三、充分认识刀具在切削加工中的重要性

　　1、在机械加工中，金属切削机床和刀具作为切削加工的基础工艺装备，刀具被称为机床的“牙齿”和“孪生兄弟”，无论是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。刀具性能和质量直接影响到数百万台机床生产效率的高低和加工质量的好坏，直接影响到整个机械制造工业的生产技术水平和经济效益。所以说：“企业的红利在刀刃上”，这是国外企业家的切身体会。古人云：“工欲善其事，必先利其器”，现代人说：“磨刀不误砍柴功”，“把劲使在刀刃上”，这些都是我国劳动人民在长期的生产实践活动中的经验总结。

　　2、现实生产说明“刀具虽小、潜力无穷”。如粗加工一根20万千瓦发电机转子轴，净重30吨，锻件毛坯60－70吨，废切屑占了毛重50％以上，如果没有一把高效刀具是不行的。又如精加工一个重型精密大齿轮，没有一把80万元的高性能高精度的滚刀也是不行的。国际上一位切削与机床方面的权威他对切削刀具的作用作了如下论说：“改进刀具对降低切削成本比其它任何单一过程的改变更具有潜力。合理地选择和应用现代切削刀具是降低生产成本，获得主要经济效益的关键。”又一位美国专家n.兹拉丁说：“一台价值25万元美元的nc机床，其效率的发挥在很大程度上取决于一把价值30美元立铣刀的性能”。所以常听西方企业家说：“刀刃下生利”。

　　3、现代科技水平的提高，设备更新换代速度越来越加快，10至15年换一代，在这样短期内赚回设备投资并创造出利润，就要投资研究改进依靠刀具挖潜。据有关资料表明：刀具费用占制造成本2.4－4％，但它却直接影响占制造成本里边20％的机床费用和38％的人工费用。还有一种算法：机床与刀具投入比为9∶1到7∶3。只要刀具投资到位，切削速度和进给速度每提高15-20％可降低制造成本10-15％。所以买机床的同时，一定考虑配置好的刀具，才能高效运转。还有，要做到三个耐用度（即最大生产率，最低成本和最大利润率）要知道会把握，真正把钱花在刀刃上，生产上才能解渴。问题是人们的观念跟不上，认为机床是固定资产、刀具是消耗品。造成“驴不死，不下磨”，“舍得花钱买先进设备低效率运转，舍不得花钱买先进刀具高效挖潜”的怪现象。这是阻碍生产力发展的“绊脚石”和“拦路虎”。

　　4、我国数控机床使用率低的原因：国外数控机床在两班制工作下开动率达到60－70％，但国内许多用户往往只能达到20－30％，其原因：①用户盲目选购数控机床，致使“货不对路”；②数控机床有关技术人员综合素质低；③编程效率低；④维修时间长、维修工作跟不上；⑤数控机床的工作环境差距（电压波动大、环境温度、湿度变化及强电磁干扰等）；⑥数控机床管理水平低，生产技术准备工作滞后；⑦特别强调指出的是机床与刀具技术含量不匹配，“先进的机床、落后的刀具”，不懂得“门当户对”，“好马配好鞍”，“大材小用”使用不合理，设备潜力没有充分发挥出来，也是造成巨大浪费的重要原因。

    四、刀具新材料的应用

    1、目前各类切削刀具材料应用的构成比，据有关统计资料，今天大部分切屑是用涂层或末涂层硬质合金刀具切除的；即高速钢刀具大约占全部刀具费用的65％，所切除的切屑仅占总切屑量的28％。而涂层或末涂层硬质合金刀具大约占全部刀具费用的33％，所切除的切屑却占总切屑量的68％。而超硬刀具（立方氮化硼、金刚石）所占全部刀具使用面比例则很少，仅占1－3％，今后随着高速加工的发展趋势，硬切削、干切削的增加，这个比例将会大幅度提高。下面重点介绍的适用于高速切削的刀具材料主要有涂层刀具、金属陶瓷（ticn基硬质合金）刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（cbn）和聚晶金刚石（pcd）超硬刀具等。

    2、涂层刀具材料：有物理涂层（pvd）和化学涂层（cvd）两种，就是在刀具基体上涂覆金属化合物薄膜，以获得远高于基体的表面硬度和优良的切削性能。可在高速钢、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、金刚石等材料上单涂层或多涂层，也可以由几种材料复合涂层。涂层厚度为7-10μm，一般1-3层，德国瓦特公司涂200层。涂层材料主要有氮化钛（tin）、碳氮化钛（ticn）氮化铝钛（tiain），碳氮化铝钛（tiaicn）等，其中tiain在高速切削中性能优异，其最高工作温度可达800oc。近年来相继开发的一些新型pvd硬涂层材料，如cbn、氮化碳（cnx）、al2 o 3氮化物（tin/nbn、tin／vn）等，在高温下具有良好的热稳定性，十分适合于高速切削。金刚石涂层刀具主要适用于加工有色金属。此外，最新开发的纳米涂层刀具材料，在高速切削中也具有广阔的应用前景，如日本住友公司已开发出纳米tin/ain复合涂层铣刀片，涂层共达2000层，每层涂层厚度为2.5μm。通常涂层刀具的寿命可比未涂层刀具提高2-5倍。

    3、金属陶瓷刀具材料；金属陶瓷具有较高的室温硬度，高温硬度及良好的耐磨性。金属陶瓷材料主要包括高耐磨性tic基硬质合金（tic＋ni或mo），高韧性tic基硬质合金（tic＋tac＋wc）,强韧tin基硬质合金（ticn＋nbc）等。金属陶瓷刀具可在300－500米／分的切削速度范围内高速精车钢和铸铁。其加工表面粗糙度低切削效率和刀具耐用度高。有资料表明；金属陶瓷刀具可以刃磨出大前角（γ0=20°-25°）的银白屑车刀铣刀，说明它的韧性和强度比陶瓷材料有很大的提高。

    4、陶瓷刀具材料：具有更高的硬度，红硬性和耐磨性，其缺点是脆性大，受冲击载荷能力差，这也是几十年来人们不断对其改进的重点。陶瓷刀具材料主要有氧化铝基和氮化硅基两大类，是通过在氧化铝和氮化硅基中分别加入碳化物、氮化物、硼化物、氧化物等得到的，此外还有多相陶瓷材料。目前国外开发的氧化铝基陶瓷刀具约有20余个品种，约占陶瓷刀具总量2／3；氮化硅基陶瓷刀具约有10余个品种，约占陶瓷刀具总量的1／3。陶瓷刀具可在200－1000米／分的切削速度范围内高速切削软钢材（如a3钢）、淬火钢、铸铁及其合金钢等，其刀具耐用度为硬质合金刀具的10倍以上。

    5、立方氮化硼（cbn）刀具材料：cbn刀具具有极高的硬度及红硬性，是高速精加工或半精加工淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等的理想刀具材料。由于cbn刀具加工高硬度零件时可获得良好的加工表面粗糙度，因此采用cbn刀具切削淬火钢可实现“以切代磨”。由于cbn刀坯价格较高又考虑重磨等因素，一般是在可转位硬质合金刀片的一个角上镶焊上一块cbn刀坯，刃磨出一个刀尖。研究证明，采用纯cbn材料制成的刀具在许多情况下并不能获得最佳加工效果，为此，国外已开发出各种成分配比的cbn刀片及cbn＋金属陶瓷复合刀片，根据不同的加工用途，刀片中的cbn含量也相应变化。如：50％cbn含量的刀片，适于加工连续切削淬硬钢（45－65hrc），80－90％cbn含量的刀片，适于高速切削铸铁（v＝500－1000米／分）或连续重载切削淬火钢（45－65hrc）。用聚晶方法得到的聚晶立方氮化硼（pcbn）刀片的硬度高达3500-4500hv，可耐1300-1500℃高温，已成为高速切削淬硬钢的首选刀具。

   6、聚晶金刚石（pcd）刀具材料；pcd材料具有高硬度、高耐磨性、高导热性及低磨擦系数等特点，pcd刀具可实现有色金属及耐磨非金属材料的高速、高精度、高稳定性加工。如采用铝基体刀盘φ100、六齿高速铣刀的最高切削速度可达7000米／分。pcd颗粒的大小对刀具影响较大，如：pcd粒径为10－25μm的pcd刀具适于切削加工si含量≥12％的铝合金（切削速度v＝300－1500米／分）及硬质合金；pcd粒径为8－9μm的pcd刀具适于切削加工si含量≤12％的铝合金（切削速度v＝500－3500米／分）及通用非金属材料；pcd颗粒径为4－5μm的pcd刀具适于切削加工frp、木材或纯铝等材料。

　　此外，高性能高速钢、粉末冶金高速钢、整体硬质合金等已成为制造滚刀、剃齿刀、插齿刀等齿轮刀具的主流刀具材料、可用于齿轮的高速切削，其切削速度可达150－180米／分，如再对其进行tiain涂层处理，则可应用于高速切削。