具85亿元，同比增长21.4.按此增速计算，估计2022年刀具消费规模将达到485亿以上。
在消费的刺激下，我国的刀具生产规模正在不断扩大。
在刀具市场的推动下，我国的刀具模具的市场需求必定会得到提升，将会促进国内刀具模具产业更好进展。
刀具行业涵括了基体材质设计、涂层组织结构设计、刀具外观结构设计、专用数字化技术开发等学问领域，任一学科理论、技术的更新换代都会随之带动整个刀具行业技术系统性变化调整。
同样在生产线上，与以上技术关联的任一环节程序的微小缺失或浮动势必影响刀具产品性能指标的稳定性。
就刀具基体材料而言，成分在国内各家公司对应的牌号基本相同，硬度、密度、矫顽磁力等常规性能报告也基本全都，然而实际使用性能的反馈良莠不齐。
要打破这种“形似神不似”的尴尬，亟待对刀具研发进行系统性夯实积累，对各环节相关性探究连接，层层相符、环环相扣，从而指导实际生产，确保产品的稳定性，找到“神形兼备”的关键。
配套服务力量缺失国产刀具无法尽施其“神”高速、高效切削在航空零部件加工中，高速切削正在被大量应用，主要有以下几个缘由：(2)飞机零件的结构简单、精度高，零件的薄壁、细筋结构刚度差，要尽量削减加工中的径向切削力和热变形，只有采纳高速切削加工才能满意这些要求。
(3)难加工材料，如镍基高温合金、钛合金、高强度结构钢被现代航空产品大量采纳，这些材料强度大、硬度高，耐冲击、加工中简单硬化，切削温度高、刀具磨损严峻，属于难加工材料。
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新型切削刀具的发展及应用
柯新民081268025
近年来，随着机械工业、汽车工业、航空航天：厂业、电子工业、能源工程和材料科学的进步，机床工业也逐步向着数控化、精密化、集成化、智能化的方向发展，因此对刀具材料的硬度、抗弯强度、冲击性能、粘结剂和组织等性能也提㈩了愈宋愈高的要求。
面对门益增多的难加工材料，多功能复合刀具、智能刀具、高速高效刀具逐渐成为现代制造技术的关键装备，因而成为时代的新宠，尤其在刀具材料与刀具结构方面有了新的发展。
一，新型刀具材料的发展回顾及展望
刀具材料的发展经历了工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料五个阶段。
1.新型高速钢材料(1)粉末冶金高速钢刀具近几年来，高速钢的最大变革就是发展了粉末冶金高速钢。
通过用高压氮气雾化熔融高速钢水得到细小的高速钢粉末，在真空状态下密闭烧结后，纾过高温高压压制成钢胚，然后锻轧成钢材，这样就避免了熔炼高速钢在铸锭时产生粗大炭化物偏析的问题，得到小于0．002mm的极细晶粒。
粉末冶金高速钢具有良好的力学性能。
例如，牌号为CPMTl5的粉末冶金高速钢，它的强度、韧性分别是相同化学成分的熔炼高速钢的2～2．5倍；高温热硬度比熔炼高速钢提高0．5～1HRC，耐磨性提高20％～30％。
因此，粉末冶金高速钢刀具适用于间断切削、强度高而切削刃又必须锋利、高压动载荷下切削的情况，适于制造大尺寸刀具、精密刀具、复杂刀具。
美国的Crucible公司、日本神户制钢所、日立金属公司、日本OSG公司、NACHI 公司等都能提供近20种粉末冶金高速钢，而我国钢厂所能提供的品种则较少，因此粉末冶金高速钢将为我国的金属加工工业带来新的发展机会。
(2)涂层高速钢刀具传统的涂层高速钢刀具是在高速钢刀具表面上采用物理气相技术(PVD)沉积2～5um厚的氮化钛(TIN)薄层，其硬度可达2000HV，并且具有很高的耐磨性。
近几年还研制山了ZrN、HfN、CrN、TiALN、金刚石碳涂层、复合涂层等新技术，使其不仅提高了刀具的耐用度，而且还能加工高硬度合金及高温合金等难加丁材料。
2.新型陶瓷材料(1)氧化铝系列纯氧化铝陶瓷(含乩20399％以上)由于强度低、抗热震性及断裂韧性较差，一般不广泛使用。
通过利用添加剂和品种等力法诱导等轴状AL203晶粒导向生长所获得的AL203陶瓷具有较好的韧性，使其成为近年来国内外研究的热点。
此外，颗粒增强AL203复合材料、晶须增强AL203复合材料、相变增韧AL203复合材料、ALzO~梯度功能材料等刀具比传统材料刀具在高温韧性、高温强度、热冲击性、寿命等方面有显著提高。
(2)氮化硅系列氮化硅足在氧化铝以后出现的一种刀具材料。
它具有比氧化铝更高的强度和断裂韧性，抗弯强度可达900～1000Mpa，可靠性高，不易产生裂纹，具有稳定的使用寿命。
热压自增韧氮化硅(Si3N4)、氧化锆相变氮化硅(如Al—Zr02(Y203)—Sl3N4烧结体)、纳米颗粒增韧氮化硅(如SiCp-Si3N4)、Slalon 等陶瓷材料都是近几年研究的热点。
其中sl3N4具有较高的断裂韧性和强度，是种适合切削冷硬铸铁和淬硬钢的刀具材料，特别适用于连续加工；A1-ZrO2(Y2O3)-Sl3N4氧化锆相变氮化硅陶瓷是以Zro2(Y2O3)—Si3N4为基体，加入2％的AI当Y2O3的含量的含量为2％～3％(摩尔分数)时，烧结而成的增韧陶瓷材料，其抗压强度、硬度及断裂韧性都较高：S1Cp—Sl3N4凡纳米颗粒增韧氮化硅陶瓷是以Sl3N4为基体，Y2O3、La2O3为烧结剂，采用高压方法制备
而成，比氮化硅单相陶瓷具有更好的力学性能；Slalon是氧化铝和氮化硅的固溶体，抗弯强度叫达1050—1450Hpa，硬度达94HRA，断裂韧性是几种陶瓷刀具中最高的，冲击强度、抗热冲击性能、抗氧化能力、抗蠕变能力、塑性变形能力、耐磨性都较si3N4刀具有明显提高，且化学性能稳定，耐热温度较高，适用于高速切削、强力切削、断续切削等。
此外，硼化物基体金属陶瓷(如TiB2-Fe、TiB2-FeMO-Fe—Ni、TiB2—Fe—Cr-NI)等陶瓷材料以及其它陶瓷—金属复合材料在刀具制造上都有一定的应用。
由于脆性大是陶瓷材料的致命弱点，因此如何进一步提高陶瓷刀具的断裂韧性和抗弯强度是目的研究的热点。
3.金刚石和CBN材料金刚石和CBN都是属于超硬刀具材料，从20世纪60年代起有了很大发展。
超硬材料化学成分及其形成硬度的规律与其它刀具材料不同：立方氮化硼(CBN)是非金属硼化物，晶体结构为面心立方；而金刚石则由碳元素转化而成，其晶体结构与CBN相似，它们的硬度远远高于传统刀具材料。
(1)新型全刚石刀具金刚石目前仍是自然界已发现的材料中最硬的材料，其显微硬度高达1000HV。
人造金刚石包括PCD单晶粉、PCD单晶粒、PCD聚晶复合片、人造CVD等，都是以石墨为原料，加入催化剂，经高温高压烧结而成。
金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性，其耐磨性是硬质合金的10～100倍，热膨胀系数为高速钢的1／10，导热系数为硬质合金的5～9倍，对有色金属及非金属材料高速镗削和精车能获得很高的表面加工质量。
近年来，新型金刚石刀具材料相继出现，如美国Kennametal公司采用CVD工艺，通过用等离子体焰矩法开发的KDl405纯金刚石刀且材料，就具有良好的韧性并可显著改善刀具的耐磨性，适用于加工高耐磨的非铁族材料，如中高含硅量的铝合金、各种材料金属基复合材料(MMC)、碳复合材料、增强型塑料、铜合金材料等。
(2)CBN刀具材抖CBN是继人造金刚石之后出现的一种新型刀具材料，近年来正逐渐齐牛产实践中推广采用。
它也是人工合成的一种超硬刀具材料，包括CBN单晶粉、PCBN聚晶片及聚晶复合片。
CBN材料具有高硬度(仅次于金刚石)、高热稳定性，对铁族元素呈惰性，故适合切削各种淬硬钢(包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、轴承钢、模具钢等)、各种冷硬铸铁和耐磨铸铁、各种铁基、镍基、钴基和其它热喷涂(焊)零件。
此外，氮化碳材料亦是近几年出现的一种新型超硬度刀具材料，其硬度与CBN相近。
二、刀具结构的发展刀具结构是决定切削刀具使用性能的重要因素，只有通过先进的刀具结构才能发挥刀具材料和涂层的优势，因此国内外刀具制造商都十分重视刀具结构的研究和开发。
总的来说，新型刀具结构的发展方向，一是加大刀具的前角以降低切削力，使切削轩快并同时减轻刀具的载荷，提高切削效率；二足通过改变切削图形来降低切削力并加大进给速度：三是通过结构的设计减少铣削巾的震动。
此外，如高山公司的Quattromll平面铣刀也都是通过采用较大的前角以及可靠的装央定位方式以降低切削力和功率消耗；再如Walter公司的Xtra．tec钻头、山特维克公司的CoroDroll880浅孔钻通过多刃切削的互相搭配形成分屑效果，从而使切削轻快减低切削力，提高进给速度：Iscar公司的风火轮铣刀、日立公司的四刃圆角铣刀，包括我国上海工具厂近年来开发的波形刃叶根铣刀等都是通过结构设计上的改进来减小铣削加工中的震动。
总的来说，结构决定刀体和刀片的空间位置安排，既要保证刀具的刚性和容屑空间，义要使尺寸紧凑。
另外，设计与制订“切削图形”的灵活性与多样性、刀具几何角度的合理性与可调性、不同工序刀具的组合性与复合性将是未来刀具结构发展的新方向。