原中國機床工具工業(yè)協(xié)會工具分會理事長、技術委員會委員、教授級高工趙炳楨先生

一、切削加工技術發(fā)展的趨勢及對經銷商的影響

　　1.切削加工技術進入了“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)新開發(fā)了很多先進刀具和工具系統(tǒng)；切削專業(yè)的內涵和行業(yè)的發(fā)展機制都有重大的進展；切削加工效率成倍提高；對制造業(yè)的發(fā)展和技術進步發(fā)揮了重要作用。

　　2.刀具產品的創(chuàng)新的速度大加快，刀具的產品結構全面更新

　　硬質合金成為主要刀具材料；超硬刀具性能提高應用領域擴大；可轉位刀具比例增加；整體硬質合金刀具實用化。

　　3. 涂層技術快速發(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；適應性好--可根據加工對象和使用要求開發(fā)相應的牌號；開發(fā)速度快--新牌號的開發(fā)可通過控制工藝因素實現(xiàn)；功能多--有耐磨的、耐熱的、潤滑的等不同涂層；涂層已成為快速提高刀具切削性能的最有效途徑，被稱為提高刀具性能的“興奮劑”，具有很好的發(fā)展前景和應用價值?！?/p>

　　4.刀具應用技術成為切削加工技術新的核心技術

　　刀柄與刀具裝夾技術；切削加工的數據庫技術；刀具管理技術；高速旋轉刀具的動平衡技術安全技術；銑刀的走刀路線技術；（還會增加新的內容）

　　5.刀具行業(yè)成功探索了轉型的道路

　　創(chuàng)新了“面向制造業(yè)，面向用戶”的經營理念；由傳統(tǒng)的刀具制造商銷售商轉變?yōu)榍邢骷庸ぜ夹g的專業(yè)供應商和服務商；成為用戶企業(yè)開發(fā)新產品、應用新工藝的技術支撐，必須依靠的技術力量，形成了緊密的合作關系；新的經營機制推動了切削技術的快速發(fā)展。

　　6.對刀具經銷商的影響與要求

　　要樹立新的服務理念，由單純的商業(yè)服務向切削加工技術“服務”轉型；要成為刀具企業(yè)與用戶企業(yè)之間溝通的橋梁，服務的前哨，信息的源泉，長期的合作伙伴；要構筑新的競爭優(yōu)勢，由價格競爭轉變?yōu)榉漳芰Φ母偁?；要了解切削加工技術的基礎知識，并不斷提高。

先進切削技術應用的實例

１．開發(fā)高速切削（HSC）新工藝

２．在航空工業(yè)的應用

３．在汽車工業(yè)的應用

４．在模具工業(yè)的應用

５．在高鐵行業(yè)的應用

　　二、PCBN刀具的特點及其應用領域

　　1. PCBN刀具的特點

　　優(yōu)點：

　　硬度高  耐磨性好；

　　耐熱性好

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

　　導熱系數高  有利于切削熱的導出，降低切削溫度；

　　摩擦系數低  降低切削溫度，減少刀具磨損，提高加工質量。

　　缺點：強度低，沖擊韌性差。

　　2. PCBN刀具的應用領域

　　根據其性能的特點，PCBN刀具適合加工淬硬的零件，有獨特的優(yōu)勢。開發(fā)了以車代磨、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。近年來，已在制造業(yè)的眾多工業(yè)部門得到應用，發(fā)揮了獨特的效果。其主要的應用領域有：

　　在汽車工業(yè)

　　剎車片、剎車鼓；發(fā)動機汽缸體：銑平面、鏜缸孔、閥門座圈；淬硬齒輪；等速萬向節(jié)淬硬滾道的銑削；

　　在模具工業(yè)：淬硬模具的銑削；汽車覆蓋件大型模具的無接刀痕精銑

　　重型機械行業(yè)：高硬鑄鐵軋輥的加工；礦山機械耐磨零件的加工；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)：燒結零件的加工

　　

PCBN刀具加工灰鑄鐵剎車盤

　　與陶瓷刀具相比，CBN刀具的耐用度更長、切削速度更高、節(jié)拍時間更短；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)動機缸體生產線

精鏜發(fā)動機缸孔

　　硬切削在汽車工業(yè)中的應用

　　PCBN刀具的進展

　　第一、性能改善，品種增多，應用范圍擴大；

富耐克公司FBS超強焊接PCBN刀具系列牌號

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

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

　　3.經銷PCBN刀具的有利之點與不利之處

　　有利之點：PCBN刀具的市場還有很大的開拓空間，基數較低；隨著制造業(yè)轉型和新工藝的推廣，需求會加大；富耐克的PCBN刀具的性能有突破，應用面大。

　　不利之處：多數用戶對PCBN刀具認知度低，了解少；用戶對國產刀具質量可信度低；用戶對刀具價格高低的評價方法不科學，偏面地認為PCBN刀具價格高會增加加工成本。

　　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，增加對國產PCBN刀具的認同度；通過經銷工作，提高用戶對刀具價格與加工成本的理解；并堅持做好用戶的服務工作。

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

　　這個模型的價值：改變了刀具用戶的傳統(tǒng)觀念；改變了刀具制造商的經營理念；山特維克可樂滿認為：提高切削效率20%，美國每年能節(jié)約150億美元的加工費用；如果我國的切削加工效率能提高20%，每年能為我國節(jié)約800億人民幣的加工費用，這是屬于廣大刀具用戶的財富。

　　要讓用戶了解用PCBN刀具帶來的效益

　　PCBN刀具降低加工成本的例子

　　HORN公司開發(fā)的加工汽車等速萬向節(jié)內球道的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2~3個班，并顯著降低了加工的成本。

　　三、切削加工技術的基礎知識

　　1.  切削加工技術的8個要素

切削產生的力和熱與刀具的磨損（失效）

切削中的力和熱對刀具磨損的影響——刀具磨損的主要成因

　　2. 認識工件材料的特性（可加工性）

　　工件材料的特點：

　　1.工件材料是選擇刀具和切削參數的主要依據，了解它對于正確選擇刀具和切削參數關系重大；

　　2.工件材料品種繁多，用途不同，性能千差萬別，在切削過程中的表現(xiàn)和產生的影響也大相徑庭，有的很好切，有的卻很難切；

　　3.在切削技術領域用工件材料的“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的關鍵。

材料可加工性的相對指數

　　造成工件材料可加工性千差萬別的內在原因

　　機械性能：強度、硬度、加工硬化；物理性能：導熱系數、楊氏模量；化學成分：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用領域（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。

　　硬質合金：是目前應用最廣的刀具材料。分P、K、M、N、S、H六大類；每一類對應不同的加工材料，有眾多的牌號。用于制作車刀、銑刀、鉆頭等可轉位刀片；細顆粒硬質合金用于制作高性能整體硬質合金刀具。

　　金屬陶瓷：又稱碳氮化鈦基硬質合金，分TiC基、TiN基、TiCN基金屬陶瓷，還因粘結劑的不同有各種牌號和性能。用在精加工、半精加工領域代替硬質合金刀具，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，應用于各種不同的場合。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類別及牌號的選擇：

根據工件材料類別選擇對應的刀具材料類別

　　

根據加工工序類型、毛坯狀況、系統(tǒng)剛性在刀具材料類別里選擇刀具材料的小類及相應的槽型

　　4. 刀具涂層提供的改性作用

　　

涂層對刀具材料的改性作用

涂層的類型—物理氣相沉積（PVD）與化學氣相沉積（CVD）比較

典型的化學涂層（CVD）

各種物理涂層（PVD）涂層牌號

　　5.刀具的主要幾何參數

　　6.切削參數

　　切削參數包括：切削速度vc、進給量 f 和切削深度(背吃刀量)ap。

　　切削參數的設定關系到：

　　1. 金屬切除率的大?。≦= 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. 加工質量的好壞。

　　歸納：處理刀具問題的思路

　　1.確定工件材料的類別、狀態(tài)；2.列出材料性能的特點及其對刀具磨損的影響；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.對策：一方面，從幾何角度、切削參數來降低熱和力。另一方面，從刀具材料、涂層、幾何角度來提高刀具對熱和力的承載能力。