一、前言
　　1．制造業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)
　　美國制造業(yè)協(xié)會（AMT）2000年發(fā)表的報告指出，制造業(yè)是推動美國20世紀90年代經(jīng)濟增長的第一大動力。1992～1997年美國國內(nèi)生產(chǎn)總值增長的29%來自制造業(yè)，同期美國制造業(yè)的年增長率為5.2%，高于經(jīng)濟的平均增長率3.1%。據(jù)統(tǒng)計，1992～1998年美國經(jīng)濟增長的24%歸功于出口增長,其中制造業(yè)占整個出口的62%。制造業(yè)也是推動美國技術進步的主要力量，美國全部研究與開發(fā)投資的57%來自制造業(yè)。制造業(yè)也是我國經(jīng)濟高速增長的發(fā)動機。我國制造業(yè)的增長率高出國民生產(chǎn)總值增長率約3～8個百分點。2001年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，中國制造業(yè)增加值為37613.1億元，占國民生產(chǎn)總值39.21%，占工業(yè)生產(chǎn)總值77.61%；上交稅金4398.17億元，占國家稅收總額的30%和財政收入的27%；制造業(yè)出口創(chuàng)匯2398億美元，占全國外貿(mào)出口總額的90%?？墒俏覈圃鞓I(yè)的勞動生產(chǎn)率只相當于美國的1/23、日本的1/25和德國和1/18，與發(fā)達國家存在著巨大差距。
　　2.刀具是制造業(yè)發(fā)展的重要基礎
　　美、德、日等制造業(yè)發(fā)達的國家無一例外都是刀具工業(yè)先進的國家。先進刀具不但是推動制造技術發(fā)展進步的重要動力，還是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低加工成本的重要手段。刀具與機床一直是互相制約又相互促進的。今天先進的數(shù)控機床已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)的主要裝備，它與同步發(fā)展起來的先進刀具一起共同推動了加工技術的進步，使制造技術進入了數(shù)控加工的新時代。轎車發(fā)動機曲軸加工的進步是一個很好的例證：曲軸的加工方式在20世紀60年代為車削，70年代為銑削。前幾年我們還說曲軸車—拉刀的發(fā)明使切削效率成倍提高并帶來加工設備和加工方式的革命性變化，現(xiàn)在又出現(xiàn)了效率更高的曲軸高速銑刀。又如超硬刀具、陶瓷刀具和涂層刀具是和大功率、高剛性、高轉(zhuǎn)速、大進給量的機床相伴產(chǎn)生的。除了轎車工業(yè)以外，先進的切削技術和刀具也是制造業(yè)中航空航天、能源交通、模具、電子等部門迅速發(fā)展的重要基礎。
　　3.制造業(yè)的發(fā)展為刀具行業(yè)帶來了空前的機遇和挑戰(zhàn)近年來我國以轎車為代表的汽車工業(yè)取得了高速的增長。今年我國汽車和轎車的產(chǎn)量預計將分別達到400萬輛和150萬輛，中國已成為世界第五大汽車生產(chǎn)國。世界上汽車大國都是刀具大國，權威機構預測，到2010年中國將成為僅次于美國的世界第二大汽車生產(chǎn)國，隨之而來的必然是對先進切削技術及刀具更大的需求。轎車工業(yè)的發(fā)展帶動了我國制造業(yè)的發(fā)展和制造技術的進步，也給機床和刀具行業(yè)帶來了空前的發(fā)展機遇。1999年以來我國機床消費以每年27.6％的速度增長，2002年中國已超過德國和美國成為世界最大的機床消費國。可以預料，一個先進刀具需求和消費的高潮將很快到來。
　　二、世界切削技術取得了重大進展
　　從世界范圍看，隨著制造業(yè)和制造技術的發(fā)展刀具和切削加工技術取得了重大進展。近20年來，數(shù)控機床、數(shù)控系統(tǒng)、刀具材料、涂層都有很大發(fā)展，達到了新的水平，加上刀具結構的不斷創(chuàng)新使切削加工進入了高速切削的新階段，其主要技術特征是切削速度有5～10倍的提高?，F(xiàn)階段工業(yè)生產(chǎn)中高速切削的實例見表1。
　　表1.現(xiàn)階段高速切削實例
　　銑削：CBN銑削灰鑄鐵－1000～2000m/min；PCD銑削鋁合金－3000～4000m/min
　　車削：氮化硅陶瓷車削灰鑄鐵－500～700m/min；CBN車削淬火鋼(60HRC)－100～200m/min；CBN車削灰鑄鐵剎車盤－700～1000m/min
　　鉆削：整體硬質(zhì)合金鉆頭鉆灰鑄鐵－100m/min
　　攻絲：鈷高速鋼絲錐加工可鍛鑄鐵(M14×1.5)－61m/min
　　滾齒：硬質(zhì)合金滾刀加工16MnCr5－350m/min；金屬陶瓷滾刀加工16MnCr5－600m/min
　　高速切削的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在以下方面：生產(chǎn)效率比10年前提高50%～100%以上；切削力小，提高了產(chǎn)品質(zhì)量；降低了制造成本（因效率提高，加工單個零件的人工成本、機床費用大幅下降）；開發(fā)了干切削、硬切削等新工藝等。
　　下面就刀具材料、涂層和切削技術的發(fā)展及其對切削加工的影響作一簡要介紹。
　　1．刀具材料
　　刀具材料的發(fā)展從高速鋼→硬質(zhì)合金→陶瓷→超硬材料，高性能材料不斷取代低性能材料，切削速度和加工效率不斷提高。表2是1998年和預測2005年刀具材料構成情況。
　　表2.1998年和2005年刀具材料構成情況的比較
　　刀具材料－1998年－2005年
　　未涂層硬質(zhì)合金－25%－17%
　　CVD涂層硬質(zhì)合金－43%－38%
　　PVD涂層硬質(zhì)合金－10%－15%
　　氧化鋁陶瓷－4%－4%
　　氮化硅陶瓷－4%－4%
　　金屬陶瓷－10%－11%
　　CBN－2%－5%
　　金剛石－3%－5%
　　金剛石涂層－0.2%－1%
　?。ㄕf明：1998年各部分比例合計大于1，原資料如此。）
　　(1)硬質(zhì)合金是目前使用最多的刀具材料。為實現(xiàn)加工過程的優(yōu)化，國內(nèi)外都針對不同加工方式和被加工材料開發(fā)了系列硬質(zhì)合金新牌號。各種涂層硬質(zhì)合金刀具的應用范圍覆蓋了切削加工的大多數(shù)領域，可滿足鋼、鑄鐵、有色金屬、不銹鋼等各種材料的高速切削、干式切削和硬切削加工的要求。
　　細顆粒和超細顆粒硬質(zhì)合金（以下統(tǒng)稱細顆粒硬質(zhì)合金）的出現(xiàn)是近年硬質(zhì)合金的技術發(fā)展上的一個重大突破。由于細顆粒硬質(zhì)合金的性能比普通硬質(zhì)合金有顯著的改善，使刀具的切削速度又有大的提高。此外用細顆粒硬質(zhì)合金制造的中小規(guī)格鉆頭、絲錐和立銑刀帶動了量大面廣的通用刀具進入高速切削領域。上海大眾先后引進的兩條發(fā)動機生產(chǎn)線上的孔加工刀具從高速鋼進步到硬質(zhì)合金，從而大大提高了加工效率就是一個很好的例子。
　　(2)陶瓷刀具主要應用于耐磨材料、淬硬材料和難加工材料等的車、銑粗精加工。陶瓷材料的耐磨性高于硬質(zhì)合金但比較脆。從氧化鋁（Al2O3）陶瓷到混合陶瓷和氮化硅基陶瓷，一直在致力于改善陶瓷材料自身的韌性，也采取如滲入粘結材料或TiC晶須之類的措施增強韌性?，F(xiàn)在有的陶瓷材料的性能已進入硬質(zhì)合金強度和韌性的范圍，應用領域也有所擴大。
　　(3)超硬刀具中，PCD已成為高效加工鋁合金、非金屬材料、合成材料的主要刀具材料，而CBN則在硬切削、干切削、鑄鐵的精加工等領域得到更廣泛的應用。過去因脆性大性能不穩(wěn)定而限制超硬刀具應用的瓶頸現(xiàn)已突破：汽車生產(chǎn)線上CBN刀具加工生鐵缸孔的速度已達到2000m/min，PCD刀具銑削鋁合金缸體的速度達到4000m/min；而航空航天部門銑削鋁合金的速度已達到7000m/min。
　?。?）高性能高速鋼在刀具材料中仍占有重要的一席之地。當前普通高速鋼用量不斷萎縮，而高性能的含鈷高速鋼和粉末冶金高速鋼的用量在增加。以M42和ASP30為代表的鈷高速鋼最高淬火硬度達70HRC，而且高速鋼具有強度高、刃口鋒利、抗沖擊、耐熱振性好的獨特優(yōu)勢。切削中消耗能量少，切削溫度低，無加工硬化，工件表面質(zhì)量好，在通用刀具、復雜刀具、難加工材料刀具上使用提高了切削速度和加工效率。
　　2．涂層技術
　　涂層技術的發(fā)展可以用三句話來概括：一是化學涂層目前仍是刀具涂層的主力；二是物理涂層取得了令人囑目的進展；三是涂層對刀具性能的貢獻在不斷上升。
　?。?）化學涂層（CVD）目前仍是硬質(zhì)合金刀具涂層的主要方式。其優(yōu)點一是與刀具基體的結合強度高；二是可以很容易實現(xiàn)復合涂層，即根據(jù)不同加工方式和切削不同材料的需要，把抗高溫氧化（Al2O3）、抗磨損（TiC、TiCN、TiBN等）和降低磨擦系數(shù)（TiN）的涂層復合起來，達到最佳的切削效果?；瘜W涂層的不足是工藝處理溫度過高（1000℃），降低了刀具基體材料的抗彎強度，涂層薄膜內(nèi)部呈拉應力狀態(tài)使用中易導致微裂紋的產(chǎn)生。涂層過程所排放的廢氣、廢液對環(huán)境有較大污染也制約了其發(fā)展。
　　20世紀90年代中期國外出現(xiàn)了中溫化學氣相沉積（MT-CVD）技術，它是以乙腈（CH3CN）為主要反應氣體，在700～900℃下與TiCl4、H2、N2產(chǎn)生化學反應生成TiCN的一種新方法。所生成的致密纖維狀結晶形態(tài)的涂層結構具有極高的耐磨損性、抗熱震性及韌性。還可以在一次裝爐中再通過常規(guī)CVD（高溫化學氣相沉積）在表層沉積上Al2O3、TiN等抗高溫、氧化性能好、與被加工材料親和力小、自潤滑性能好的材料。這種復合涂層刀具在高速、高溫、大負荷、干式切削條件下使用，其壽命可比普通涂層刀片提高1倍左右。不過乙腈（CH3CN）是一種劇毒物質(zhì)，生產(chǎn)中必須有嚴格的環(huán)保措施。
　　化學涂層通過Al2O3與TiCN的復合、基體及其表層性能的改進使刀具獲得優(yōu)良的綜合性能。CVD和MT-CVD主要用在硬質(zhì)合金車、銑削類刀具上，適用于中型、重型、高速切削的粗加工及半精加工，特別在干式切削中占有很重要的地位。
　?。?）PVD涂層技術取得重大進展，品種增多，基本解決了多弧工藝的“液滴”問題，開發(fā)了納米涂層，涂層的性能顯著提高。物理涂層（PVD）因其處理溫度低（可控制在500℃以下）最初只用于高速鋼刀具的涂層，現(xiàn)在物理涂層已在硬質(zhì)合金刀具上全面應用。PVD新型涂層牌號見表3。
　　表3.物理涂層新牌號
　　涂層－顏色－硬度(GPa)－厚度(μm)－摩擦系數(shù)－最高使用溫度（℃）－說明
　　TiAIN單層－紫黑－35－1～4－0.5－800－通用高性能涂層
　　TiAIN多層－紫黑－28－1～4－0.6－700－適用于斷續(xù)切削
　　TiCN-MP－紅-銅－32－1～4－0.2－400－高韌性通用涂層
　　MOVIC－綠-灰－/－0.5～1.5－0.15－400－MoS2基涂層
　　CrN－銀亮－18－1～4－0.3－700－適用于加工銅、鈦
　　TiAlCN－紅-紫－28－1～4－0.25－500－高性能通用涂層
　　CBC(DLC)－灰－20－0.5～4－0.15－400－潤滑涂層
　　CRADVIC－灰－28－1.5～6－0.15－400－TiAlCN+CBC
　　AlTiN－黑－38－1～4－0.7－800－屬高性能涂層
　　ΜAlTiN－黑－38－1～2－0.3－800－涂層表面質(zhì)量好
　　AlTiN/SiN－紫蘭－45－1～4－0.45－1100－納米結構
　　在諸多物理涂層牌號中，TiAlN涂層占有重要地位。TiAlN在切削高溫下分解生成的Al2O3，具有耐高溫抗氧化的作用，能承受800℃的高溫，擴大了物理涂層刀具的使用范圍。復合涂層是物理涂層的重要發(fā)展方向：多層涂層結構可以防止裂紋擴散，使用復合涂層能獲得良好的綜合性能。例如，納米結構的AlTiN/SiN薄膜涂層不僅結合強度高、硬度接近CBN、抗氧化性能好，而且可有效地控制精密刀具刃口形狀及精度，可用于高精度加工。
　　與CVD工藝相比，PVD工藝處理溫度低，在600℃以下對刀具材料的抗彎強度沒有影響，薄膜內(nèi)部為壓應力，更適合于硬質(zhì)合金精密復雜類刀具的涂層；PVD工藝對環(huán)境沒有不利影響，符合目前綠色加工的發(fā)展方向。近兩年國內(nèi)工具行業(yè)所引進的都是物理涂層工藝和設備。國內(nèi)武漢大學武大弘毅新材料有限公司開發(fā)出納米氮化碳（CNx）超硬涂層工藝，已被國家列為重點產(chǎn)業(yè)化示范工程項目。
　　國外有人把超硬涂層、高韌性超硬材料和高韌性陶瓷稱做切削刀具的未來。突破CBN和CNx(氮化碳)涂層技術；開發(fā)納米結構的涂層和新型復合涂層將對切削刀具的發(fā)展做出更大的貢獻。
　　3．刀具結構的創(chuàng)新
　　以提高加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本為目的而開發(fā)新的加工工藝、開發(fā)新的刀具結構，稱之為刀具結構的創(chuàng)新。下面以幾個例子來說明。
　?。?）插銑刀：變徑向進給為垂直進給（插銑），使切削力主要沿著主軸方向（剛性最好的方向），用于切除大的余量，提高生產(chǎn)效率；
　?。?）大進給銑刀：這是一種小切深大進給的高效刀具，每齒進給量達3.5mm；
　　（3）多功能車刀片：減少車削加工中換刀時間，提高加工效率；
　　（4）不等分齒硬質(zhì)合金立銑刀：減少銑削過程中的振動，提高加工效率和加工質(zhì)量，延長刀具壽命。
　?。?）多功能銑刀：一把刀可以做縱向、橫向、斜向和螺旋進給。減少換刀時間，提高銑削加工效率；
　?。?）立銑刀、鉆頭、絲錐等通用刀具，隨著五軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床的普及，突破了標準刀具的束縛，可以根據(jù)被加工材料和改善加工條件的需要創(chuàng)新通用刀具的結構，達到最佳的加工效果。
　　從以上例子可看出通過刀具結構的創(chuàng)新往往在不增大刀具成本的前提下達到提高生產(chǎn)效率、提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低加工成本的效果。
　　三、切削工作者的歷史責任
　　中國現(xiàn)在是一個制造大國、一個刀具使用大國，但還遠遠不是一個制造強國和刀具強國。國內(nèi)制造業(yè)的快速發(fā)展以及切削技術的重大進步為我國切削刀具的發(fā)展提供了空前的機遇。抓住機遇在未來的5～10年間進一步提高我國切削刀具的研發(fā)和應用水平，是包括刀具技術研究、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)制造和使用部門在內(nèi)的廣大切削工作者的歷史重任。
　　1.大力推廣先進刀具，促進產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整
　　在機械加工中刀具費用雖只占很小的比例，但刀具技術的進步對加工成本的降低和產(chǎn)品質(zhì)量的提高常常能起到事半功倍的作用。以轎車生產(chǎn)為例，刀具的消耗只占其制造成本的3%，但是卻影響到整個制造成本的25%或更多。其原因是先進刀具的使用提高了生產(chǎn)效率，減少了分攤在每個零件上的人工、設備、管理、輔料等的消耗，降低了總的制造成本和提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
　　先進刀具的推廣需要生產(chǎn)商和用戶兩個積極性。一些成功的刀具生產(chǎn)企業(yè)開展成功案例分析，結合用戶的實際把使用高效先進刀具后增加刀具費用、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、解決生產(chǎn)瓶頸等算一本細賬。用戶在使用先進刀具后得到實實在在的好處。在生產(chǎn)商和用戶雙贏的基礎上推廣先進刀具。
　　越來越多的制造業(yè)的用戶從推廣先進刀具中得到實惠以至于更多地使用先進刀具，必定形成一個巨大的市場導向作用，推動我國工具行業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構的升級。工具行業(yè)的一些大型企業(yè)圍繞數(shù)控刀具正在進行新一輪的大規(guī)模技術改造，一批民營企業(yè)已經(jīng)在數(shù)控刀具上樹立了自己的品牌，還有的通過控股的方式進入了復雜刀具領域。他們都是先進刀具市場的先知先覺和先行者。
　　2.重視人才培養(yǎng)提高行業(yè)技術創(chuàng)新能力
　　行業(yè)的興盛要靠不斷的技術創(chuàng)新，而人才則是技術創(chuàng)新的根本動力。這些年工具行業(yè)引進了不少先進的硬質(zhì)合金生產(chǎn)設備和涂層設備，還引進了各種加工中心和數(shù)控工具磨床，但是國內(nèi)的轎車生產(chǎn)線和數(shù)控加工中使用的多數(shù)還是洋品牌的刀具。不是說用洋刀具不對，都加入WTO了，為了提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量誰的刀具好就用誰的。問題是同樣的裝備為什么做不出同樣水平的產(chǎn)品?？上雴栴}出在“軟件”上，差距差在創(chuàng)新能力上，而創(chuàng)新的關鍵要有人才。
　　現(xiàn)在高校機制專業(yè)教學大綱中把切削原理、刀具、機械零件、公差等歸并到機械設計一門課中，極大地弱化了在機械加工中占重要地位的切削技術的基礎教學。加上多年培養(yǎng)的刀具人才大量流失，不少人到效益好的企業(yè)去從事銷售工作，國內(nèi)切削技術和刀具的技術研究開發(fā)后繼乏人。要把我國從刀具使用大國變成刀具大國、刀具強國，就必須加快人才培養(yǎng)和提高行業(yè)的技術創(chuàng)新能力。否則我國先進刀具的推廣將會成為無源之水、無本之木。以上現(xiàn)象已經(jīng)開始引起重視，一些有戰(zhàn)略目光的企業(yè)已開始行動：有的設立了博士后流動站，采取措施留住和吸引人才；還有的正委托中國刀協(xié)組織國內(nèi)高校和企業(yè)的教授專家為員工開展培訓。中國刀協(xié)將責無旁貸地和全行業(yè)一起做好這方面的培訓工作，除舉辦各類先進刀具研討、講學和為企業(yè)開展人才繼續(xù)教育外，還要和大家一起呼吁高校機制專業(yè)中要重視切削理論及刀具知識的教學，也要呼吁刀具制造和應用企業(yè)加強刀具專業(yè)人才的培養(yǎng)。
　　行業(yè)的技術創(chuàng)新要靠我們?nèi)w切削工作者的共同努力。刀具行業(yè)的國有企業(yè)、外資企業(yè)和民營企業(yè)有不同的企業(yè)文化背景，有各自的優(yōu)勢和不足。大家既是市場上的競爭對手又是合作伙伴。有個外資企業(yè)提出要與用戶和競爭對手建立共贏的合作關系，表明他們既注重競爭更重視合作，并且深知只有共贏才能長期繁榮。一段時間我國工業(yè)行業(yè)通過技術引進擁有了許多先進技術和裝備，近些年國外知名工具公司在國內(nèi)建廠，帶來了更多的先進刀具產(chǎn)品也帶來先進的經(jīng)營理念。但是“拿來主義”不適用于技術創(chuàng)新。況且外資企業(yè)的核心技術開發(fā)部門并沒有進入我國。我們要痛下決心，在引進和自主開發(fā)的基礎上搞好技術創(chuàng)新工作。希望經(jīng)過全行業(yè)3～5年的努力，培養(yǎng)和吸引一批人才，在刀具材料、涂層和刀具結構上取得一批有自主知識產(chǎn)權的成果，使本土的工具企業(yè)真正具有強大的技術創(chuàng)新能力。
　　3.產(chǎn)學研用同心協(xié)力,提高我國金屬切削刀具水平
　　當前國內(nèi)刀具行業(yè)技術和市場競爭格局已現(xiàn)雛形。跨國刀具公司加大在中國的投資和營銷力度，既帶來先進的產(chǎn)品和技術也引發(fā)了高檔刀具市場空前激烈的競爭。工具行業(yè)國有重點骨干企業(yè)為迎接市場競爭正進行新一輪的技術改造，如上海工具廠有限公司投資1.2億的數(shù)控和超硬刀具項目，株洲硬質(zhì)合金廠興建的鉆石工業(yè)園等。一批民營刀具企業(yè)已經(jīng)崛起，創(chuàng)立了自己數(shù)控刀具的品牌。星羅棋布的中、小刀具企業(yè)都有各自的市場定位，找到了自己的生存空間。開放的市場，競爭的動力，互補的優(yōu)勢，合作的意愿，必將加快我國切削刀具的發(fā)展。
　　提高我國的切削技術水平，繁榮我國的刀具產(chǎn)業(yè)，要依靠我國境內(nèi)從事切削刀具科研、生產(chǎn)、教學、推廣、應用、管理或銷售的企事業(yè)單位和個人的共同努力。中國刀協(xié)愿搭建國內(nèi)切削刀具產(chǎn)、學、研、用互相依托、長期合作、共同繁榮的舞臺。我們的教育和科研機構要以開放的姿態(tài)積極參與行業(yè)的技術創(chuàng)新活動，為行業(yè)培養(yǎng)人才，更要幫助企業(yè)提高技術創(chuàng)新能力；刀具行業(yè)的國有企業(yè)、外資企業(yè)和民營企業(yè)在競爭中要更注重合作，在提供先進產(chǎn)品的同時也提供先進的技術；應用單位要采用先進的切削技術和大力推廣先進刀具，提高切削水平。
　　在十六大振興加工制造業(yè)的方針指導下，我國制造業(yè)將持續(xù)快速發(fā)展。提高我國金屬切削水平是我國境內(nèi)從事刀具科研教學、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)制造、推廣應用的單位和個人的共同責任。中國刀協(xié)是“國內(nèi)從事切削刀具科研、生產(chǎn)、教學、推廣、應用、管理和銷售的企事業(yè)單位和個人組成的行業(yè)學術團體”，聯(lián)系著包括企業(yè)、高校、科研院所、地區(qū)刀協(xié)和媒體在內(nèi)的廣大會員單位，專業(yè)范圍涵蓋切削技術、刀具材料、涂層技術等方面。中國刀協(xié)將努力搭建切削領域產(chǎn)、學、研、用之間的橋梁，組織廣大會員從研究—開發(fā)—生產(chǎn)—應用的全過程為國家重點產(chǎn)業(yè)服務。讓我們共同努力為提高我國的切削技術水平，建設制造強國而不懈努力！