一、數(shù)控刀具材料新產(chǎn)品科技近況與發(fā)展趨勢

    1、概述：

    近年來，數(shù)控刀具材料基礎(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、Al2O3、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、超硬材料領(lǐng)域：

    金剛石（釬焊聚晶、單晶）各類刀具已迅速應(yīng)用于高硬度、高強度、難加工有色金（合金）及有色金屬-非金屬復(fù)合材料零部件的高速、高效、干（濕）式機械切削加工行業(yè)中。其概況分述如下：

    汽車、摩托車行業(yè)：聚晶、人造單晶金剛石面銑刀、鏜刀、車刀、鉸刀、復(fù)合（組合）孔加工等數(shù)控刀具等正大量應(yīng)用于高強度、高硬度Si－－Al合金零部件自動生產(chǎn)線上；

    竹木地板、傢具行業(yè)：聚晶、CVD厚膜沉積金剛石（復(fù)合片）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、傢具及門窗…等零部件自動生產(chǎn)線上；

    航空、航天、汽車及電子信息技術(shù)行業(yè)：金剛石CVD薄膜涂層數(shù)控刀具（以整體WCo類硬質(zhì)合金刀具為主）多應(yīng)用于銑削、車削、鉆削、鉸削及锪削加工高強度鋁合金（鑄、鍛）、纖維-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、高壽命、干式機加工技術(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；

    精細(xì)（超精）機加工技術(shù)領(lǐng)域：單晶天然、人造金剛石刀具應(yīng)用于各種精密儀器透鏡、反射鏡、計算機磁盤、復(fù)印機（錄像機）磁鼓…等工件的精細(xì)（超精、納米級）車削加工；

    單晶金剛石刀具還被應(yīng)用于眼科角膜手術(shù)精細(xì)切割和印刷制板精細(xì)雕刻…等行業(yè)。

    各廠商正在不斷改進(jìn)金剛石各類刀具的刃磨工藝技術(shù)、刃磨精度及刃磨效率。

    ●表面改性涂層材料主要有：TiN、TiCN、TiALN、ALTiN、Al2O3、CrN、ZrC、MoS2、WS2…等，采用計算機控制PVD、PCVD、CVD涂層工藝技術(shù)，將上述涂層材料用于對立銑刀、鉸刀、鉆頭、復(fù)合（組合）孔加工刀具、齒輪滾刀、插齒刀、剃齒刀、成形拉（推）刀及各種機夾可轉(zhuǎn)位刀片的表面改性涂層處理（基體為高速鋼、WCo類硬質(zhì)合金、Ti基類金屬陶瓷），滿足高速、高壽命切削加工高強度、高硬度鑄鐵（鋼）、鍛鋼、不銹鋼、鈦合金、鎳合金、鎂合金、鋁合金、粉末冶金、竹木…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)對于大幅度提高數(shù)控刀具的切削性能，具有成本低、見效快的特點，該工藝技術(shù)可根據(jù)各種切削加工技術(shù)要求，機動靈活地變換涂層材料，工藝技術(shù)較優(yōu)。各廠商正在不斷提高涂層工藝技術(shù)、改進(jìn)涂層材料及開發(fā)納米級多功能涂層材料，旨在不斷提高涂層結(jié)合牢度、耐磨性、抗沖擊韌性等，盡力擴大應(yīng)用范圍

  ●Ti基類金屬陶瓷（TiCN系）各種機夾可轉(zhuǎn)位車刀、鏜刀、鉸刀、銑刀、復(fù)合（組合）孔加工數(shù)控刀具及整體式立（球頭）銑刀、鉸刀等數(shù)控刀具正在應(yīng)用于高強度、高硬度鑄鐵（鋼）合金、鍛鋼合金、淬火鋼合金、耐熱合金、粉末冶金零部件自動生產(chǎn)線上，以滿足高速、高效、硬質(zhì)、干（濕）式精細(xì)機加工技術(shù)要求。各廠商正采用添加不同的微量元素及燒結(jié)工藝技術(shù)，研發(fā)新型金屬陶瓷材料產(chǎn)品，旨在不斷提高其抗彎強度、抗沖擊韌性、耐磨性。日本的金屬陶瓷刀具已經(jīng)占硬質(zhì)合金刀具總量的30%～40%。世界上，該類刀具應(yīng)用面也呈迅速擴大的趨勢。

    ●立方氮化硼聚晶復(fù)合片銑刀（面銑刀、玉米齒立銑刀、球頭立銑刀）、鏜刀、車刀、鉸刀、復(fù)合（組合）孔加工等數(shù)控刀具（釬焊、機夾可轉(zhuǎn)位兩種結(jié)構(gòu)形式）大量應(yīng)用于高強度、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生產(chǎn)線上，滿足高速、高效、硬質(zhì)、精細(xì)機加工技術(shù)要求。

    ●Al2O3、Si3N4基類陶瓷（晶須增韌類）各種機夾可轉(zhuǎn)位車刀、銑刀等數(shù)控刀具應(yīng)用于高強度、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)、干式機加工技術(shù)要求。目前，各廠商通過對Al2O3、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度、抗沖擊韌性。

    3、W、Co類涂層和細(xì)顆粒（超細(xì)顆粒）硬質(zhì)合金材料領(lǐng)城：

    W、Co類細(xì)（中）顆粒硬質(zhì)合金基體材料為適應(yīng)各種表面改性涂層材料的涂覆工藝技術(shù)要求添加各種微量元素，滿足于各種機加工工藝技術(shù)對可轉(zhuǎn)位刀片切削性能的要求而發(fā)展的；超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金基體材料研發(fā)和應(yīng)用分兩個方面：在電子、信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)用于加工纖維-金屬復(fù)合層板材料工件的微型鉆頭、立銑刀，其基體材料向著高韌性方向發(fā)展，表面涂覆金剛石薄膜，以增加刀具表面硬度和耐磨性；模具行業(yè)、飛機、汽輪機、汽車…等制造行業(yè)，用于切削加工高強度、高硬度鑄鐵（鋼）、鍛鋼、鋁合金（鑄、鍛）、粉末冶金材料工件的整體式立（球頭）銑刀、專用擠壓刀具、鉸刀（Φ30mm＜直徑＞Φ4mm）、鉆頭、復(fù)合（組合）孔加工刀具…等數(shù)控刀具，其基體材料向著高硬度、高韌性方向發(fā)展。一般不涂層，多次重磨使用。

    4、含Co類粉末冶金高速鋼材料領(lǐng)城：

    以改進(jìn)制粉、熱壓工藝、添加微量元素創(chuàng)新的粉末冶金高速鋼（含Co類）材料，制成各種成形拉刀（整體式、組合式）、高速滾刀、剃（插）齒刀、絲錐、波紋刃立銑刀、成形立銑刀及滾（擠、碾壓）壓刀具，大量應(yīng)用于轎車、摩托車、航空發(fā)動機、汽輪機…等制造行業(yè)，加工高強度、高硬度鑄鐵（鋼）合金、合金結(jié)構(gòu)鋼（鍛）、耐熱合金鋼、不銹鋼、整體鋁合金（熱鍛）、高Si－－Al合金材料工件。根據(jù)切削加工技術(shù)不同的要求，其表面分別配涂TiN、TiCN、TiALN、CrN、MoS2、ZrC…等涂層材料，滿足高速、高效、硬質(zhì)精密機加工技術(shù)要求。

    數(shù)控刀具材料是較活躍的材料科技領(lǐng)城，其每一新產(chǎn)品的面市，會使機加工技術(shù)躍上一個新臺階，各廠商歷來十分重視該領(lǐng)城的研發(fā)科技。
    二、數(shù)控刀具新結(jié)構(gòu)、新品種科技發(fā)展近況與趨勢

    1、概述：

    近年來，數(shù)控刀具的科技成果主要體現(xiàn)在研發(fā)一刀多切削功能、提高其刀刃切削性能方面，適應(yīng)高速（超高速）、硬質(zhì)（含耐熱、難加工）、干式、精細(xì)（超精）切削及高效率數(shù)控機加工切削技術(shù)要求。隨著零件毛坯制造技術(shù)進(jìn)步，零件毛坯幾何尺寸及切削余量控制較為精確，數(shù)控刀具新結(jié)構(gòu)、新品種的研發(fā)主要集中在輕、中負(fù)荷切削范圍內(nèi)，并以專用孔加工、拉削、滾（擠、碾壓）壓、銑削及車削等五類刀具的變革較為活躍，配套研發(fā)其相應(yīng)刀片斷屑槽形。

    2、數(shù)控工具系統(tǒng)：

    近幾年國際上出現(xiàn)了以"HSK"工具系統(tǒng)逐步替代各廠商研發(fā)的其它各類工具系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。歐州發(fā)達(dá)國家沿用德國DIN69893-1號HSK工具系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，國際標(biāo)準(zhǔn)化組委會為其制定了ISO／DIS標(biāo)準(zhǔn)。HSK工具系統(tǒng)具有動、靜剛度高、定位（迥轉(zhuǎn)）精度好、充許轉(zhuǎn)速高（≤150000p.r.m）等特點。既便于規(guī)笵工具管理，又總體上節(jié)約了工具費用、降低生產(chǎn)成本。其首先應(yīng)用于加工中心、數(shù)控鏜銑床，逐漸擴大到各類車床（車削中心）、磨床（磨削中心）、數(shù)控專機及數(shù)控加工自動生線上，使用范圍幾乎覆蓋所有刀具領(lǐng)域。

    3、孔加工刀具類：

    在刀具門類中，孔加工刀具是一大家族，其小改小革層出不窮，在此就其主要突出的新結(jié)構(gòu)、新品種簡要分述如下：

    ●數(shù)控鉆頭：

    整體式鉆頭：鉆尖切削刃由對稱直線型改進(jìn)為對稱圓弧型（r＝1／2D），以增長切削刃、提高鉆尖壽命；鉆芯加厚，提高其鉆體剛度，用"S"型橫刃（或螺旋中心刃）替代傳統(tǒng)橫刃，減小軸向鉆削阻力，提高橫刃壽命；采用不同頂角階梯鉆尖及負(fù)倒刃，提高分屑、斷屑、鉆孔性能和孔的加工精度；鑲嵌模塊式硬質(zhì)（超硬）材料齒冠；油孔內(nèi)冷卻及大螺旋升角（≤40°）結(jié)構(gòu)等。最近研制出整體式細(xì)顆粒陶瓷（Si3N4）、Ti基類金屬陶瓷材料鉆頭。

    機夾式鉆頭：鉆尖采用長方異形專用對稱切削刃、鉆削力徑向自成平衡的可轉(zhuǎn)位刀片替代其它幾何形狀、鉆削力徑向總體合成平衡的可轉(zhuǎn)位刀片，以減小鉆削振動，提高鉆尖自定心性能、壽命和孔的加工精度。

    ●復(fù)合（組合）孔加工數(shù)控刀具：

    集合了鉆頭、鉸刀、擴（锪）孔刀及擠壓刀具的新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)，整體式、機夾式、專用復(fù)合（組合）孔加工數(shù)控刀具研發(fā)速度很快�？傮w而言：采用鑲嵌模塊式硬質(zhì)（超硬）材料切削刃（含齒冠）及油孔內(nèi)冷卻、大螺旋槽等結(jié)構(gòu)是其目前發(fā)展趨勢。

    ●數(shù)控鉸刀：

    大螺旋升角（≤45°）切削刃、無刃擠壓鉸削及油孔內(nèi)冷卻的結(jié)構(gòu)是其總體發(fā)展方向，最大鉸削孔徑己達(dá)φ≤400mm。

    ●鏜刀：

    單刃微調(diào)精密鏜刀正被多刃擴（锪）孔刀、鉸刀及復(fù)合（組合）孔加工專用數(shù)控刀具替代。國外研制出采用工具系統(tǒng)內(nèi)部推拉桿軸向運動或高速離心力帶平衡滑塊移動，一次走刀完成鏜削球面（曲面）、斜面及反向走刀切削加工零件背面的數(shù)控智能精密鏜刀，代表了鏜刀發(fā)展方向。

    ●絲錐：
  研發(fā)出大螺旋升角（≤45°）絲錐，其切削錐視被加工零件材料軟、硬狀況，設(shè)計專用刃傾角、前角等。

    ●擴（锪）孔刀：

    多刃、配置各種數(shù)控工具柄及模塊式可調(diào)微型刀夾的結(jié)構(gòu)形式是目前擴（锪）孔刀具發(fā)展方向。

    4、數(shù)控銑刀類：

    整體式立銑刀：硬質(zhì)合金立銑刀側(cè)刃采用大螺旋升角（≤62°）結(jié)構(gòu)，立銑刀頭部的過中心端刃往往呈弧線（或螺旋中心刃）形、負(fù)刃傾角，增加切削刃長度，提高了切削平穩(wěn)性、工件表精度及刀具壽命。適應(yīng)數(shù)控高速、平穩(wěn)三維空間銑削加工技術(shù)的要求。

    機夾式立銑刀：由各類機夾立銑刀的由可轉(zhuǎn)位刀片（往往設(shè)有三維斷屑槽形）組合而成的側(cè)齒、端齒與過中心刃端齒（均為短切削刃），可滿足數(shù)控高速、平穩(wěn)三維空間銑削加工技術(shù)要求。

    數(shù)控銑刀均已采計算機輔助設(shè)計、切削摸擬仿真及數(shù)控加工技術(shù)成形制造。

    機夾式數(shù)控面銑刀：刀體趨向于用輕質(zhì)高強度鋁、鎂合金制造，切削刃采用大前角、負(fù)刃傾角，可轉(zhuǎn)位刀片（幾何形狀多種）帶有三維斷屑槽形。

    數(shù)控銑刀、專用復(fù)合孔加工刀具均應(yīng)用了高速迴轉(zhuǎn)體動平衡及安全夾固技術(shù)，一些高速迴轉(zhuǎn)刀體上還應(yīng)用空氣動力學(xué)原理，利用旋風(fēng)冷切削刃，在干式切削加工時降低切削刃的溫度，提高刀具壽命。

    5、車刀、

    切槽、切斷類型車刀發(fā)展了集車端面、外園、仿形、切槽、切斷、倒角加工的一刀多功能車削刀具，刀片夾緊方式采用鑲嵌式彈性刀體、切削力自位固定的結(jié)構(gòu)，十分適用和新穎。

    6、拉削刀具類：

    在現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)的支持下，研發(fā)出各種專用外輪廓精密成形、組合拉刀及車-拉組合成形拉削刀具，配以專用數(shù)控機床。使汽車部分工件批產(chǎn)效率成幾十倍提高，而且產(chǎn)品質(zhì)量、精度十分穩(wěn)定。

    7、其它刀具：

    汽車、摩托車專用的小模數(shù)漸開線外齒輪、花鍵軸零部件批產(chǎn)工藝采用滾壓、搓擠無屑加工工藝技術(shù)，研發(fā)出專用刀具及特種數(shù)控機床，使特定的工件批產(chǎn)效率提高幾十倍，而且質(zhì)量、精度十分穩(wěn)定。