原中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)工具分會(huì)理事長(zhǎng)、技術(shù)委員會(huì)委員、教授級(jí)高工趙炳楨先生

一、切削加工技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)及對(duì)經(jīng)銷(xiāo)商的影響

　　1.切削加工技術(shù)進(jìn)入了“高速高效”的發(fā)展新階段

　　出現(xiàn)了新的切削工藝如高速切削、高效切削、硬切削、干式切削等以及新的加工方法如插銑、高速螺紋銑等；創(chuàng)新開(kāi)發(fā)了很多先進(jìn)刀具和工具系統(tǒng)；切削專(zhuān)業(yè)的內(nèi)涵和行業(yè)的發(fā)展機(jī)制都有重大的進(jìn)展；切削加工效率成倍提高；對(duì)制造業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步發(fā)揮了重要作用。

　　2.刀具產(chǎn)品的創(chuàng)新的速度大加快，刀具的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)全面更新

　　硬質(zhì)合金成為主要刀具材料；超硬刀具性能提高應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大；可轉(zhuǎn)位刀具比例增加；整體硬質(zhì)合金刀具實(shí)用化。

　　3. 涂層技術(shù)快速發(fā)展，涂層刀具比例增加

　　效果顯著--可成倍地提高刀具壽命或切削效率，影響面廣；適應(yīng)性好--可根據(jù)加工對(duì)象和使用要求開(kāi)發(fā)相應(yīng)的牌號(hào)；開(kāi)發(fā)速度快--新牌號(hào)的開(kāi)發(fā)可通過(guò)控制工藝因素實(shí)現(xiàn)；功能多--有耐磨的、耐熱的、潤(rùn)滑的等不同涂層；涂層已成為快速提高刀具切削性能的最有效途徑，被稱(chēng)為提高刀具性能的“興奮劑”，具有很好的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值?！?/p>

　　4.刀具應(yīng)用技術(shù)成為切削加工技術(shù)新的核心技術(shù)

　　刀柄與刀具裝夾技術(shù)；切削加工的數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)；刀具管理技術(shù)；高速旋轉(zhuǎn)刀具的動(dòng)平衡技術(shù)安全技術(shù)；銑刀的走刀路線技術(shù)；（還會(huì)增加新的內(nèi)容）

　　5.刀具行業(yè)成功探索了轉(zhuǎn)型的道路

　　創(chuàng)新了“面向制造業(yè)，面向用戶”的經(jīng)營(yíng)理念；由傳統(tǒng)的刀具制造商銷(xiāo)售商轉(zhuǎn)變?yōu)榍邢骷庸ぜ夹g(shù)的專(zhuān)業(yè)供應(yīng)商和服務(wù)商；成為用戶企業(yè)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品、應(yīng)用新工藝的技術(shù)支撐，必須依靠的技術(shù)力量，形成了緊密的合作關(guān)系；新的經(jīng)營(yíng)機(jī)制推動(dòng)了切削技術(shù)的快速發(fā)展。

　　6.對(duì)刀具經(jīng)銷(xiāo)商的影響與要求

　　要樹(shù)立新的服務(wù)理念，由單純的商業(yè)服務(wù)向切削加工技術(shù)“服務(wù)”轉(zhuǎn)型；要成為刀具企業(yè)與用戶企業(yè)之間溝通的橋梁，服務(wù)的前哨，信息的源泉，長(zhǎng)期的合作伙伴；要構(gòu)筑新的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，由價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)能力的競(jìng)爭(zhēng)；要了解切削加工技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，并不斷提高。

先進(jìn)切削技術(shù)應(yīng)用的實(shí)例

１．開(kāi)發(fā)高速切削（HSC）新工藝

２．在航空工業(yè)的應(yīng)用

３．在汽車(chē)工業(yè)的應(yīng)用

４．在模具工業(yè)的應(yīng)用

５．在高鐵行業(yè)的應(yīng)用

　　二、PCBN刀具的特點(diǎn)及其應(yīng)用領(lǐng)域

　　1. PCBN刀具的特點(diǎn)

　　優(yōu)點(diǎn)：

　　硬度高  耐磨性好；

　　耐熱性好

　　在高溫下：硬度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，抗氧化能力高，適合高速或高效切削；

　　導(dǎo)熱系數(shù)高  有利于切削熱的導(dǎo)出，降低切削溫度；

　　摩擦系數(shù)低  降低切削溫度，減少刀具磨損，提高加工質(zhì)量。

　　缺點(diǎn)：強(qiáng)度低，沖擊韌性差。

　　2. PCBN刀具的應(yīng)用領(lǐng)域

　　根據(jù)其性能的特點(diǎn)，PCBN刀具適合加工淬硬的零件，有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。開(kāi)發(fā)了以車(chē)代磨、以銑代磨（拋）、干式切削新工藝；主要用于精加工、半精加工工序；在加工某些材料上已出現(xiàn)可用于粗加工、斷續(xù)切削的牌號(hào)。近年來(lái)，已在制造業(yè)的眾多工業(yè)部門(mén)得到應(yīng)用，發(fā)揮了獨(dú)特的效果。其主要的應(yīng)用領(lǐng)域有：

　　在汽車(chē)工業(yè)

　　剎車(chē)片、剎車(chē)鼓；發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸體：銑平面、鏜缸孔、閥門(mén)座圈；淬硬齒輪；等速萬(wàn)向節(jié)淬硬滾道的銑削；

　　在模具工業(yè)：淬硬模具的銑削；汽車(chē)覆蓋件大型模具的無(wú)接刀痕精銑

　　重型機(jī)械行業(yè)：高硬鑄鐵軋輥的加工；礦山機(jī)械耐磨零件的加工；大型軸承的加工；大型淬硬齒輪的刮削加工

　　航空航天工業(yè)、能源工業(yè)：難加工材料的加工

　　粉末冶金行業(yè)：燒結(jié)零件的加工

PCBN刀具加工灰鑄鐵剎車(chē)盤(pán)

　　與陶瓷刀具相比，CBN刀具的耐用度更長(zhǎng)、切削速度更高、節(jié)拍時(shí)間更短；陶瓷刀具的切削速度為1200m/min，而CBN刀具為4000m/min，陶瓷刀具的耐用度為150件，而CBN為1500件。

　　PCBN刀具用于發(fā)動(dòng)機(jī)缸體生產(chǎn)線

精鏜發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔

　　硬切削在汽車(chē)工業(yè)中的應(yīng)用

　　PCBN刀具的進(jìn)展

　　第一、性能改善，品種增多，應(yīng)用范圍擴(kuò)大；

富耐克公司FBS超強(qiáng)焊接PCBN刀具系列牌號(hào)

富耐克公司的PCBN刀片

　　第二、PCBN可用于粗加工

加工淬硬高鉻鋼軋輥  Φ760mm L1700mm 56~60HRC整體式CBN刀片，含82vol%CBN/陶瓷，顆粒度15μｍ

加工粉碎機(jī)輥筒Φ1700mm ,淬硬含鎳鑄鐵60HRC 零件表面不規(guī)則有夾砂

　　3.經(jīng)銷(xiāo)PCBN刀具的有利之點(diǎn)與不利之處

　　有利之點(diǎn)：PCBN刀具的市場(chǎng)還有很大的開(kāi)拓空間，基數(shù)較低；隨著制造業(yè)轉(zhuǎn)型和新工藝的推廣，需求會(huì)加大；富耐克的PCBN刀具的性能有突破，應(yīng)用面大。

　　不利之處：多數(shù)用戶對(duì)PCBN刀具認(rèn)知度低，了解少；用戶對(duì)國(guó)產(chǎn)刀具質(zhì)量可信度低；用戶對(duì)刀具價(jià)格高低的評(píng)價(jià)方法不科學(xué)，偏面地認(rèn)為PCBN刀具價(jià)格高會(huì)增加加工成本。

　　措施建議：

　　加大宣傳和推廣的力度，尤其是富耐克刀具的性能，增加對(duì)國(guó)產(chǎn)PCBN刀具的認(rèn)同度；通過(guò)經(jīng)銷(xiāo)工作，提高用戶對(duì)刀具價(jià)格與加工成本的理解；并堅(jiān)持做好用戶的服務(wù)工作。

　　一般認(rèn)為：刀具只占加工成本的4%，因此，可以算出：如果把刀具的采購(gòu)價(jià)格降低30%，能節(jié)約的加工成本約1%；如果采購(gòu)了性能更好的刀具，但在使用時(shí)不提高切削參數(shù)，從而使刀具壽命延長(zhǎng)50%，也只能節(jié)約約1%的零件制造成本。但是如果在購(gòu)買(mǎi)好刀以后，提高切削參數(shù)20%，卻可因加工效率的提高，使工序的加工費(fèi)用降低15%，給企業(yè)帶來(lái)可觀的利潤(rùn)。

　　這個(gè)模型的價(jià)值：改變了刀具用戶的傳統(tǒng)觀念；改變了刀具制造商的經(jīng)營(yíng)理念；山特維克可樂(lè)滿認(rèn)為：提高切削效率20%，美國(guó)每年能節(jié)約150億美元的加工費(fèi)用；如果我國(guó)的切削加工效率能提高20%，每年能為我國(guó)節(jié)約800億人民幣的加工費(fèi)用，這是屬于廣大刀具用戶的財(cái)富。

　　要讓用戶了解用PCBN刀具帶來(lái)的效益

　　PCBN刀具降低加工成本的例子

　　HORN公司開(kāi)發(fā)的加工汽車(chē)等速萬(wàn)向節(jié)內(nèi)球道的PCBN銑刀，用PCBN硬銑工藝代替磨削工藝，每班可加工600~800件球籠，刀具壽命可達(dá)2~3個(gè)班，并顯著降低了加工的成本。

　　三、切削加工技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)

　　1.  切削加工技術(shù)的8個(gè)要素

切削產(chǎn)生的力和熱與刀具的磨損（失效）

切削中的力和熱對(duì)刀具磨損的影響——刀具磨損的主要成因

　　2. 認(rèn)識(shí)工件材料的特性（可加工性）

　　工件材料的特點(diǎn)：

　　1.工件材料是選擇刀具和切削參數(shù)的主要依據(jù)，了解它對(duì)于正確選擇刀具和切削參數(shù)關(guān)系重大；

　　2.工件材料品種繁多，用途不同，性能千差萬(wàn)別，在切削過(guò)程中的表現(xiàn)和產(chǎn)生的影響也大相徑庭，有的很好切，有的卻很難切；

　　3.在切削技術(shù)領(lǐng)域用工件材料的“可加工性”表示材料可切削的難易程度；

　　4.了解影響材料可加工性的因素是掌握切削技術(shù)的關(guān)鍵。

材料可加工性的相對(duì)指數(shù)

　　造成工件材料可加工性千差萬(wàn)別的內(nèi)在原因

　　機(jī)械性能：強(qiáng)度、硬度、加工硬化；物理性能：導(dǎo)熱系數(shù)、楊氏模量；化學(xué)成分：碳、合金元素、易切削元素；金相組織：熱處理后的金相組織；

　　3.  刀具材料

　　各種刀具材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域（一）

　　高速鋼:  分低合金高速鋼、普通高速鋼、高性能高速鋼（HSS-E）、粉末高速鋼（PMHSS）制作鉆頭、立銑刀、絲錐等通用刀具，在低速下使用；制作齒輪刀具、拉刀等精密復(fù)雜刀具的主要材料；高性能高速鋼可用于難加工材料的加工。

　　硬質(zhì)合金：是目前應(yīng)用最廣的刀具材料。分P、K、M、N、S、H六大類(lèi)；每一類(lèi)對(duì)應(yīng)不同的加工材料，有眾多的牌號(hào)。用于制作車(chē)刀、銑刀、鉆頭等可轉(zhuǎn)位刀片；細(xì)顆粒硬質(zhì)合金用于制作高性能整體硬質(zhì)合金刀具。

　　金屬陶瓷：又稱(chēng)碳氮化鈦基硬質(zhì)合金，分TiC基、TiN基、TiCN基金屬陶瓷，還因粘結(jié)劑的不同有各種牌號(hào)和性能。用在精加工、半精加工領(lǐng)域代替硬質(zhì)合金刀具，可采用更高的切削速度。

　　陶        瓷：分Al2O3純陶瓷、混合陶瓷、Si3N4陶瓷。高效加工鑄鐵和淬硬鋼；精加工、半精加工代替硬質(zhì)合金；氮化硅陶瓷加工高溫合金。

　　立方氮化硼：因立方氮化硼濃度和粒度的不同有不同韌性和硬度的牌號(hào)，應(yīng)用于各種不同的場(chǎng)合。加工淬硬鋼；高速加工鑄鐵和高硬鑄鐵；用于硬切削和干切削。

　　聚晶金剛石：加工有色金屬；加工非金屬材料；加工合成材料。

　　刀具材料ISO類(lèi)別及牌號(hào)的選擇：

根據(jù)工件材料類(lèi)別選擇對(duì)應(yīng)的刀具材料類(lèi)別

根據(jù)加工工序類(lèi)型、毛坯狀況、系統(tǒng)剛性在刀具材料類(lèi)別里選擇刀具材料的小類(lèi)及相應(yīng)的槽型

　　4. 刀具涂層提供的改性作用

涂層對(duì)刀具材料的改性作用

涂層的類(lèi)型—物理氣相沉積（PVD）與化學(xué)氣相沉積（CVD）比較

典型的化學(xué)涂層（CVD）

各種物理涂層（PVD）涂層牌號(hào)

　　5.刀具的主要幾何參數(shù)

　　6.切削參數(shù)

　　切削參數(shù)包括：切削速度vc、進(jìn)給量 f 和切削深度(背吃刀量)ap。

　　切削參數(shù)的設(shè)定關(guān)系到：

　　1. 金屬切除率的大小（Q= vc×f×ap）即加工的效率和加工的成本；

　　2. 作用在刀具上載荷（熱和力）的大小即刀具磨損、失效的快慢和原因:

　　 3. 加工質(zhì)量的好壞。

　　歸納：處理刀具問(wèn)題的思路

　　1.確定工件材料的類(lèi)別、狀態(tài)；2.列出材料性能的特點(diǎn)及其對(duì)刀具磨損的影響；3.抓住可加工性的主要因素及刀具失效的主要原因；4.觀察刀具失效的模式，判斷切削熱和力的作用；5.對(duì)策：一方面，從幾何角度、切削參數(shù)來(lái)降低熱和力。另一方面，從刀具材料、涂層、幾何角度來(lái)提高刀具對(duì)熱和力的承載能力。