数控刀具杂集.doc

数控加工刀具技术的现状及发展趋势 近年来，在微电子技术、计算机技术、信息工程和材料工程等高新技术的推动下，传统的制造技术得到了飞速的发展，迅速发展成为一门新兴的制造技术数字化制造技术。对比传统制造技术，其重要的特征就是数控加工技术得到了广泛的应用，这一发展的原动力来自于制造业对产品制造效率的强烈追求。在这一背景下，以制造业为主要服务对象的刀具制造及应用技术发展迅速。大量高速、高效、柔性、复合、环保的数控加工刀具及应用新技术不断涌现，使传统的切削加工技术发生了根本的变化。如今，硬切削、干式切削、高速高效加工已成为现代切削技术的重要标志，并带动着切削加工技术水平的全面提高，已成为数控加工的关键技术。刀具产品已发展成为高附加值、高科技含量的产品，包含着当代材料、信息科学、计算机、微电子应用技术领域中的最新成果。 1.刀具材料的进展 当前，刀具材料进展的主要特点是：一方面硬质合金取代高速钢成为主要的刀具材料；另一方面超硬刀具材料使用比重大幅增加。 1.1 在硬质合金基体方面 （1）硬质合金新牌号的开发越来越具有很强的针对性 如美国Kennametal公司仅针对不同被加工材料的车削加工牌号就有：加工钢材的KC9110、加工不锈钢的KC9225、加工铸铁的KY1310、加工耐热合金的KC5410、加工淬硬材料的KC5510、加工非铁材料的KY1615，新牌号比原牌号平均可提高切削效率15%20%。山高公司推出的加工铸铁的TK1000、TK2000新牌号，可提高切削速度20%30%，而该公司为加工钢件开发的TP3000在重切削、断续切削、大进给的应用中则有很好的可靠性。 铸铁和不锈钢是目前两种应用较多的工件材料，然而两者的可加工性有很大的差异，很多公司都开发出了加工这两种材料的专用牌号。如株洲钻石切削刀具股份有限公司开发的黑金刚刀片系列，是专门加工铸铁的硬质合金刀片，包括可干式高速加工灰铸铁的YBD052、可高速加工球墨铸铁的YBD102、可用于中高速或铣削的YBD152 及适用中低速湿式铣削或断续条件下车削的YBD252等牌号。这些新牌号比原有的牌号可提高切削速度30%40%，使用寿命可提高将近40%50%。在加工不锈钢方面，瑞典Sandvik公司车削奥氏体不锈钢的GC2015是具有梯度区的抗塑性变形和改进热硬性的基体，加上专为此牌号而设计的TiN-TiN/Al2O3（多层）-TiCN涂层，并对涂层表面进行平滑处理，提高了抗磨料磨损、抗剥落、抗积屑瘤的能力。而韩国KORLOY公司的PC9530为铣削不锈钢的牌号，采用超细颗粒的基体和PVD涂层。 （2）在新牌号的开发中重视基体和涂层的优化组合 对于适合高速加工的牌号，其基体应有较高抗塑性变形的能力和富钴的表层及抗月牙磨损的涂层；对于适合断续切削的牌号，基体和涂层都要有较好的韧性。Sandvik公司车削铸铁的专用牌号GC3205、GC3210、GC3215为CVD涂层硬质合金，分别用于灰铸铁的高速加工、球墨铸铁的高速加工、各种铸铁的中低速的断续切削加工，这三种牌号分别采用不同的硬质合金基体和不同厚度的Al2O3、MT-TiCN涂层。日本三菱综合材料公司开发的车削铸铁用的UC5105、UC5115硬质合金CVD涂层牌号，前者用于灰铸铁或球墨铸铁的高速连续切削，采用高硬度的基体，后者用于球墨铸铁的不稳定条件加工，采用强韧的基体；两者均涂覆微粒Al2O3和微粒且纤维状的TiCN厚膜。蓝帜集团的BOEHLERIT公司的车削铸铁牌号Casttec LC620H采用强韧基体，可用于断续切削，而Al2O3的表面涂层可减小月牙洼磨损，下面还有一层互锁的中间层提高结合强度，能以400m/min高速加工灰铸铁。 1.2 在超硬刀具材料方面 随着干切削、硬切削的发展，近年来，国外各公司都推出了陶瓷及超硬刀具材料的新牌号，如Kennametal公司的KY4400陶瓷刀片，是一种适合于硬车削的混合陶瓷材料，在1m晶粒度的Al2O3基体中加入了TiCN硬材料，以提高刀片的硬度和韧性，适合于精车或半精车硬度达4067HRC的淬火钢或铸铁。Sandvik公司的CT5005无镍金属陶瓷车刀片，是用于超精加工的新牌号，适用于高效干切削或湿切削。Iscar公司推出了两种超细颗粒硬质合金基体加PVD TiAlN涂层的908、907牌号，前者有高的抗塑性变形的能力，适用于钻孔刀片和车螺纹刀片；后者适用耐热合金、奥氏体不锈钢和淬硬钢的低中速加工。 2.刀具涂层技术取得重大进展 先进的涂层设备为涂层技术的发展创造了重要条件，尤其是PVD涂层工艺技术，一方面，在改进控制技术，提高等离子体密度、提高磁场强度、改进阴极靶的形状、实现过程的计算机全自动控制等关键技术上取得了全面的进展，从而使涂层与基体的结合强度、涂层的性能有显著的提高。如PLATIT和PVT公司采用的多弧涂层工艺及设备可对电弧产生的“液滴”进行有效控制，使刀具涂层表面的光洁度得到很大改善。CemeCon公司开发的CC800/9涂层设备采用磁控溅射技术，从根本上避免多弧工艺的“液滴”问题，为解决磁控溅射沉积速率低、结合力低的缺陷，开发了HIS（高电离化溅射）技术，并在此基础上开发了H.I.P（高电离化脉冲）技术，推出了能同时具有氧化物涂层的化学稳定性及硬质涂层的物理特性的Supernitrides系列涂层。另一方面，涂层的品种也从常规的TiN、TiCN、TiAlN迅速扩展到特殊TiAlN、AlTiN、TiAlCN、CrN、CBC（DLC）等涂层以及各种复合涂层和纳米涂层，并能对涂层的组分、百分比、结构在更大范围内加以控制和改变，以适应不同的被加工材料和不同的切削条件，从而显著地提高了刀具的切削性能。如Balzers的CrAlN涂层，以Cr元素代替Ti元素，具有3200Hv硬度和1100的氧化温度的高性能，与TiAlN相比韧性更好，更适合于断续切削如铣削、滚削。日立公司开发的9种涂层自成体系，除了常规的TiN、TiCN、TiAlN以外，还开发了以Si元素代替Al元素的涂层，有适用于硬切削的TiSiN涂层；有润滑性的CrSiN涂层，在Cr中添加Si使涂层细微化进一步降低摩擦系数，更适用于铝、不锈钢等粘附性强的材料的加工；有超强耐氧化能力的AlCrSiN涂层和在高温下具有低摩擦系数的TiBON涂层。Balzers公司开发的并已被一些刀具制造商应用的FUTUNA NANO和FUTUNA TOP是两种TiAlN纳米结构涂层，涂层硬度均为3300Hv，开始氧化温度900。纳米涂层的开发和推广应用，将进一步提高切削加工的效率。 与此同时，为了提高加工铝合金等非铁金属和非金属材料的效率，金刚石涂层得到进一步的应用，产品覆盖了可转位刀具和整体硬质合金刀具。厦门金鹭特种材料有限公司利用引进的Balzers设备开发出了金刚石涂层整体硬质合金球头立铣刀。OSG公司开发出了超微粒结晶的金刚石涂层铣刀，结晶粒度为1m，使刀具的刃口更加锋利，减少切削中的粘结，降低了工件表面的粗糙度。 此外，提高涂层表面光洁度也是涂层技术发展的一个动向，以提高涂层刀具抗摩擦、抗粘结的能力。在CVD涂层中，通过晶粒细化技术，使涂层表面光滑，如株洲钻石公司用于铸铁精加工的YBD052黑金刚刀片，表层是细晶的Al2O3，刀片外观光亮平滑。三菱公司的UE系列加工钢材的CVD涂层硬质合金刀片，采用平滑氧化铝和平滑涂层技术，对微粒氧化铝进行平滑涂层处理，即在上层涂覆特殊钛化物沉积层，表面组织平滑且化学稳定性好，减少了刀具粘结磨损。日本不二越公司为GS立铣刀开发的GS涂层，采用平滑化技术，涂层表面的粗糙度Ra=0.08m，Rz=1.1m，显著改善了涂层表面的特性。 3.立铣刀、丝锥、钻头等传统刀具进入高速切削发展阶段 长期以来，立铣刀、丝锥和钻头属于量大面广的通用刀具，主要采用高速钢制造，切削效率偏低。近年来，由于刀具材料尤其是超细颗粒硬质合金材料性能的提高和应用的普及、涂层技术和刀具数控磨削技术的不断进步，使通用刀具发生了根本的变化。 首先是整体硬质合金铣刀的性能成倍提高，切削速度由原来的不到100m/min提高到180m/min以上，特别是在航空工业铝合金加工方面，切削速度更是达到了20005000m/ min，具备了高性能刀具的水平。其次是整体硬质合金刀具的品种增加，涵盖了立铣刀、麻花钻、丝锥等众多的品种，应用领域进一步扩大。第三是数控工具磨床的广泛应用和普及，使刀具在结构方面产生了巨大变化，理论上讲，当前工具制造企业所使用的五轴联动数控工具磨床可以加工出几乎任何形状的刀具来，从而使刀具切削部分的几何形状、参数和刀具的结构突破了传统标准刀具千篇一律的旧格局，实现了多样化的、并充分体现切削过程内在规律的创新设计，使通用刀具的潜力得到充分的挖掘。通用刀具的这种重大进展，标志着立铣刀、丝锥、钻头等传统通用刀具的发展已进入了高速切削的新阶段。 4.可转位刀具的新进展 随着制造业的高速发展，汽车工业、航空航天工业以及模具行业等重点产业部门对切削加工不断提出了更高的要求，CAD/CAM技术和CNC数控制造技术在刀具开发中的应用以及刀片压制技术的进步，推动着可转位刀具持续的发展。 近年来，可转位刀具在刀杆结构的优化、切削负荷的合理分布、刀片三维断屑槽形开发以及带前角的螺旋形刀刃铣削刀片的问世和小规格浅孔钻的开发等方面，都取得明显的成效。其中，可转位立铣刀的进展尤为突出。如：Iscar公司开发的FEEDMILL立铣刀系列，以新的刀片外形、较小的切削主偏角和新的装夹结构，使每齿进给量最高可达3.5mm，以小吃深大进给的方式实现很高的金属切除率，小的主偏角能把高速进给的径向力转化为轴向力，因此可采用悬伸较长的刀杆对较深的模腔或外轮廓进行高效加工，主副切削刃之间的平缓的过渡刃，既可增加刀尖的强度又能改善加工的表面粗糙度。为了使刀片的装夹更可靠，以适应大的进给量，在刀片的底面多出一个圆柱形的凸起，在安装时与刀座的孔相配，可承受大部分切削力，减少中间夹紧螺钉的载荷。 开发多功能的复合刀具是当前刀具结构发展中的另一个趋势。为了发挥以车削加工中心和镗铣类加工中心为代表的数控加工技术的优势，对复杂零件在一次安装中进行多工序的集中加工，并淡化传统的车、铣、镗、螺纹加工等不同切削工艺的界限，是当前提高数控机床效率、加快产品开发的重要途径。为此，也对刀具提出了新的要求，除了刀具模块化以外，还要求一种刀具要尽可能多地完成对零件不同工序的加工。减少换刀次数，节约频繁换刀时间；同时，还可以减少刀具的数量和库存量，有利于管理和降低制造成本。Sandvik、Kennametal等公司都开发出了为加工汽车、航空发动机零件、飞机构件开发的成套专用复合刀具。随着这类刀具的品种增加，结构优化，几何参数更趋合理，性能得到提高，应用面不断扩大，它不仅在车削、铣削、钻削领域的应用有新的突破，而且扩大到拉削和齿轮加工等复杂形面的加工领域。这类专用高效刀具已经成为现代自动生产线的特色，对减少投资费用、保证生产节拍和产品质量发挥了重要作用，也反映出刀具与工艺在制造技术中的紧密关系，甚至是开发新工艺、设计新的生产线的前提。 5.切削加工新的配套技术 切削加工的配套技术是现代切削技术不可缺少的组成部分，对切削技术的进步起着重要的作用，已成为现代工具产品的一部分，并与切削技术和刀具保持着快速同步的发展。现阶段的切削配套技术主要包括工具系统的刀柄、刀具的装夹与动平衡、刀具的使用、监控和管理技术等。 首先，在工具系统和刀柄方面：HSK刀柄的应用更加普及，各类带HSK刀柄的工具在我国的汽车工业、航空航天工业、模具制造业、气轮机制造业等行业得到了广泛的应用。与此同时，日研公司和大昭和公司分别开发了三处接触（3LOCK SYSTEM）和双面接触（BIG PLUS）两种7:24连接刀柄，与现有的7:24刀柄比较，它们有更高的连接刚性和精度，可用于高速、高效切削，并且还能与现有的7:24刀柄或机床兼容，减少了新增的工具费用，具有现实意义。 Sandvik公司的Capto刀柄随着使用面的不断扩大推出了与之配套的刀具主轴，并以OEM的方式供应数控机床制造商，以充分发挥Capto刀柄在车削中心复合加工中的优良性能。 其次，在夹紧部位方面：各类高效、高性能工具夹头得到广泛应用。国外各刀具公司研制开发了液压夹头、热装夹头、压入式夹头等各种刀具夹紧系统。如：德国雄克公司开发了一种无夹紧元件的三棱变形静压夹头；日本日研工作所开发的PF压入式系列刀柄，也实现了端面接触，卸刀时采用专门装置把刀具顶出；Sandvik公司开发了CoroGrip液压驱动夹头；Biltz、Zoller等数家公司开发了热装夹头及加热装置，新推出的加热夹头装置都加快了冷却的速度，增加了冷却的工位，有的还增加了轴向可调的机构，并与对刀仪结合在一体，提高了加热夹头装刀的轴向精度。 第三，在刀具安全性技术方面：刀具的动平衡技术得到了飞速发展。刀具的动平衡是高速铣削刀具的重要指标，为此，德国的HAIMER和意大利的CEMB等公司，根据对刀具动平衡的要求开发了专用的动平衡仪。可实现全自动的刀具动平衡测量，计算机屏幕显示不平衡量的大小、相位及相应的平衡质量等级和最大使用转速等数据，并可根据需要作一个平面或两个平面的不平衡测量，设定平面的位置，不平衡量的去重位置由激光束指示，还可通过更换主轴接头测量不同刀柄的刀具。目前，安全性技术已被世界上著名的工具制造厂家所采用，除德国的Walter、Mapal等公司推出的高速铣刀外，日本东芝Tungaloy公司的DIA9000加工铝合金铣刀、住友电工公司的专用SUMIDIA金刚石铣刀等在结构上都作了改进，以适应高速加工的需要，推荐的切削速度为30005000m/ min。美国Valenite公司推出的直径312in的高速面铣刀，其铝合金刀体经表面处理后硬度达60HRC，提高了刀体的耐磨性。旋转刀具的动平衡，按ISO1940/1的规定，已达G40等级以上，某些精加工高速铣刀的不平衡质量已达到G2.5级，平衡性比G40高很多，而美国平衡技术公司推出的刀具动平衡机甚至可平衡到G1.0级。 6.数控切削技术的发展对工具工业提出了更高的要求 一方面，高精度、高效率、高可靠性和专用化是先进数控加工技术的基本特征，现代刀具企业最响亮的竞争口号，就是为制造业提供效率最高的切削刀具。制造业也认识到通过采用高效率刀具提高劳动生产率来降低成本，比单纯节省刀具费用更加有利。所以，在现代刀具的制造和使用领域，“效率优先”已经代替了传统的“性能价格比”老概念。 其次，要求现代工具企业具有综合的高科技特征，现代工具企业的生存和发展需依靠强大的研究开发能力作后盾，在提高切削率这样一个根本目标的推动下，现代刀具企业从传统的单纯加工型企业逐步发展成为涉及刀具基础材料、表面处理、基础工艺和和成套服务等具有综合高科技特征的开发型企业。其表现在：第一，工具新材料的研发和生产已经成为现代刀具企业不可分割的组成部分；第二，涂层技术（PVD和CVD）的开发和应用成为现代刀具制造业中与新材料发展并驾齐驱的技术发展方向；第三，先进数控加工技术的开发和应用已经成为现代刀具制造业确保产品质量的必备手段。 现代刀具发展的重要特征之一是专业化、复合化和多功能化，导致刀具结构日趋复杂，形状变得十分特异。传统的刀具工艺技术普通机床和卡具已经无法保证刀具和刀片的安装基准和切削单元之间的空间位置精度。因此，多轴联动的数控加工技术已经成为现代刀具企业不可缺少的手段。由于刀具制造工艺的特殊性，刀具制造的专用数控机床通常由刀具企业自行研究开发，机床企业协作制造。所以，刀具专用数控技术和装备的开发和应用已经成为现代工具企业的一个重要工作内容。由此可见，现代刀具企业的运作范围，从专用原材料的研究和生产开始，囊括了表面处理技术和刀具生产专用数控技术及装备的研发和应用。“三高一专”刀具产品的研究、生产和推广服务，成为了企业竞争的焦点，谁发展慢一点，就要被淘汰出局。这种竞争的结果，使国际工具工业的发展日趋集中化。那些具有强大研发能力和经济实力的企业在竞争中脱颖而出，成为推动和领导行业发展的主力。在制造业中，生产技术运作跨度如此宽的行业并不多见。 另一方面，对用户提供综合服务的深度和广度日益成为衡量现代工具企业竞争力的重要标志。在传统工具工业的生产模式下，工具企业只是一个标准刀具的生产供应商，使用现场的诸多技术问题和管理问题，都是使用者自己来解决的。而发展到现代工具工业阶段，这个服务者的角色发生了大变换。国外制造业为使新产品开发费用和管理工作量部分地转嫁到工具供应商，达到共同承担开发风险之目的，广泛采用平台战略，全球采购、一体化管理方式已成趋势。在工具的采购上，将目标转向生产成本低的国家和地区，以降低生产成本，增加市场竞争力。在工具管理上则突出表现为工具厂从主要提供刀具产品转变为主要提供切削技术，负责刀具采购、管理和现场服务，即所谓一体化管理模式。工具企业向用户提供的已经不是单纯的刀具产品，而是切削加工问题的整体解决方案，这个方案的两个基本要素就是先进的刀具和优质的服务。因此，是否具备向用户提供全方位优质服务的能力，已经成为衡量现代工具企业竞争力的一个重要指标。 高速切削的定义高速切削的定义是什么？ 对于高速切削的讨论在一定程度上仍是混乱的。如何定义高速切削(HSM)，目前有许多观点和许多方法。 让我们看一下这些定义中的几个： 高切削速度切削 高主轴速度切削 高进给切削 高速和高进给切削 高生产率切削 我们对高速切削的定义描述如下： HSM不是简单意义上的高切削速度。它应当被认为是用特定方法和生产设备进行加工的工艺。 高速切削无需高转速主轴切削。许多高速切削应用是以中等转速主轴并采用大尺寸刀具进行的。 如果在高切削速度和高进给条件下对淬硬钢进行精加工，切削参数可为常规的4到6倍。在小尺寸零件的粗加工到半精加工、精加工及任何尺寸零件的超精加工中，HSM意味着高生产率切削。 零件形状变得越来越复杂，高速切削也就显得越来越重要。 现在，高速切削主要应用于锥度40的机床上 高速切削的目标是什么？ 高速切削的主要目标之一是通过高生产率来降低生产成本。它主要应用于精加工工序，常常是用于加工淬硬模具钢。另一个目标是通过缩短生产时间和交货时间提高整体竞争力。 达到这些目标的主要因素为： 一次(更少此数)装夹的模具加工。 通过切削改善模具的几何精度，同时可减少手工劳动和缩短试模时间。 使用CAM系统和面向车间的编程来帮助制定工艺计划，通过工艺计划提高机床和车间的利用率。 高速切削的实际优点是什么？ 刀具和工件可保持低温度，这在许多情况下延长了刀具的寿命。另一方面，在高速切削应用中，切削量是浅的，切削刃的吃刀时间特别短。这就是说，进给比热传播的时间快。 低切削力得到小而一致的刀具弯曲。这与每种刀具和工序所需的恒定的加工余量相结合，是高效和安全加工的先决条件之一。 由于高速切削中典型的切削深度是浅的，刀具和主轴上的径向力低。这减少了主轴轴承、导轨和滚珠丝杠的磨损。高速切削和轴向铣削也是良好的组合，它对主轴轴承的冲击小，使用这种方法可以使用悬伸较长的刀具而振动的风险不大。 小尺寸零件的高生产率切削，如粗加工、半精加工和精加工，在总的材料去除率相对低时有很好的经济性。 高速切削可在一般精加工中获得高生产率，可获得杰出的表面质量。表面质量常低于Ra 0.2m。 采用高速切削，使对薄壁零件的切削成为可能。使用高速切削，吃刀时间短，冲击和弯曲减小了。 模具的几何精度提高了，组装就容易和更快了。无论是什么人，技能如何，都能获得CAM/CNC生产的表面纹理和几何精度。如果花在切削上的时间稍多一些，费时的人工抛光工作可显著减少。常常可减少达60-100%。一些加工，如淬火、电解加工和电火花加工(EDM)，可以大大减少。这就可降低投资成本和简化后勤供应。用切削代替电火花加工(EDM)，模具使用寿命和质量也得到提高。 采用高速切削，可通过CAD/CAM很快改变设计，特别是在不需要生产新电极的情况下。 由于起始过程有高的加速度和减速度以及停止，导轨、滚珠丝杠和主轴轴承产生相对快的磨损。这常常导致较高的维护成本。 需要专门的工艺知识、编程设备和快速传送数据的接口。 可能很难找到和挑选高级技术员工。 有相当长的调试和出故障时间。 加工中无需紧急停止，导致人为错误和软件或硬件故障会产生许多严重后果。 必须有良好的加工计划“向饥饿的机床提供食物”。 必须有安全保护措施：使用带安全外罩及防碎片盖的机床。避免刀具的大悬伸。不要使用“重”刀具和接杆。定期检查刀具、接杆和螺栓是否有疲劳裂纹。 仅使用注明最高主轴速度的刀具。不要使用整体高速钢(HSS)刀具！ 高速切削对机床有哪些要求？ 对ISO/BT 40号机床的典型要求如下： 主轴速度范围22 kW 可编程进给率 40-60 m/分 快速横向进给1g 块处理速度 1-20 毫秒 数据传递速度 250 Kbit/s (1 毫秒) 增量(线性) 5-20 微米 或 NURBS 插补 主轴具有高热稳定性和刚性，主轴轴承具有高的预张力和冷却能力。 通过主轴的送风/冷却液 具有高的吸收振动能力的刚性机床框架 各种误差补偿温度、象限、滚珠丝杠是最重要的。 CNC中的高级预见功能。 高速切削对切削刀具的典型特性或要求有哪些？ 整体硬质合金： 高精度磨削，径向跳动低于3微米。 尽可能小的凸出和悬伸，最大的刚性，尽可能小的刀具弯曲变形和大的芯核直径。 为了使振动的风险、切削力和弯曲尽可能小，切削刃和接触长度应尽可能短。 超尺寸、锥度刀柄，这在小直径时特别重要。 细晶粒基体和为了得到高耐磨性的TiAlN 涂层。 用于风冷或冷却液的内冷却孔。 适合淬硬钢高速切削要求的坚固微槽形。 对称刀具，最好是设计保证平衡。 使用可转位刀片的刀具： 设计保证的平衡。 在刀片座和刀片上的保证跳动量小的高精度，主刀片的最大径向跳动为10微米。 适合淬硬钢高速切削要求的牌号和槽形。 刀具体上有适当的间隙，以避免刀具弯曲(切削力)消失时产生摩擦。 送风或冷却液的冷却孔(立铣刀)。 刀具体上标明允许的最大转速。 国内精密非标刀具的市场概况 汽车、航空、军工等产品附加值高的精密机械制造业是高档精密刀具的主要用户。由于我国近几年来上述工业的蓬勃快速发展，国内市场对高档精密刀具（主要是硬质合金刀具）的需求量很大。但这类高档刀具的市场目前主要由国外刀具制造商瓜分，国内的刀具厂商很少能参与竞争。 在国内高档的精密刀具（如硬质合金刀片、钻头、铣刀、丝锥等）市场里，国外刀具制造商（主要来自欧、美、日等国）之间的竞争也相当激烈。绝大多数有实力的公司已在中国设立了子公司或办事处，许多规模小但略有名气的刀具公司在国内也找了代理商。他们之间竞争最为激烈的是高档的标准刀具市场，因为标准刀具往往备有大量库存，互换性强，供货期短，可在一、二周内供货。但其非标刀具的供货期往往需要8-10周，很难满足中国顾客的短供货期要求。 在进入中国仅一年多的时间里，阿诺刀具公司不但在刀具修磨业务上稳居全国第一，在精密非标刀具市场上也表现非凡。这些成绩的取得主要得益于当地化生产和快速供货。阿诺公司的非标刀具供货期一般只需要1-2周时间，这足让同行们羡慕不已。国外刀具公司能提供高档精密非标刀具，但反应慢、供货期太长；而国内刀具公司尽管供货期短，但其刀具品质大多满足不了高端客户的要求。所以，高品质和短供货期是阿诺刀具公司在非标刀具市场上战胜其它同行的利器。 在国内设厂生产非标刀具的国外刀具公司至今还很少，除阿诺公司外，还有几家日资刀具公司，但他们主要生产中、高档的非涂层刀具。正是由于阿诺刀具高品质和短供货期的优势，处于相互竞争中的国外刀具同行在非标刀具领域里就纷纷与阿诺公司进行互补合作：一个总额为一百万元的刀具项目往往由于其中十万元非标刀具的漫长供货期拖了其后腿而无法签约，与阿诺的合作常常让这些国外刀具同行的竞争力大大地提高。 这种竞争中的合作无论是对阿诺、对同行还是对客户而言都是有益的。在竞争中提高自己，在合作中实现互补，这是阿诺的谋略。角号已经吹响，阿诺刀具要在未来五年内努力成为中国精密非标刀具市场上的第一品牌。 具供应商山特维克 制造业经济学的布道者山特维克可乐满是一家切削刀具和技术的供应商，但如果你仅仅这样认为，那未免有些局限，事实上，它还是一位布道者。 仅占世界人口的千分之一二，却不成比例地控制了全球9%的“跨国公司”（据联合国贸发会议定义），诸如爱立信、宜家、伊莱克斯、沃尔沃、斯堪尼亚、山特维克、ABB、SKF等著名品牌，更有人统计说全球前100强企业中便有5家创始于这里瑞典。 想知道瑞典人是怎么做生意的吗？山特维克可乐满（SANDVIKCoromont）的故事或者能对你有所启发。到今天，这家雄霸全球第一的切削刀具和技术供应商已经拥有了65年的品牌史，产品遍及世界，“哪里有现代化的工业生产，哪里就有山特维克可乐满”。 人人都爱可乐满 如果你的客户服务意识有些淡漠，那请不要去山特维克可乐满应聘。因为对这个老公司而言，用户满意是永远第一位的。“没有一个客户小到我们不愿意去做，也没有一个客户大得我们不能去做”，无论大小，客户利益永远是山特维克可乐满努力工作的圆心。 作为山特维克可乐满的客户无疑是幸福的。 从产品品质、快速交货、人民币交易、效率中心等行业准则的创立到旨在与客户共同发现价值的“制造业经济学”的大力推行，山特维克可乐满为全球用户创造并享受着切削的快乐，其独到之处还在于用16种语言出版了集产品信息、行业应用、成功案例为一身的客户刊物金属切削世界(MetalWorkingWorld)，为用户服务。 日前，山特维克可乐满的服务热线工作时间延长到9小时，其大中华区总经理李贻善先生可以拍着胸脯保证，“假如客户需要24小时服务，我相信这对我们也是没有问题的。” 当供货商，工作伙伴，产品专家，生意人这么多角色摆在面前，山特维克可乐满到底中意哪一个？李贻善先生的态度很明朗，“对我们与客户而言，伙伴的意义要高于供应商，就象服务应该放在产品前面。”态度决定一切，真诚的山特维克可乐满已结交到了很多伙伴，并且每年以超过20的速度扩张。根据现代制造杂志从2004年8月份到2005年2月份进行的调查统计发现，山特维克可乐满在读者中的品牌知名度排名第一。另有用户忠诚度调查显示，山特维克可乐满的呼声也是最高的。 从山特维克可乐满马来西亚区调任中国9年的李贻善已经习惯了北京的生活，讲话时流利的中文里还不时蹦出几个英文单词，他认为山特维克可乐满在中国市场上的表现与全球主要刀具市场是一致的，“就山特维克可乐满目前在中国的管理水平和整体人员素质，不会低于可乐满在全球其他主要市场的任何公司，我们会把握住良好的市场机会，将山特维克可乐满的切削理念传播得更广。” 切削的快乐 追逐时尚的女士们肯定想不到，自己每天使用的奢侈品里面也有山特维克可乐满的功劳，什么GUCCI的香水瓶、香奈尔的口红盒子、鞋底等产品的成形刀具都离不开山特维克可乐满生产的精密切削刀具。 中国刀具市场：国产品牌路在何方？ 据有关资料显示，去年我国共进口各类刀具产品两万三千三百六十四件，比上年增加64%；进口刀具购置费高达两亿八千五百壹拾六美元，比上年增加87%。这些数字说明，国产刀具还远远赶不上机床主机的发展，所以才造成目前“洋刀”畅销的局面。在市场经济全球化趋势愈加显著的今天，明确与国际先进水平的差距，找准五金刀具制造界的发展趋势并迎头赶上，便显得尤为重要。 我国已经成为“世界制造工厂”，这只是一些乐观人士的估计。目前，我国制造业的主力还是集中在搞来料加工，独立生产高尖端技术型产品的能力还不强，整体竞争力还有待提高。 与国际水平相比，我们的差距在哪里？ 据专家分析，我国的差距是阶段性的。主要表现在，制造业仍以低端制造业为主，产品附加值不高，仅为26.23%。作为出口大国的我国，出口物品主要是劳动密集型产品，技术含量低。与此同时，我国制造业的能耗却高出国际发达水平20%到30%。 进入新世纪以来，随着发达国家的制造业大规模向中国转移，同时国内制造业也加快了技术改造的步伐，于是国产数控机床开始大量进入制造领域。随之一个尖锐的矛盾很快浮出了水面，先进的数控机床，配不到先进的国产刀具，不得不配“洋刀”。中国刀具工业几十年如一日的产品结构，在新的发展时期终于暴露出严重缺陷，拖了制造业现代化的后腿。 如何解决差距，加速产业发展？ 中国的刀具企业和先进的跨国刀具企业相比，从资金、技术、装备和管理水平等方面都存在很大的差距，似乎找不到什么优势。但是我认为，至少有两大优势是中国刀具工业发展的宝贵条件。那就是：自然资源和人力资源。可惜这两种资源都没有被很好利用和把握，丧失了很多发展机遇。 我国刀具材料的资源得天独厚。2003年我国生产高速钢6万吨，硬质合金1.25万吨，都占到世界总量的40%左右。但是，同年我国刀具的销售额，还不到全球刀具销售额的6%，这个巨大的反差令人震惊。说明我国刀具产品的附加值太低。 在人力资源方面，我国刀具工业几十年来培养了一支素质良好的职工队伍。虽然受我国工业基础水平的影响，知识陈旧了一些，需要更新和提高。但这一步是不难赶上去的。许多外资企业从中国刀具企业聘请了大批人员，经过培训都能很快适应现代刀具的生产、营销和服务工作，表现十分出色，证明了这支队伍的能力。但由于我国刀具企业长期生产千篇一律的标准产品，把这支队伍的开发潜力和服务潜能白白地浪费了，这是十分可惜的。 那么，怎样才能充分发挥我国的资源优势和人力优势，把刀具工业的发展推向一个新水平呢？专家认为首先要从转变观念强化服务入手。刀具企业要彻底丢掉几十年来养成的千篇一律，有啥卖啥的旧习惯，把满足制造业的需求放在首位。树立了这样的指导思想和发展方针，即使没有大量的现代化装备，也能生产出用户欢迎的好产品。有了这种指导思想，浪费资源的粗制滥造，浪费人才的墨守成规，就会大大减少。近年来，我国刀具工业开始涌现了一批科技型的民营企业，就是这样发展起来的，其成长速度超过了力量雄厚的国有企业，值得关注。 刀具工业要解决现代化的课题，强化服务意识和提高服务水平是重中之重，其紧迫性远远超过装备的改善。我们有过很多沉痛的教训，一些企业花大价钱引进了国外先进装备，但旧观念没有改变，依然生产千篇一律的标准刀具，结果不受市场欢迎。 当今发达国家的现代刀具制造业，经过上世纪80年代以来的兼并、重组和提高，呈现出“高起点、大投入、规模化、国际化”的特点和集中化趋势。10家最大的跨国刀具集团，占有国际刀具市场三分之二的份额。我国刀具企业与之相比，不论在产品开发能力、工艺开发能力、装备开发能力和营销服务水平方面都存在很大差距。必须承认，这个差距不是一朝一夕能够赶上去的。刀具工业毕竟是一个传统产业，和高新技术发展规律是不一样的。很多技术和经验，要依靠一个长期积累的过程。 我国刀具工业在近年的改革发展中，也开始注意到根据自身条件，准确定位，选择合理发展模式的问题。很多大中型企业，都放弃了“大而全”、“小而全”的发展模式，开始呈现出各自的特色，这是一个十分可喜的现象。但是特色产品和服务的比重还不够大，转型速度还不够快。说明紧迫感不强，没有完全摆脱传统体制的影响，所以改革的步伐还要加快。 在市场经济竞争中，企业是竞争的主体，它必须为自身的生存和发展负责。所以，当前我国刀具工业的发展，不能满足制造业的需要，首先要从企业本身找原因，想出解决的办法。但另一方面，必须看到，我国市场经济的发展历史还很短，市场运作上还有很多不规范不完善的地方，影响了企业的健康发展，有时这种影响还十分严重。必须要政、企沟通，取得共识，由政府出面来解决。例如，多年来阻碍刀具工业健康发展的“劣质低价产品恶性竞争”和“不公平的投资导向”。这两大问题，都和政府行为有直接的关系。 世界先进水平就是中国五金刀具制造界努力的方向。我国五金刀具制造业的发展方向，专家总结为四点：一、大力发展节约资源型、环境友好型产业；二、改变产品档次，争取以质取胜，把信息技术嫁接到产品中；三、加快培养以企业为主体的技术创新体系；四、加速高新技术的产业化。 涂层刀具的涂层材料、方法及发展方向在切削加工中，刀具性能对切削加工的效率、精度、表面质量有着决定性的影响。刀具性能的两个关键指标硬度和强度(韧性)之间似乎总是存在着矛盾，硬度高的材料往往强度和韧性低，而要提高韧性往往是以硬度的下降为代价的。在较软的刀具基体上涂覆一层或多层硬度高、耐磨性好的金属或非金属化合物薄膜(如TiC、TiN、Al2O3,等)组成的涂层刀具，较好的解决了刀具存在的强度和韧性之间的矛盾，是切削刀具发展的一次革命。 涂层刀具是近20年来发展最快的新型刀具。目前工业发达国家涂层刀具已占80%以上，CNC机床上所用的切削刀具90%以上是涂层刀具。 1涂层刀具、涂层材料及涂层方法 涂层刀具的特点 涂层刀具结合了基体高强度、高韧性和涂层高硬度、高耐磨性的优点，提高了刀具的耐磨性而不降低其韧性。涂层刀具通用性广，加工范围显著扩大，使用涂层刀具可以获得明显的经济效益。一种涂层刀具可以代替数种非涂层刀具使用，因而可以大大减少刀具的品种和库存量，简化刀具管理，降低刀具和设备成本。但是刀具在现有的涂层工艺进行涂层后，因基体材料和涂层材料性质差别较大，涂层残留内应力大，涂层和基体之间的界面结合强度低，涂层易剥落，而且涂层过程中还造成基体强度下降、涂层刀片重磨性差、涂层设备复杂、昂贵、工艺要求高、涂层时间长、刀具成本上升等缺点。 常用的涂层材料及性质 常用的涂层材料 常用的涂层材料有碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物、硼化物、硅化物、金刚石及复合涂层八大类数十个品种。根据化学键的特征，可将这些涂层材料分成金属键型、共价键型和离子键型。 涂层材料的性质 金属键型涂层材料(如TiB2、TiC、TiN、VC、WC等)熔点高、脆性低、界面结合强度高、交互作用趋势强、多层匹配性好，具有良好的综合性能，是最普通的涂层材料。共价键型涂层材料(如B4C、SiC、BN、金刚石等)硬度高、热胀系数低、与基体界面结合强度差、稳定性和多层匹配性差。而离子键型材料化学稳定性好、脆性大、热胀系数大、熔点较低、硬度不太高。 在这些涂层材料中，用的最多的是TiC、TiN、Al2O3、金刚石以及复合涂层。 TiC耐磨性好，能有效地提高刀具的抗月牙洼磨损能力，适合于低速切削及磨损严重的场合；TiN涂层具有低的摩擦系数，润滑性能好，能减少切削热和切削力，适合于产生融合和磨损的切削；Al2O3的高温耐磨性、耐热性和抗氧化能力比TiC和TiN好，月牙洼磨损率低，适合于高速、大切削热切削；金刚石涂层硬度和热导性高，摩擦系数很低，适合于有色金属合金的高速切削；而复合涂层综合几种涂层材料的特点，目前以双涂层和三涂层组合居多。 常用涂层方法 目前常用的涂层方法是CVD(化学气相沉积法)和PVD(物理气相沉积法)，其它方法如等离子喷涂、火焰喷涂、电镀、溶盐电解等还存在较大的应用局限性。 CVD法是利用金属卤化物的蒸气、氢气和其它化学成分，在9501050的高温下，进行分解、热合等气、固反应，或利用化学传输作用，在加热基体表面形成固态沉积层的一种方法。CVD法工艺要求高，而且由于氯的侵蚀及氢脆变形可能导致涂层易碎裂、基体断面强度下降，涂层硬质合金时还易产生脱碳现象而形成n相。近年来，中、低温CVD法和PCVD法开发成功，改善了原有CVD工艺。 PVD法起步晚、发展快、温度低(约300500)，优点很多，但涂层的均匀性不如CVD法，涂层与基体结合不太牢固，涂层硬度比较低，涂层优越性未得到充分体现。PVD法工艺要求比CVD法高，设备更复杂，涂层循环周期长。目前常用的PVD方法有低压电子束蒸发(LVEE)法、阴极电子弧沉积法(CAD)、三极管高压电子束蒸发法(THVEE)、非平衡磁控溅射法(UMS)、离子束协助沉积法(IAD)和动力学离子束混合法(DIM)，其主要差别在于沉积材料的气化方法以及产生等离子体的方法不同而使得成膜速度和膜层质量存在差异。 2涂层刀具的发展方向 新型的涂层材料 刀具涂层材料出现了很多新种类：TiCN基新涂层兼有TiC和TiN涂层良好的韧性和硬度，比常用的TiN刀具耐用度高24倍。此外，以TiCN为基的多元成分新涂层材料如(Ti，Zr)CN、(Ti，Al)CN、(Ti，Si)CN等纷纷出现。AlON涂层刀具产生的月牙洼磨损极小。TiAlN有很高的高温硬度和优良的抗氧化能力，涂层硬度高，抗氧化性能好，切削性能优于TiN涂层，用于加工航天合金材料时的刀具寿命可提高14倍。CrC和CrN涂层是无钛涂层，可有效地切削钛和钛合金以及铝合金等其它软材料。另外，Hf、Zr、Ta的碳化物与氮化物，Hf、Zr、Ti、N、Ta的硼化物，Hf、Zr、Ti、Be的氧化物等涂层材料均成功采用。 值得一提的是美国Multi-ScientificCoating公司的类金刚石的碳涂层，使用热阴极蒸发技术把碳沉积到刀具表面后，类金刚石碳涂层和基体结合良好，有很多金刚石相似的性能，有高的耐磨性和低的摩擦系数。其它ZrN，TiZrN类金刚石膜涂层(DLC)的应用范围也不断拓展，主要用于加工有色合金。 氮化铝钛涂层也由原先常使用的Ti0.75Al0.25N转化为优先使用Ti0.5Al0.5N，Ti0.5Al0.5N涂层抗氧化温度为700，在空气中加热会在表面产生一层非晶态Al2O3薄膜，可以对涂层起保护作用。 日本不二越公司开发出一种称为SG的新型涂层，它由TiN、TiCN及Ti系膜三层组成，耐磨性优于TiN涂层，且涂层与基体的结合强度高，表层为Ti系特殊膜层，具有极好的耐热性。 瑞士还开发出一种称为“MOVIC”软涂层的新工艺，即在刀具表面涂复一层固体润滑膜二硫化钼，刀具切削寿命数倍增加，且能获得优良的加工表面。其它硫族元素如WS2等软涂层也取得了一定进展。这些软涂层在加工高强度铝合金和贵重金属方面有良好的应用前景。 近年来，高硬度的涂层开始出现。包括立方氮化硼(CBN)涂层、氮化碳(CNX)、多晶氮化物超点阵涂层等。CBN涂层硬度达5200kgf/mm2，仅次于金刚石，可有效的切削淬火钢和其它难加工合金。如果氮化碳(CNX)涂层能够形成b-C3N4，理论上可以计算出其硬度将超过金刚石。已经有氮化碳合成的报道。多晶氮化物超点阵涂层是一种很有希望的新型刀具涂层，多晶TiN/NbN和TiN/VN超点阵涂层的硬度分别为5200kgf/mm2和5600kgf/mm2，超点阵涂层由于层内或层间位错困难导致其硬度很高。 新的涂层工艺方法 随着涂层技术的发展，出现了综合PVD和CVD的PACVD法，另外，还有离子束溅射方法，中能离子束辅助沉积技术(IBAD)也可用于涂层，离子束辅助沉积兼有气相沉积与离子注入的优点。等离子辅助化学气相沉积(PCVD)利用等离子体来促进化学反应，可使沉积温度降低到200500。Sol-Gel法由于其自身的优点也越来越受到人们的重视。 MT-CVD(中温化学气相沉积)则在一定程度上克服了一般HD-CVD(高温化学气相沉积)的缺点，其沉积温度低(700900)，沉积速度快，涂层厚，工艺环镀性好，对于形体复杂的工件涂层均匀，而且涂层附着力高，涂层内部残余应力小，是一种优于HT-CVD的涂层工艺方法。 涂层所用的基体范围也在扩大，包括高速钢、硬质合金和陶瓷都可以进行涂层。近几年来陶瓷涂层硬质合金刀具发展迅速，特别是Al2O3陶瓷由于其高化学稳定性和耐氧化性特别适用于高速切削，在陶瓷涂层中所占比例较大。 虽然刀具涂层工艺上获得了长足的发展，特别是梯度涂层工艺，但总体说来涂层技术有待进一步提高。 3结论 涂层刀具较好的解决了刀具强度和韧性之间的矛盾，大大提高了刀具的耐用度和切削速度。但存在涂层易剥落，工艺复杂昂贵等缺点。刀具涂层材料中用的最多的是TiC、TiN、Al2O3、金刚石以及复合涂层。常用涂层方法是CVD法和PVD法。 新型的涂层材料和新的涂层工艺方法不断出现，特别是新型高硬涂层以及软涂层材料将会使涂层刀具的应用将越来越广。 成本分析：金刚石刀头价格已降至底线自从金刚石锯片在我国出现及应用以来，已有过二十年了，二十年来。金刚石锯片的价格以惊人的速度，迅速下降，达到不可思议的程度。进入21世纪以来，这种下降的趋势没有减缓。目前，全国各地金刚石锯片价格仍有较大差别，最低的可数山东和福建市场，以1600圆锯片为例，山东济南切济南青的每付在320350无之间，五莲市场切五莲花的刀头最低达到1000元三付，福建切福鼎黑的刀头也是300余元一付。致使广大金刚石锯片厂家大感困惑，金刚石刀头的价格，能降到什么程度? 进入2006年以来，市场形势有了新的变化，首先看金刚石，虽然我国目前的金刚石产量是世界第一，实际产量已超过消耗量处于代过于求的书面，但仍然有投资者对它下重注，这强烈的竞争，必须导致金刚石价格的下降。其次，由于粉状触媒的推广使用，金刚石产量增加，单价成本下降，导致了金刚石价格下降。但是好景不长了，今年以来，作为金刚石生产主要原料的价格上涨，主要消耗材料顶锤的原料WC价格上涨2-3倍，加上能源价格的上涨，这些因素，都必然导致金刚石价格必须上涨，但实际上金刚石价格难以上涨，这就看各厂家的技术水平和管理水平了。总的来说，金刚石的价格不会再降了，而且会稳中有升，但本人确信，有部分金刚石厂家又要倒闭了! 作为金刚石刀头生产的第二个成本：金刚石粉的价格，在2005年就开始上涨，今年以来涨幅更是惊人。以碳化