刀具機(jī)械加工畢業(yè)論文

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　年級(jí)專業(yè) 10級(jí)機(jī)電一體化技術(shù) </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　評(píng) 卷 人

2、 </p><p>　　教學(xué)地點(diǎn) 常州技師學(xué)院 </p><p>　　2012 年 5 月 8 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　中文摘要…………………………………………………………………………………………1<

3、/p><p>　　英文摘要…………………………………………………………………………………………2</p><p>　　引言………………………………………………………………………………………………3</p><p>　　刀具的簡(jiǎn)介………………………………………………………………………………3</p><p>　　刀具的定義…………………………………

4、………………………………………3</p><p>　　刀具的發(fā)展歷史……………………………………………………………………3</p><p>　　刀具的基本結(jié)構(gòu)....................................................4</p><p>　　刀具的種類....................................

5、....................4</p><p>　　刀具的材料分類……………………………………………………………………5</p><p>　　刀具的廣泛應(yīng)用…………………………………………………………………………5</p><p>　　復(fù)合刀具在汽車生產(chǎn)業(yè)中的實(shí)例…………………………………………………5</p><p>　　刀具在

6、機(jī)械加工中的重要性……………………………………………………………10</p><p>　　刀具在切削加工的重要性…………………………………………………………10</p><p>　　刀具對(duì)提高機(jī)械制造效率的積極作用……………………………………………11</p><p>　　刀具技術(shù)的現(xiàn)狀分析……………………………………………………………………12</p>

7、<p>　　我國(guó)工具業(yè)的發(fā)展情況……………………………………………………………12</p><p>　　刀具材料的創(chuàng)新與發(fā)展過程………………………………………………………14</p><p>　　刀具在制造中的成本分析…………………………………………………………16</p><p>　　總結(jié)...............................

8、...............................18</p><p>　　發(fā)展趨勢(shì)和方向…………………………………………………………………………19</p><p>　　高速加工（高速切削）發(fā)展的必然趨勢(shì)…………………………………………19</p><p>　　第二節(jié) 發(fā)展方向…………………………………………………………………………19</p&

9、gt;<p>　　結(jié)論…………………………………………………………………………………………19</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………20</p><p>　　致謝…………………………………………………………………………………………21</p><p>　　刀具在機(jī)械加工中的重要性</p>

10、;<p>　　常州技師學(xué)院 </p><p>　　摘要：在機(jī)械加工中，金屬切削機(jī)床和刀具是切削加工的基礎(chǔ)工藝裝備。目前切削機(jī)床不斷更新?lián)Q代，高速主軸采用陶瓷軸承、液體靜壓軸承、空氣靜壓軸承、磁浮軸承后，其主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)10000-50000/min，有的甚至可達(dá)150000r/min。采用滾珠絲杠的進(jìn)給機(jī)構(gòu)其速度可達(dá)40～60m/min，直線電機(jī)可達(dá)90～120m/min，精密數(shù)控加工中心的加工

11、加速度可以達(dá)到2g（g為重力加速度）。切削機(jī)床的快速發(fā)展為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供了基本的前提和技術(shù)保障，但無(wú)論是什么樣的金屬切削機(jī)床，都必須依靠與工件直接接觸、從工件上切除材料的刀具才能發(fā)揮作用。刀具的結(jié)構(gòu)、性能和質(zhì)量直接影響到切削機(jī)床生產(chǎn)效率的高低和加工質(zhì)量的好壞，直接影響到整個(gè)機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益。目前我國(guó)的刀具行業(yè)隨著機(jī)械制造業(yè)的飛速發(fā)展，已經(jīng)到了變革的關(guān)鍵時(shí)刻。本文主要闡述了刀具的簡(jiǎn)介、刀具在機(jī)械加工中的廣泛應(yīng)用及發(fā)

12、展趨勢(shì)，分析了我國(guó)刀具技術(shù)的現(xiàn)狀，并就此提出了刀具在機(jī)械加工中的重要性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：機(jī)械加工 金屬切削 現(xiàn)代制造業(yè) 刀具行業(yè) </p><p>　　In machining, metal cutting machine tools and tool cutting process equipment. Cutting machine tools constantly

13、 upgrading, high-speed spindle with ceramic bearings, hydrostatic bearings, aerostatic bearings, magnetic bearings, the spindle speed of up to 10000-50000/min, some even up to 150000r/min. A ball screw feed institutions

14、speed up to 40 ~ 60m/min, linear motors up to 90 ~ 120m/min, precision CNC machining center processing acceleration can be achieved 2g (g is the acceleration due to gravi</p><p><b>　　引 言</b><

15、/p><p>　　在數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)線上，與被加工零件最直接親密接觸的就是切削加工刀具，它可以切削各種金屬，堪稱“工業(yè)上的牙齒”，對(duì)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。也正是得益于這些性能日趨優(yōu)異的切削加工刀具，航空航天、汽車制造、醫(yī)療器械、電子產(chǎn)品等行業(yè)，才創(chuàng)造出一個(gè)個(gè)工業(yè)奇跡，加工效率更高、生產(chǎn)成本更低、產(chǎn)品性能更優(yōu)。本文將分別對(duì)這幾方面進(jìn)行討論。</p><p>　　第一章 刀具的簡(jiǎn)介&l

16、t;/p><p><b>　　刀具的定義</b></p><p>　　刀具是機(jī)械制造中用于切削加工的工具，又稱切削工具。廣義的切削工具既包括刀具，也包括磨具。絕大多數(shù)的刀具是機(jī)用的，但也有手用的。因?yàn)闄C(jī)械制作中使用的刀具基本上都用于切削金屬材料，故“刀具”一詞一般就理解為金屬切削刀具。切削木材用的刀具則稱為木工刀具。</p><p>　　第二節(jié)

17、刀具的發(fā)展歷史</p><p>　　一、 刀具的發(fā)展在人類進(jìn)步的歷史上占有重要的地位。中國(guó)早在公元前就已出現(xiàn)黃銅錐和紫銅的錐、鉆、刀等銅質(zhì)刀具。戰(zhàn)國(guó)后期(公元前三世紀(jì))，由于掌握了滲碳技術(shù)，制成了銅質(zhì)刀具。當(dāng)時(shí)的鉆頭和鋸，與現(xiàn)代的扁鉆和鋸已有些相似之處。</p><p>　　然而，刀具的快速發(fā)展是在18世紀(jì)后期，伴隨蒸汽機(jī)等機(jī)器的發(fā)展而來(lái)的。1783年，法國(guó)的勒內(nèi)首先制出銑刀。1792年，

18、英國(guó)的莫茲利制出絲錐和板牙。有關(guān)麻花鉆的發(fā)明最早的文獻(xiàn)記載是在1822年，但直到1864年才作為商品生產(chǎn)。那時(shí)的刀具是用整體高碳工具鋼制造的，許用的切削速度約為5米/分。1868年，英國(guó)的穆舍特制成含鎢的合金工具鋼。1898年，美國(guó)的泰勒和懷特發(fā)明高速鋼。1923年，德國(guó)的施勒特爾發(fā)明硬質(zhì)合金。</p><p>　　在采用合金工具鋼時(shí)，刀具的切削速度提高到約8米/分，采用高速鋼時(shí)，又提高兩倍以上，到采用硬質(zhì)合金時(shí)

19、，又比高速鋼提高兩倍以上，切削加工出的工件表面質(zhì)量和尺寸精度也大大提高。由于高速鋼和硬質(zhì)合金的價(jià)格比較昂貴，刀具出現(xiàn)焊接和機(jī)械夾固式結(jié)構(gòu)。1949～1950年間,美國(guó)開始在車刀上采用可轉(zhuǎn)位刀片，不久即應(yīng)用在銑刀和其他刀具上。1938年，德國(guó)德古薩公司取得關(guān)于陶瓷刀具的專利。1972年，美國(guó)通用電氣公司生產(chǎn)了聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀片。這些非金屬刀具材料可使刀具以更高的速度切削。</p><p>　　196

20、9年，瑞典山特維克鋼廠用化學(xué)氣相沉積法生產(chǎn)碳化鈦涂層硬質(zhì)合金刀片，1972年，美國(guó)的邦沙和拉古蘭發(fā)展了物理氣相沉積法，在硬質(zhì)合金或高速鋼刀具表面涂覆碳化鈦或氮化鈦硬質(zhì)層。表面涂層方法把基體材料的高強(qiáng)度和韌性，與表層的高硬度和耐磨性結(jié)合起來(lái)，從而使這種復(fù)合材料具有更好的切削性能。</p><p><b>　　刀具的基本結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　一、 各種刀具的結(jié)

21、構(gòu)都由裝夾部分和工作部分組成。整體結(jié)構(gòu)刀具的裝夾部分和工作部分都做在刀體上；鑲齒結(jié)構(gòu)刀具的工作部分(刀齒或刀片)則鑲裝在刀體上。刀具的裝夾部分有帶孔和帶柄兩類。帶孔刀具依靠?jī)?nèi)孔套裝在機(jī)床的主軸或心軸上，借助軸向鍵或端面鍵傳遞扭轉(zhuǎn)力矩，如圓柱形銑刀、套式面銑刀等。帶柄的刀具通常有矩形柄、圓柱柄和圓錐柄三種。車刀、刨刀等一般為矩形柄；圓錐柄錐度承受軸向推力，并借助摩擦力傳遞扭矩；圓柱柄一般適用于較小的麻花鉆、立銑刀等刀具，切削時(shí)借助夾緊時(shí)所

22、產(chǎn)生的摩擦力傳遞扭轉(zhuǎn)力矩。很多帶柄的刀具的柄部用低合金鋼制成，而工作部分則用高速鋼把兩部分對(duì)焊而成。</p><p>　　刀具的工作部分就是產(chǎn)生和處理切屑的部分，包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結(jié)構(gòu)、排屑或容儲(chǔ)切屑的空間、切削液的通道等結(jié)構(gòu)要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如車刀、刨刀、鏜刀和銑刀等；有的刀具的工作部分則包含切削部分和校準(zhǔn)部分，如鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、內(nèi)表面拉刀和絲錐等。切削部分的作用是用刀刃切除切

23、屑，校準(zhǔn)部分的作用是修光已切削的加工表面和引導(dǎo)刀具。刀具工作部分的結(jié)構(gòu)有整體式、焊接式和機(jī)械夾固式三種。整體結(jié)構(gòu)是在刀體上做出切削刃；焊接結(jié)構(gòu)是把刀片釬焊到鋼的刀體上；機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)又有兩種，一種是把刀片夾固在刀體上，另一種是把釬焊好的刀頭夾固在刀體上。硬質(zhì)合金刀具一般制成焊接結(jié)構(gòu)或機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)；瓷刀具都采用機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)。刀具切削部分的幾何參數(shù)對(duì)切削效率的高低和加工質(zhì)量的好壞有很大影響。增大前角，可減小前刀面擠壓切削層時(shí)的塑性變形，減小切

24、屑流經(jīng)前面的摩擦阻力，從而減小切削力和切削熱。但增大前角，同時(shí)會(huì)降低切削刃的強(qiáng)度，減小刀頭的散熱體積。</p><p><b>　　刀具的種類</b></p><p>　　一、 刀具按工件加工的形式可分為五類：加工各種外表面的刀具，包括車刀、刨刀、銑刀、外表面拉刀和銼刀等；孔加工刀具，包括鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鏜刀、鉸刀和內(nèi)表面拉刀等；螺紋加工工具，包括絲錐、板牙、自動(dòng)開合螺

25、紋切頭、螺紋車刀和螺紋銑刀等；齒輪加工刀具，包括滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪加工刀具等；切斷刀具，包括圓鋸片、帶鋸、弓鋸、切斷車刀和鋸片銑刀等等。此外，還有組合刀具,復(fù)合刀具等。</p><p>　　二、 按切削運(yùn)動(dòng)方式和相應(yīng)的刀刃形狀，刀具又可分為三類：通用刀具，如車刀、刨刀、銑刀(不包括成形的車刀、成形刨刀和成形銑刀)、鏜刀、鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀和鋸等；成形刀具，這類刀具的刀刃具有與被加工工件斷面相同或接近相同

26、的形狀，如成形車刀、成形刨刀、成形銑刀、拉刀、圓錐鉸刀和各種螺紋加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齒輪的齒面或類似的工件，如滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪刨刀和錐齒輪銑刀盤等。</p><p>　　第五節(jié) 刀具材料的分類</p><p>　　一、刀具材料通常被分為五大類：高速鋼、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷和超硬材料。高速鋼是一種具有強(qiáng)韌性的刀具材料，但其較低的抗磨損性能使它只能在低速時(shí)使用。

27、高速鋼常用于制造需要高韌性、鋒利的切削刃以及用其它材料不能制造的幾何形狀復(fù)雜的刀具，其典型的應(yīng)用包括鉆頭、立銑刀、鉸刀和齒輪加工刀具。而在刀具材料序列的另一端是超硬材料如聚晶立方氮化硼（PCBN）和聚晶金剛石（PCD）。聚晶立方氮化硼（PCBN）和聚晶金剛石（PCD）具有極高的耐磨損性能，可用于高速低進(jìn)給加工。在這兩極之間是硬質(zhì)合金、金屬陶瓷和陶瓷刀具材料，它們可以在一個(gè)較大的切削速度和進(jìn)給量范圍內(nèi)廣泛使用，以滿足制造業(yè)的不同加工需求。

28、</p><p>　　從各種刀具材料的熱硬性曲線可以注意到，與硬質(zhì)合金相比，Si3N4/Sialon陶瓷和陶瓷顯示出更高的抗磨損性和高速性能。 </p><p>　　第二章 刀具的廣泛應(yīng)用</p><p>　　第一節(jié) 復(fù)合刀具在汽車生產(chǎn)業(yè)中的實(shí)例</p><p>　　一、隨著汽車、航空和航天等各方面技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)刀具性能及加工技術(shù)的要

29、求日益提高。新型刀具延長(zhǎng)了它們進(jìn)行機(jī)加工時(shí)刀具的壽命，加工效率，加工質(zhì)量等。</p><p>　　目前，汽車零部件制造向著多品種、小批量的方向發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)和工藝也發(fā)生了很大的變化，高速、高效、柔性是制造工藝當(dāng)前的主要特點(diǎn)。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，除了采用先進(jìn)的制造設(shè)備以外，大量地應(yīng)用復(fù)合加工刀具也是提高動(dòng)力總成工藝水平的重要途徑。</p><p>　　目前，我國(guó)轎車生產(chǎn)企業(yè)新建的發(fā)動(dòng)機(jī)生

30、產(chǎn)線大多是由通用高速加工中心組成的高速柔性生產(chǎn)線。高速加工中心具有高轉(zhuǎn)速、高進(jìn)給速度、高加速度和快速換刀等特點(diǎn)，因而柔性生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的變型生產(chǎn)，便于更換生產(chǎn)品種。這種生產(chǎn)線不僅可加工同樣產(chǎn)品范圍內(nèi)的零件，而且可加工變型產(chǎn)品、換代產(chǎn)品以及新產(chǎn)品，真正具備了柔性的意義。同樣作為其必不可少的配套的復(fù)合加工刀具在一定程度上幫助高速柔性生產(chǎn)線克服了高柔性和低效率之間的矛盾。其原因是復(fù)合加工刀具與通用高速加工中心的配合使用，具有以下幾個(gè)突出的特

31、點(diǎn)：高效率、高質(zhì)量、高穩(wěn)定性和低成本。</p><p><b>　　高效率</b></p><p>　　在汽車行業(yè)零部件加工制造成本統(tǒng)計(jì)中，刀具成本僅占總成本的3%～5%，但它卻能影響總成本的20%～30%。是什么原因帶來(lái)刀具成本的放大效應(yīng)呢？原因就在于復(fù)合加工刀具在提高生產(chǎn)效率上發(fā)揮了巨大的作用。</p><p>　　復(fù)合加工刀具一般是將幾個(gè)

32、加工內(nèi)容組合在一把刀具上，從而只通過一次進(jìn)給，便可完成全部的加工內(nèi)容。這樣就在很大程度上減少了加工時(shí)間，降低了生產(chǎn)節(jié)拍，提升了生產(chǎn)力。如在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸芯軸端的加工中（圖1），傳統(tǒng)的工藝安排是車床粗車、半精車、倒角等，這一套工序完成需要耗時(shí)40s左右。而通過在CNC加工中心上采用了復(fù)合加工刀具后（圖2），加工效率得到了極大地提高，加工時(shí)間減少了約70%，僅需12s。同時(shí)，不僅可以節(jié)省了一臺(tái)車床，而且在不增加機(jī)床的情況下，將產(chǎn)量提高了3倍。&

33、lt;/p><p><b>　　高質(zhì)量</b></p><p>　　采用復(fù)合加工刀具不僅可以提高加工效率而且還可以提高加工質(zhì)量。</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的加工要求十分苛刻，在加工過程中，不僅要保證相關(guān)尺寸的精度，同時(shí)還要保證相關(guān)尺寸要求之間的位置、輪廓等精度要求。為了達(dá)到這些尺寸要求如果采用幾把刀具進(jìn)行加工，那么在加工過程中很難保證各尺寸

34、之間的位置精度，這就不得不停機(jī)花費(fèi)大量的時(shí)間調(diào)整機(jī)床，但如果采用了復(fù)合加工刀具，就能輕松解決這些問題。</p><p>　　圖3所示零部件加工要求，從圖中可以看出，各相關(guān)尺寸具有很高的同心度要求，用來(lái)保證后續(xù)刀具的加工工藝性。采用圖4所示的復(fù)合刀具，該專用刀具具有集成的多處加工內(nèi)容的刃口，刀具本身是一次磨削成形，各刃口之間的位置精度很高，可以在生產(chǎn)中一次加工完成所有的工藝要求，很好地保證了尺寸精度和位置精度，排除

35、了機(jī)床多次換刀加工帶來(lái)的重復(fù)定位精度誤差的影響。</p><p><b>　　高穩(wěn)定性</b></p><p>　　汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的加工制造即有規(guī)?；a(chǎn)的特點(diǎn)，同時(shí)又對(duì)質(zhì)量有著極高的要求，尤其是在大批量生產(chǎn)中，質(zhì)量的穩(wěn)定性尤為重要。汽車行業(yè)是實(shí)行召回制度中影響最大的行業(yè)，召回制度中汽車零部件的可追蹤性是非常重要的，但更重要的是從保證制造質(zhì)量開始的預(yù)防工作。高穩(wěn)定性的制造

36、質(zhì)量才是針對(duì)召回制度的預(yù)防工作中的最重要的一環(huán)，對(duì)此各大汽車制造廠商都給予了高度的重視。</p><p>　　例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的加工中對(duì)關(guān)鍵尺寸的工程能力指數(shù)要求Ppk≥1.67，一般尺寸也要求達(dá)到Ppk≥1.33。對(duì)加工機(jī)床設(shè)備的主要要求是：高速度、高精度、高精度保持性——高機(jī)床工程能力指數(shù)（Cm/Cmk值）；對(duì)復(fù)合加工刀具的要求是通過特殊的設(shè)計(jì)，滿足高速度、高精度、高精度保持性的要求。</p>

37、<p>　　例如為適應(yīng)高速加工的要求，復(fù)合加工刀具都必須經(jīng)過嚴(yán)格的動(dòng)平衡處理和驗(yàn)證。為了保證滿足高精度、高精度保持性的要求，復(fù)合加工刀具對(duì)刀柄的選擇、刀具本身的制造精度、刀具材料的選擇等都有特殊的規(guī)范。如發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的導(dǎo)管、座圈加工工序是汽車行業(yè)中難加工的典型。其特點(diǎn)是尺寸公差小，圓度、同心度要求高，加工表面的形狀精度要求高。通過采用有導(dǎo)條的專用復(fù)合加工刀具（圖5）加工，很好地滿足了加工要求。該復(fù)合加工刀具具有如下特點(diǎn)：&l

38、t;/p><p>　　□ 采用多處導(dǎo)條，減少了跳動(dòng)，提高了加工精度；</p><p>　　□ 使用PCD鉸刀，刀具磨損小，零件尺寸的抑制性得到保證；</p><p>　　□ CBN刀片加工難加工材質(zhì)，保證表面質(zhì)量；</p><p>　　□ 以上各刀具組合在一把HSK刀柄上，即提高加工效率，又保證了導(dǎo)管、座圈加工的精度穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了高可靠性。<

39、;/p><p><b>　　低成本</b></p><p>　　降低成本是企業(yè)一直追求的目標(biāo)。在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)中，低成本的要求從最初的生產(chǎn)線立項(xiàng)開始就貫穿于發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)項(xiàng)目過程中，始終如一。而復(fù)合加工刀具的采用以及合理使用，可以有效減少設(shè)備投資，贏得最大的經(jīng)濟(jì)效益。例如零部件上有斜孔需要加工時(shí)，常規(guī)方法是在CNC加工中心上增加一個(gè)軸，使零件被加工面旋轉(zhuǎn)到與主軸垂直的位置，以便

40、加工，但成本約4萬(wàn)美元。相比之下，如采用復(fù)合刀具的方案：專用角度頭（圖6）＋標(biāo)準(zhǔn)刀具＋標(biāo)準(zhǔn)CNC加工中心，也完全能達(dá)到同樣的工藝要求，而專用角度頭的成本約3000美元?？梢?，成本下降是非常巨大的。</p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　汽車產(chǎn)業(yè)傳統(tǒng)上是典型的規(guī)模經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，但隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)于自我的追求，對(duì)于個(gè)性化的要求越來(lái)越高。這也要

41、求汽車產(chǎn)業(yè)必須適應(yīng)顧客的要求，進(jìn)行多品種、小批量的生產(chǎn)。</p><p>　　發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的關(guān)鍵部件，其制造工藝非常的復(fù)雜。正像發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的心臟一樣，發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的優(yōu)劣是汽車制造技術(shù)的集中體現(xiàn)。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)制造趨向于輕量化、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、高性能化，發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)和工藝也發(fā)生了很大的變化，高速、高效、柔性是制造工藝當(dāng)前的主要特點(diǎn)。這也符合了現(xiàn)代汽車工業(yè)多品種、小批量的生產(chǎn)要求。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，除了采用先進(jìn)的制造設(shè)

42、備以外，大量地應(yīng)用復(fù)合加工刀具也是提高動(dòng)力總成工藝水平的重要途徑。</p><p>　　第三章 刀具在機(jī)械加工中的重要性</p><p>　　第一節(jié) 刀具在切削加工中的重要性</p><p>　　一、 在機(jī)械加工中，金屬切削機(jī)床和刀具是切削加工的基礎(chǔ)工藝裝備。目前切削機(jī)床不斷更新?lián)Q代，高速主軸采用陶瓷軸承、液體靜壓軸承、空氣靜壓軸承、磁浮軸承后，其主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)

43、10000-50000/min，有的甚至可達(dá)150000r/min。采用滾珠絲杠的進(jìn)給機(jī)構(gòu)其速度可達(dá)40～60m/min，直線電機(jī)可達(dá)90～120m/min，精密數(shù)控加工中心的加工加速度可以達(dá)到2g(g為重力加速度)。切削機(jī)床的快速發(fā)展為現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展提供了基本的前提和技術(shù)保障，但無(wú)論是什么樣的金屬切削機(jī)床，都必須依靠與工件直接接觸、從工件上切除材料的刀具才能發(fā)揮作用。刀具性能和質(zhì)量直接影響到切削機(jī)床生產(chǎn)效率的高低和加工質(zhì)量的好壞，直

44、接影響到整個(gè)機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　正因?yàn)槿绱耍瑖?guó)外制造業(yè)才有“企業(yè)的紅利在刀刃上”的說法，漢語(yǔ)成語(yǔ)中的“工欲善其事，必先利其器”、“磨刀不誤砍柴功”也對(duì)刀具在切削加工中的重要性進(jìn)行了生動(dòng)而深刻的描述。如一根20萬(wàn)千瓦發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸，其凈重為30噸，而其鍛件毛坯達(dá)60～70噸，需切除的切屑占了零件毛重的50%以上，很難想象如果沒有高效的刀具如何能完成這樣的加工任務(wù)。國(guó)際上一位切削與

45、機(jī)床方面的權(quán)威專家對(duì)切削刀具的作用作了如下評(píng)價(jià)：“改進(jìn)刀具對(duì)降低切削成本比其它任何單一過程的改變更具有潛力。合理地選擇和應(yīng)用現(xiàn)代切削刀具是降低生產(chǎn)成本，獲得主要經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵?！泵绹?guó)的N·茲拉丁曾說過：“一臺(tái)價(jià)值25萬(wàn)美元的NC機(jī)床，其效率的發(fā)揮在很大程度上取決于一把價(jià)值30美元立銑刀的性能”。</p><p>　　刀具對(duì)提高機(jī)械制造效率的積極作用</p><p>　　一、 進(jìn)

46、入新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)的制造工業(yè)獲得持續(xù)高速的發(fā)展，目前總量?jī)H次于美國(guó)和日本，居世界第三，已成為名副其實(shí)的世界制造大國(guó)，并在發(fā)展中逐步加快了與國(guó)際接軌的步伐，使用了大量數(shù)控高效機(jī)床和先進(jìn)刀具，明顯提高了生產(chǎn)加工技術(shù)和生產(chǎn)效率。一些先進(jìn)制造行業(yè)，如汽車工業(yè)大量引進(jìn)了現(xiàn)代先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，電站設(shè)備制造、航空航天器制造、大型和高精度模具制造等通過引進(jìn)技術(shù)和自主開發(fā)，采用先進(jìn)切削技術(shù)和高效刀具，有效提高了加工技術(shù)和勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。 &l

47、t;/p><p>　　但是我國(guó)制造業(yè)“大而不強(qiáng)”，很多企業(yè)制造技術(shù)不高，嚴(yán)重制約了我國(guó)制造業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。到目前為止，對(duì)機(jī)械行業(yè)中使用現(xiàn)代切削技術(shù)和高效先進(jìn)刀具提高生產(chǎn)效率降低成本的認(rèn)識(shí)還很不足，因此在我國(guó)，現(xiàn)代切削技術(shù)和高效先進(jìn)刀具的應(yīng)用發(fā)展還很不平衡，很多企業(yè)仍然只注意依靠廉價(jià)勞動(dòng)力降低成本，而不重視通過提高加工技術(shù)來(lái)提高生產(chǎn)效率。近年來(lái)我國(guó)的機(jī)床生產(chǎn)發(fā)展迅速，制造業(yè)的機(jī)床擁有量在世界遙遙領(lǐng)先，穩(wěn)居第一，但刀具工

48、業(yè)卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后。先進(jìn)的高效機(jī)床配不到高效先進(jìn)刀具，仍使用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)刀具，切削技術(shù)落后，使高效機(jī)床的加工效率得不到發(fā)揮，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率的提高，制約了制造業(yè)的現(xiàn)代化。 </p><p>　　我國(guó)切削技術(shù)和刀具工業(yè)的發(fā)展受到制約，很大原因是企業(yè)對(duì)刀具的使用停留在落后的傳統(tǒng)觀念上，即采用廉價(jià)刀具來(lái)控制成本，而不是用高效刀具提高加工效率來(lái)降低成本。很多企業(yè)花了大價(jià)錢買數(shù)控高效機(jī)床，卻舍不得花不多的錢購(gòu)買先進(jìn)高效刀具，致使切

49、削技術(shù)落后，機(jī)床加工效率甚低，實(shí)際上是省了小錢，卻浪費(fèi)了昂貴的機(jī)床工時(shí)，得不償失。 </p><p>　　現(xiàn)代切削技術(shù)和高效先進(jìn)刀具是制造業(yè)提高生產(chǎn)效率的最重要、最活躍的因素之一。在發(fā)達(dá)國(guó)家，大量使用高效先進(jìn)刀具，平均刀具費(fèi)用約占制造成本的4%，而我國(guó)制造業(yè)因使用價(jià)廉的傳統(tǒng)刀具，平均刀具費(fèi)用不到制造成本的3%，致使我國(guó)機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)外。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用高效先進(jìn)刀具，刀具費(fèi)用可能要提高50%或更多，將使零

50、件成本提高約1%，但高效先進(jìn)刀具可明顯提高切削加工效率，有可能使零件生產(chǎn)成本下降10%～15%，因此使用高效先進(jìn)的刀具經(jīng)濟(jì)效益是極為顯著的。 </p><p>　　使用現(xiàn)代切削技術(shù)對(duì)提高加工效率效果是極為明顯的。如目前的航空工業(yè)中使用新型的鋁合金整體薄壁構(gòu)件來(lái)代替原來(lái)的焊接、鉚接的組裝構(gòu)件，加工這些鋁合金整體薄壁構(gòu)件需要銑去大量的金屬，采用高速切削新工藝使加工效率提高多倍。哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)國(guó)內(nèi)首臺(tái)60萬(wàn)千瓦超臨

51、界汽輪機(jī)組時(shí)，在高合金鋼上加工大直徑深孔，采用肯納金屬公司的一種新型鉆頭，使加工一個(gè)孔的工時(shí)從6.7小時(shí)縮短到0.5小時(shí)，解決了生產(chǎn)關(guān)鍵問題。在加工高強(qiáng)度石油管螺紋時(shí)，原用三齒梳刀車削，后來(lái)開發(fā)了新的3個(gè)三齒梳刀的套齒工藝，提高加工效率多倍。 </p><p>　　再如在高速加工中心上，采用新的“圓周螺旋銑削”，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)復(fù)合刀具難以完成的一次鉆銑螺孔、倒角和切槽，擴(kuò)大了復(fù)合刀具的使用范圍，大大提高了加工效率。這種

52、螺孔鉆銑新工藝已應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋和變速箱體上的螺孔加工，在加工發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋上深度為14.1mm的M6螺孔時(shí)，采用主軸轉(zhuǎn)速20000r/min，進(jìn)給量700mm/min，加工一個(gè)螺孔僅需1.2秒。在加工鋁合金變速箱體上的帶凸臺(tái)和上下倒角的M24×1.5螺孔時(shí)，原來(lái)要用7把傳統(tǒng)刀具，7道加工工序來(lái)完成，德國(guó)Jel精密刀具公司推薦使用一把釬焊聚晶金剛石刀片的螺孔鉆銑復(fù)合刀具，在主軸轉(zhuǎn)速20000r/min時(shí)，自動(dòng)依次完成加工，整個(gè)

53、加工時(shí)間僅用4秒。 </p><p>　　新材料刀具的使用使切削效率大大提高，高鈷高釩高性能高速鋼刀具的耐用度可比普通高速鋼提高1.5～3倍。粉末冶金高速鋼的強(qiáng)度可提高20%～30%，韌性提高1.5～2倍，并且可靠性比普通高速鋼明顯提高，國(guó)外在加工中心上已普遍使用這種粉末冶金高速鋼制造的小鉆頭、絲錐和銑刀等，而我國(guó)還甚少使用。國(guó)外近年來(lái)發(fā)展了多種新成份、新牌號(hào)的硬質(zhì)合金，發(fā)展了高強(qiáng)度高韌性的0.5～1μm超細(xì)顆粒

54、的硬質(zhì)合金，開發(fā)了多種新涂層硬質(zhì)合金，使硬質(zhì)合金的切削性能顯著提高，代替了部分過去只能用高速鋼制造的較復(fù)雜的刀具。陶瓷、立方氮化硼和聚晶金剛石等超硬材料刀具，國(guó)外應(yīng)用日廣，切削速度可比硬質(zhì)合金提高數(shù)倍，大大提高加工效率，在德國(guó)，已有約70%的鑄件用陶瓷刀具加工，日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具總量的8%～10%，而我國(guó)超硬材料刀具用得還很少。 </p><p>　　2005年，美國(guó)消費(fèi)機(jī)床58.2億美元，消費(fèi)刀具3

55、0億美元；同一年我國(guó)消費(fèi)機(jī)床107.8億美元，而消費(fèi)刀具僅17億美元。這反差明顯說明我國(guó)的機(jī)械制造業(yè)，對(duì)先進(jìn)切削技術(shù)和高效刀具對(duì)提高生產(chǎn)效率的作用，不夠重視，并大大地低估了。充分認(rèn)識(shí)并努力推廣應(yīng)用先進(jìn)切削技術(shù)和高效刀具，提高加工生產(chǎn)效率，降低成本，加強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，已是我國(guó)機(jī)械制造業(yè)發(fā)展所面臨的需要盡快解決的重大問題。</p><p>　　第四章 刀具技術(shù)的現(xiàn)狀分析</p><p>　　

56、第一節(jié) 我國(guó)工具工業(yè)的發(fā)展情況</p><p>　　一、我國(guó)2005年消費(fèi)刀具約17億美元。2006年消費(fèi)刀具約20億美元，其中進(jìn)口刀具約10億美元。2007年工具工業(yè)空前高速發(fā)展，銷售收入增加達(dá)28%左右。2008年前三季度工具工業(yè)仍繼續(xù)高速發(fā)展，增長(zhǎng)超過20%，但10月以后下滑明顯，但全年增長(zhǎng)仍在12%以上。受世界經(jīng)濟(jì)危機(jī)影響，2009年上半年工具工業(yè)繼續(xù)下滑，但7～8月以后整個(gè)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)已開始回暖，工具工業(yè)

57、亦已逐步好轉(zhuǎn)。 </p><p>　　近年我國(guó)工具工業(yè)雖也有不小發(fā)展，但遠(yuǎn)落后于機(jī)床業(yè)的發(fā)展。生產(chǎn)中使用的高效先進(jìn)刀具，大部分是從國(guó)外進(jìn)口的（含外國(guó)資企業(yè)在中國(guó)生產(chǎn)的刀具）。我們現(xiàn)在也出口不少刀具，但主要是廉價(jià)低擋的標(biāo)準(zhǔn)刀具。2004年我國(guó)生產(chǎn)刀具約25億件，其中20億件是廉價(jià)低擋刀具（大部分出口），這以后幾年出口的仍基本是中低擋刀具。在美國(guó)市場(chǎng)上中等規(guī)格麻花鉆，每個(gè)價(jià)約10美元，而市場(chǎng)上中國(guó)生產(chǎn)的低擋麻花鉆價(jià)僅

58、1美元，僅被用作手工工具。我國(guó)現(xiàn)在有世界第一的汽車工業(yè)，但汽車工業(yè)從國(guó)外引進(jìn)的高效生產(chǎn)線，所用的刀具80%～90%至今仍是進(jìn)口刀具（含國(guó)內(nèi)的外資企業(yè)產(chǎn)品）。現(xiàn)在我國(guó)刀具生產(chǎn)供銷情況是，高端先進(jìn)刀具產(chǎn)品主要依靠從國(guó)外進(jìn)口，而低擋刀具產(chǎn)品惡性膨脹（大部出口），這種情況必須盡快改變。 </p><p>　　我國(guó)機(jī)械制造業(yè)生產(chǎn)中大量使用標(biāo)準(zhǔn)刀具，而發(fā)達(dá)國(guó)家則大量使用高效先進(jìn)刀具，致使我國(guó)加工效率遠(yuǎn)低于國(guó)外。我國(guó)工具廠仍大

59、量生產(chǎn)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具，一些小工具廠還大量生產(chǎn)低擋刀具，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)消耗全世界40%的工具材料，銷售收入?yún)s只占全世界工具業(yè)的12～15%。國(guó)外工具企業(yè)的毛利率都在40%左右，而我國(guó)工具廠的利潤(rùn)很低，部分工具廠還虧損。 </p><p>　　現(xiàn)在我國(guó)的工具廠，以大量生產(chǎn)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具為主。從機(jī)械制造業(yè)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，今后我國(guó)工廠中的高效數(shù)控機(jī)床的比重將逐年增加，高效先進(jìn)刀具的需求量將隨之迅速增加，而傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具的需要

60、量將逐年減少。此外。由于我國(guó)人工成本增加，中低擋的標(biāo)準(zhǔn)刀具出口的價(jià)格優(yōu)勢(shì)將逐漸喪失，出口量必將隨之減少。如工具企業(yè)仍以生產(chǎn)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具為主，則銷售量必將逐漸委縮（一些民營(yíng)的小工具廠大量生產(chǎn)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具，大工具廠因成本較高，無(wú)法競(jìng)爭(zhēng)而逐漸失去這部分市場(chǎng)），將沒有發(fā)展前途。因此，我國(guó)的工具工業(yè)必須改變理念，大力發(fā)展高效先進(jìn)刀具的生產(chǎn)，用國(guó)產(chǎn)高效先進(jìn)刀具代替國(guó)外產(chǎn)品，奪回被進(jìn)口刀具占有的這部分市場(chǎng)，重視售后生產(chǎn)服務(wù)，只有這樣，我國(guó)的工具企業(yè)才

61、有發(fā)展前途，我國(guó)的工具工業(yè)才能得到振興。</p><p>　　二、機(jī)械制造業(yè)的總形勢(shì)近年來(lái)，我國(guó)的制造工業(yè)獲得持續(xù)高速的發(fā)展，中國(guó)已是一個(gè)制造大國(guó)：世界各國(guó)都在大量進(jìn)口中國(guó)產(chǎn)品，并且中國(guó)的出口中，機(jī)電產(chǎn)品已占多數(shù)。在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)寒潮和危機(jī)中，機(jī)械工業(yè)雖受到較大影響，但總規(guī)模和總產(chǎn)量?jī)H次于美國(guó)，超過日本，居世界第二，出口已超過德國(guó)，達(dá)到世界第一位，2009年中國(guó)汽車產(chǎn)量已超過美國(guó)而居世界第一。中國(guó)已成為名符其實(shí)的世界

62、制造大國(guó)。2010年《全球制造業(yè)白皮書》公布的《全球10大制造強(qiáng)國(guó)》排行榜中，中國(guó)名列第三。今年《世界機(jī)械500強(qiáng)》中，美國(guó)以126家企業(yè)入選而居榜首，日本以124家居第二，我國(guó)入選企業(yè)77家居第三。但今年世界機(jī)械500強(qiáng)前10名中，中國(guó)無(wú)一入選；世界機(jī)械100強(qiáng)中，中國(guó)僅入選9名。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，我國(guó)制造業(yè)大而不強(qiáng)，雖然是制造大國(guó)，但不能稱為制造強(qiáng)國(guó)。例如鋼鐵，我們大量出口低價(jià)鋼材而進(jìn)口高附加值的合金鋼。機(jī)床也是出口廉價(jià)的中低檔機(jī)床，而進(jìn)

63、口昂貴的數(shù)控和精密機(jī)床。</p><p>　　近年來(lái)，我國(guó)五金工具工業(yè)雖有不小發(fā)展，但遠(yuǎn)落后于機(jī)床業(yè)的發(fā)展。生產(chǎn)中使用的高效先進(jìn)刀具，大部分是從國(guó)外進(jìn)口的（含外國(guó)資企業(yè)在中國(guó)生產(chǎn)的刀具）。我們現(xiàn)在也出口不少刀具，但主要是廉價(jià)低檔的標(biāo)準(zhǔn)刀具。2004年我國(guó)生產(chǎn)刀具約25億件，其中20億件是廉價(jià)低檔刀具（大部分出口），這以后幾年出口的仍基本是中低檔刀具。在美國(guó)市場(chǎng)上，中等規(guī)格的麻花鉆每支價(jià)格約10美元，而市場(chǎng)上中國(guó)生

64、產(chǎn)的低檔麻花鉆價(jià)格僅1美元，被用作手工工具。我國(guó)現(xiàn)在有世界規(guī)模第一的汽車工業(yè)，但汽車工業(yè)從國(guó)外引進(jìn)的高效生產(chǎn)線，所用的刀具80％～90％至今仍是進(jìn)口刀具（含國(guó)內(nèi)的外資企業(yè)產(chǎn)品）。現(xiàn)在我國(guó)刀具生產(chǎn)供銷情況是，高端先進(jìn)刀具產(chǎn)品主要依靠從國(guó)外進(jìn)口，而低檔刀具產(chǎn)品惡性膨脹（大部出口），這種情況必須盡快改變。我國(guó)機(jī)械制造業(yè)生產(chǎn)中大量使用標(biāo)準(zhǔn)刀具，而發(fā)達(dá)國(guó)家則大量使用高效先進(jìn)刀具，致使我國(guó)加工效率遠(yuǎn)低于國(guó)外。我國(guó)五金工具廠仍大量生產(chǎn)傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)刀具，一

65、些小工具廠還大量生產(chǎn)低檔刀具，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)消耗全世界40％的工具材料，銷售收入?yún)s只占全世界工具業(yè)的12％～15％。國(guó)外工具企業(yè)的毛利率都在40％左右，而我國(guó)工具廠的利潤(rùn)很低，部分工具廠還虧損</p><p>　　刀具材料的創(chuàng)新與發(fā)展過程</p><p>　　一、 涂層硬質(zhì)合金</p><p>　　由于硬質(zhì)合金兼具強(qiáng)韌性和抗磨損性，因此是一種主要的刀具材料。今天在美

66、國(guó)使用的金屬切削刀具中涂層硬質(zhì)合金刀具幾乎占了80%。通過延緩各種磨損過程（前刀面磨損、月牙洼磨損、缺口磨損、粘結(jié)磨損等），超硬涂層延長(zhǎng)了硬質(zhì)合金刀具的使用壽命，提高了被加工零件的表面精度，通過高速、高進(jìn)給加工顯著提高了金屬切削生產(chǎn)率。CVD（化學(xué)涂層）已占涂層硬質(zhì)合金刀具的60%～65%，其余的為PVD（物理涂層）。</p><p><b>　?。ㄒ唬?CVD涂層</b></p>

67、;<p>　　現(xiàn)代CVD涂層具有以下特征：包括TiCN、TiC、TiN、ZrCN和Al2O3等各種化合物的多層涂層，具有可控的晶體結(jié)構(gòu)（alpha-alumina或kappa-alumina）和優(yōu)化的顆粒尺寸以滿足各種加工應(yīng)用。通過對(duì)CVD工藝過程控制的改進(jìn)，刀具制造商目前可以在一個(gè)較大的厚度范圍內(nèi)（4～25μm）提供具有良好一致性和復(fù)現(xiàn)性的涂層。各單層厚度僅為0.2μm的多層涂層可適合于加工具有強(qiáng)韌性的工件材料。CVD涂

68、層可以在高溫（1000℃）、中溫（MT-CVD，850℃左右）下沉積，或者通過等離子體輔助工藝（PA-CVD，約600℃）獲得。中溫化學(xué)涂層較低的工藝溫度和較快的沉積速率使得涂層與基體分界面上的脆性η相最小化，同時(shí)減少了在高溫CVD涂層中常見的由高溫導(dǎo)致的拉伸（thermallyinducedten-sile）裂紋。目前MT-CVDTiCN涂層已成為在硬質(zhì)合金基體上進(jìn)行多層CVD涂層的一個(gè)主要成分。CVD涂層刀具被廣泛應(yīng)用于各類機(jī)械加工

69、包括車削、鉆削、螺紋加工、切槽加工、切斷加工以及銑削加工，可適應(yīng)不同的切削速度和進(jìn)給量。</p><p><b>　　（二） PVD涂層</b></p><p>　　上世紀(jì)80年代中期，低溫下（<500℃）采用PVD在硬質(zhì)合金工具上進(jìn)行超硬TiN涂層就已進(jìn)入商業(yè)應(yīng)用。涂層在低壓的等離子區(qū)沉積，該離子區(qū)具有源于磁控濺射、電弧蒸發(fā)以及電子束蒸發(fā)所衍生的金屬元素。經(jīng)過

70、蒸發(fā)或?yàn)R射處理的金屬元素（鈦、鋁、鉻等）與氣體類物質(zhì)（如氮?dú)狻⒓淄榈龋┓磻?yīng)，從而沉積形成硬涂層。典型的商業(yè)涂層包括TiN、TiCN、CrN、TiAlN、AlTiN、TiB2以及多層物質(zhì)如TiN-TiAlN。PVD工藝具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它能在鋒利的切削刃上涂覆細(xì)顆粒、光滑、低摩擦、抗熱裂的涂層。同時(shí)，PVD涂層具有的殘余壓應(yīng)力使它在抗裂紋擴(kuò)展、防止刀具早期失效方面更具優(yōu)勢(shì)。更新的PVD納米涂層和PVD納米結(jié)構(gòu)涂層尚處在開發(fā)階段。</p

71、><p>　　PVD TiN和TiAlN涂層已經(jīng)顯著提高了高速工具鋼在用于鉆頭、立銑刀時(shí)的性能。經(jīng)過PVD涂層的硬質(zhì)合金刀具在螺紋加工、切槽加工、切斷加工、精車、銑削、鉆孔等操作中被應(yīng)用于加工各種各樣的工件，包括碳鋼、合金鋼、奧氏體、鐵素體和馬氏體不銹鋼、鈦合金、耐高溫合金、鑄鐵以及非鐵金屬材料。PVD涂層工具特別適合抵抗在低碳鋼、奧氏體不銹鋼的加工過程中出現(xiàn)的積屑瘤和微小崩刃。經(jīng)過PVD TiAlN涂層的硬質(zhì)合金刀

72、具所具有的高熱硬性、高化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化的性能，更適合用于高溫合金的高速加工。PVD TiB2涂層工具因其具有防止積屑瘤生成的能力，所以在加工鋁鎂合金方面更勝一籌。</p><p>　　（三） PVD-CVD復(fù)合涂層</p><p>　　在20世紀(jì)80年代末研制成功的PVD-CVD復(fù)合涂層，既有一個(gè)具有高結(jié)合強(qiáng)度的CVD TiN-TiCN內(nèi)層涂層，同時(shí)又有硬度高、顆粒精細(xì)、防裂紋、表面光滑

73、的帶有殘余壓應(yīng)力的PVD TiN外層涂層。這種復(fù)合涂層使刀具在斷續(xù)切削鋼件和難加工材料方面表現(xiàn)出眾。其它包含PVD TiAlN的PVD-CVD復(fù)合涂層也已經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)化應(yīng)用。</p><p>　?。ㄋ模?固體潤(rùn)滑涂層</p><p>　　考慮到對(duì)切削液安全處理的環(huán)境保護(hù)方面的要求，迫使切削工具的用戶把冷卻液的使用減到最少甚至完全不用切削液（采用干切削）。切削工具制造商則通過應(yīng)用固體潤(rùn)滑涂層

74、（如MoS2和WC/C）來(lái)滿足這種需要。當(dāng)與硬涂層底層（如PVD TiAlN）結(jié)合時(shí)，固體潤(rùn)滑涂層可使硬質(zhì)合金刀具在鋼件、鋁合金件上鉆孔、攻絲時(shí)的金屬切削性能得以提升。</p><p>　　二、 超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金</p><p>　　具有硬度（抗磨損性）與強(qiáng)度（抗彎強(qiáng)度）完美結(jié)合的超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金（粒度小于0.5μm）目前正應(yīng)用于制造木工刀具、印刷電路板刀具及立銑刀等領(lǐng)域。預(yù)計(jì)它們的使用將

75、在未來(lái)得以增長(zhǎng)，尤其是在鋁合金和鑄鐵發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的銑削方面。</p><p>　　三、 帶梯度功能基體的涂層硬質(zhì)合金</p><p>　　第一款具有梯度功能基體的CVD TiC-TiCN-TiN涂層的工程化硬質(zhì)合金開發(fā)于1982年。與刀片原坯相比，其刀片表面含有更多的鈷。在這種第一代高鈷工具中，不僅邊緣的鈷含量高（約為體積內(nèi)的3倍），而且鈷是以多層的形式出現(xiàn)，這在斷續(xù)切削的過程中會(huì)有效地阻止

76、裂紋的擴(kuò)展，因此可以防止刀片碎裂。在為滿足更高速度的加工需要所開發(fā)的第二代高鈷工具中，刀片邊緣不僅鈷含量更高，同時(shí)也避免了碳化物的“立方化”。這兩個(gè)因素都使刀片邊緣的強(qiáng)度得到提高。</p><p><b>　　四、 表面處理</b></p><p>　　涂層硬質(zhì)合金刀具的性能不僅依賴于材料成分、顯微結(jié)構(gòu)、基體特性及涂層，也依賴于基體與涂層間的內(nèi)部結(jié)合強(qiáng)度。近年來(lái)，在該

77、領(lǐng)域的研究已取得了顯著的進(jìn)展，其中包括在涂層之前對(duì)硬質(zhì)合金基體的表面用磨料進(jìn)行處理，以改善表面的完整性和平滑度，從而增加涂層的結(jié)合強(qiáng)度。</p><p>　　涂層硬質(zhì)合金刀具表現(xiàn)出的主要問題之一，是在某些加工應(yīng)用中涂層“分層”的敏感性會(huì)導(dǎo)致切削刃的微小崩刃以及積屑瘤的堆積，從而降低零件加工的光潔度并導(dǎo)致刀具早期失效。通過涂層后的處理，這個(gè)問題現(xiàn)在已經(jīng)在很大程度上得到了解決，通過涂層后的處理去掉了上部的TiN層，露

78、出在切削刃處的氧化鋁層。</p><p><b>　　五、 金屬陶瓷</b></p><p>　　盡管TiC-Ni合金作為金屬陶瓷家族的第一個(gè)切削工具，早在上世紀(jì)30年代初就進(jìn)入了商業(yè)應(yīng)用，但也無(wú)法與天生就更強(qiáng)的WC-Co基刀具相抗衡。上世紀(jì)60年代鉬的增加、80年代TiCN對(duì)TiC的取代以及90年代TaC、NbC、ZrC、HfC、WC、VC、Cr3C2以及Co的增加

79、，開發(fā)了抗磨損性能、抗熱沖擊力以及強(qiáng)度不同組合的金屬陶瓷，使得金屬陶瓷刀具可以適合各類不同的需要，如對(duì)碳鋼、合金鋼、不銹鋼、球墨鑄鐵、高溫合金、易切削鋁以及其它非鐵合金的半精加工和精加工。雖然金屬陶瓷原本具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，但為了提高它的韌性而增加鎳、鈷結(jié)合劑的含量已使它具有一定的化學(xué)反應(yīng)性，以涂覆加工黑色金屬所需的硬涂層。然而，CVD涂層過程中的高溫有可能產(chǎn)生含有鎳和鈦的脆性的金屬間化合物，因此，金屬陶瓷刀具都采用PVD涂層。<

80、;/p><p>　　刀具在制造中的成本分析</p><p>　　一、 隨著現(xiàn)代科技水平的提高，設(shè)備更新?lián)Q代速度越來(lái)越加快，目前更新?lián)Q代的速度可達(dá)10-15年更換一代。要在這樣短的時(shí)間內(nèi)賺回設(shè)備投資并創(chuàng)造利潤(rùn)，必須充分挖掘刀具的潛力。據(jù)有關(guān)資料分析：刀具費(fèi)用占制造成本的2.4～4%，但它卻直接影響占制造成本中20%的機(jī)床費(fèi)用和38%的人工費(fèi)用。</p><p>　　還有一

81、種算法是機(jī)床與刀具投入比為9:1到7:3，只要刀具投資到位，切削速度和進(jìn)給速度每提高15～20%可使制造成本降低10～15%。有資料對(duì)切削加工進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析指出：由于刀具成本在零件制造成本中所占的比例僅為3%～5%，如果把刀具的購(gòu)買價(jià)格降低30%，企業(yè)只節(jié)省了1%的零件成本;如果購(gòu)進(jìn)了較好的刀具，使刀具壽命延長(zhǎng)50%，企業(yè)也只節(jié)省1%的零件成本;但是如果購(gòu)進(jìn)了性能優(yōu)異的刀具，從而改善切削能力，提高加工效率(假設(shè)提高20%)，那么就能節(jié)省1

82、5%的零件成本。至今，這個(gè)理論已經(jīng)被很多切削加工的實(shí)例所證實(shí)。</p><p>　　有資料曾就采用不同的刀具進(jìn)行加工做過一個(gè)比較：在1900年，采用碳素工具鋼的刀具，加工一根直徑由lOOmm，長(zhǎng)500mm的碳鋼軸件，需要100分鐘才能完成，而在100年后的今天，采用硬質(zhì)合金涂層刀具或立方氮化硼刀具，加工上述同樣的軸，僅需要1分鐘就能完成，切削效率提高100倍。由此可見刀具在提高切削效率方面的潛力是相當(dāng)巨大的。&l

83、t;/p><p>　　原材料漲價(jià)原因及其對(duì)刀具企業(yè)影響</p><p>　　（一）、 去年12月份以來(lái)，國(guó)內(nèi)硬質(zhì)合金材料漲價(jià)幅度已高達(dá)40%～60%，國(guó)外材料漲幅亦達(dá)到20%-30%，短短半年時(shí)間，是什么促使這不同尋常的漲價(jià)？記者專訪幾大原材料廠商，綜述為以下三點(diǎn)原因：</p><p><b>　　1、國(guó)家宏觀調(diào)控。</b></p>

84、<p>　　為了遏制國(guó)內(nèi)鎢礦行業(yè)亂采濫挖和畸形出口，4月1日，國(guó)土部公布了《關(guān)于下達(dá)2011年鎢礦銻礦和稀土礦開采總量控制指標(biāo)的通知》。根據(jù)通知，2011年全國(guó)鎢精礦（三氧化鎢含量65%）開采總量控制指標(biāo)為87000噸。今年的計(jì)劃指標(biāo)較去年有所增加，但與去年的實(shí)際產(chǎn)量相比則明顯更少。業(yè)內(nèi)表示，指標(biāo)反映出政府對(duì)于稀有金屬持續(xù)保護(hù)和限制的思路。</p><p><b>　　2、囤貨炒作</b

85、></p><p>　　據(jù)行業(yè)人士表示，囤貨炒作可能性也很大。目前，市場(chǎng)上逐利的民間資本四處尋找暴富的機(jī)會(huì)，大量囤貨哄抬價(jià)格在市場(chǎng)上屢見不鮮，從“蒜你很”、“豆你玩”到“姜你軍”、“蘋什么”，到處可以看到它們炒作的痕跡。如是，價(jià)格應(yīng)該在下半年有一次回落過程，8、9月份會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)。</p><p><b>　　3、國(guó)際大環(huán)境影響</b></p>&l

86、t;p>　　在國(guó)際大環(huán)境下，美聯(lián)儲(chǔ)量化寬松政策造成世界通貨膨脹。人民幣對(duì)外升值對(duì)內(nèi)貶值，物價(jià)持續(xù)上漲，購(gòu)買力低。各行各業(yè)漲聲一片。同時(shí)，國(guó)家為了應(yīng)對(duì)金融危機(jī)出臺(tái)了十大措施以及兩年4萬(wàn)億元的刺激經(jīng)濟(jì)方案，拉動(dòng)整個(gè)市場(chǎng)的需求。</p><p>　　中國(guó)W資源富足，W資源除國(guó)內(nèi)使用外，還大量出口，當(dāng)今全球使用的W中約有75～80％來(lái)自中國(guó)，可是中國(guó)的W資源只夠用50年。因此，自多年以前，國(guó)土資源部就開始對(duì)我國(guó)鎢礦

87、實(shí)行總量控制管理。這是對(duì)我國(guó)優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)資源進(jìn)行有效保護(hù)、科學(xué)合理的利用，同時(shí)也能穩(wěn)定全球市場(chǎng)供求關(guān)系，有效提升我國(guó)優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)在國(guó)際市場(chǎng)的話語(yǔ)權(quán)。</p><p>　?。ǘ?漲價(jià)對(duì)不同刀具用戶的影響</p><p>　　如果把硬質(zhì)合金材料漲價(jià)作為一個(gè)中心點(diǎn)，理清從鎢礦到最終刀具用戶這條線索還真是一個(gè)有些長(zhǎng)的鏈條。鎢礦是鏈條的一端，刀具用戶則是另外一端。那么站在端點(diǎn)的刀具用戶們會(huì)很顯然的發(fā)現(xiàn)刀

88、具采購(gòu)已經(jīng)是一件很“頭疼”的事！</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　一、大力發(fā)展數(shù)控加工技術(shù)及裝備，已成為世界各國(guó)政府的戰(zhàn)略決策，用數(shù)控裝備武裝現(xiàn)代工業(yè)和改造傳統(tǒng)工業(yè)也成為世界各國(guó)制造業(yè)發(fā)展的方向。改革開放后，我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展舉世矚目，機(jī)床總產(chǎn)量和技術(shù)水平已邁入世界第一方陣，機(jī)床的進(jìn)口消費(fèi)量近年已達(dá)世界之首，我國(guó)已跨入世界制造大國(guó)之列，但還

89、不是制造強(qiáng)國(guó)。其中我國(guó)目前制造業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率只相當(dāng)于美國(guó)的1/23，日本的1/25，德國(guó)的1/18，與先進(jìn)的工業(yè)國(guó)家相比，還存在著巨大差距。</p><p>　　二、工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的數(shù)控機(jī)床在兩班制工作條件下開動(dòng)率達(dá)到60-70%，而我國(guó)國(guó)內(nèi)許多企業(yè)往往只能達(dá)到20-30%，造成我國(guó)數(shù)控機(jī)床使用率低的原因是多方面的，除了設(shè)備配備不合理、技術(shù)人員綜合素質(zhì)有待提高、數(shù)控機(jī)床的工作環(huán)境差、生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作滯后等原因外，最

90、重要的一點(diǎn)是機(jī)床與刀具的技術(shù)含量不匹配，有相當(dāng)一部分生產(chǎn)企業(yè)還普遍地采用焊接式刀具用于數(shù)控機(jī)床加工，不講究“門當(dāng)戶對(duì)”、“好馬配好鞍”，致使先進(jìn)的機(jī)床配備落后的刀具，造成設(shè)備潛力沒有充分發(fā)揮出來(lái)，從而造成巨大的浪費(fèi)。因此，更新觀念，廣泛應(yīng)用先進(jìn)刀具巳成當(dāng)務(wù)之急。在投資機(jī)床的同時(shí)，一定要配備相應(yīng)的刀具，才能保證設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，有效地提高生產(chǎn)率，從而獲取更大的利潤(rùn)。</p><p>　　三、建國(guó)以來(lái)，我國(guó)刀具行業(yè)為機(jī)

91、械制造業(yè)的發(fā)展做了大量的工作，取得了很大的成績(jī)，但隨著切削加工速度的提高，難切削加工材料的大量使用，數(shù)控設(shè)備的普及，對(duì)切削加工刀具的要求越來(lái)越高。國(guó)產(chǎn)刀具在使用壽命、可靠性等方面都與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家存在明顯差距，無(wú)論是在產(chǎn)品的品種還是性能和質(zhì)量上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了我國(guó)制造業(yè)發(fā)展的需求。近年來(lái)，我國(guó)每年進(jìn)口刀具的金額增長(zhǎng)率高達(dá)50%以上，這一事實(shí)值得我們認(rèn)真思考和努力改進(jìn)。</p><p>　　第五章 發(fā)展趨勢(shì)和方向&l

92、t;/p><p>　　第一節(jié) 高速加工（高速切削）發(fā)展的必然趨勢(shì)</p><p>　　一、 首先回顧百年來(lái)切削發(fā)展史：1900年當(dāng)時(shí)的刀具材料為碳素工具鋼，如果加工一根直徑φ100mm，長(zhǎng)500mm的碳鋼軸件，需要100分鐘才能完成，而在2000年的今天，刀具材料為硬質(zhì)合金涂層刀具和立方氮化硼刀具，加工上述同樣一根軸，僅需要一分鐘完成，切削效率提高100倍。充分說明機(jī)床和刀具技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新

93、的階段。切削加工（含磨削）不僅現(xiàn)在而在整個(gè)21世紀(jì)仍是機(jī)械制造業(yè)的主導(dǎo)加工方法，絕大部分機(jī)械零件需機(jī)械加工完成。目前切削加工約占整個(gè)機(jī)械加工工作量的95％，據(jù)有關(guān)專家估計(jì)，21世紀(jì)的切削加工仍將占機(jī)械加工的90％以上，因此提高切削加工水平仍然是一個(gè)重要的研究課題。</p><p>　　第二節(jié) 發(fā)展方向 </p><p>　　一、 當(dāng)前應(yīng)用創(chuàng)新的切削工藝，采用先進(jìn)的刀具，適當(dāng)?shù)卦黾拥毒哔M(fèi)用

94、的投入，提高加工效率和加工質(zhì)量，降低制造的整體成本，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力已成為工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家機(jī)械加工企業(yè)的共識(shí)，也引起我國(guó)機(jī)械加工企業(yè)的關(guān)注。合理的刀具投入，可以成倍地提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)于提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力是很值得的投資。制造業(yè)企業(yè)只有轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念，正確理解降低成本的實(shí)質(zhì)，克服片面控制刀具費(fèi)用的做法。因此，從刀具應(yīng)用技術(shù)人手，提高企業(yè)切削刀具的應(yīng)用水平，在我國(guó)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。</p><p>

95、　　國(guó)內(nèi)刀具企業(yè)應(yīng)轉(zhuǎn)變觀念，提高市場(chǎng)意識(shí)、品牌意識(shí)，抓住機(jī)遇，加快自身的技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)改造力度，加大研發(fā)力度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、優(yōu)良的服務(wù)贏得客戶的信任，以先進(jìn)的切削刀具、新型的刀具材料和涂層技術(shù)不斷滿足機(jī)械制造業(yè)的需求。我國(guó)的工具工業(yè)必須改變理念，大力發(fā)展高效先進(jìn)刀具的生產(chǎn)，用國(guó)產(chǎn)高效先進(jìn)刀具代替國(guó)外產(chǎn)品，奪回被進(jìn)口刀具占有的這部分市場(chǎng)，重視售后生產(chǎn)服務(wù)，只有這樣，我國(guó)的工具企業(yè)才有發(fā)展前途，我國(guó)的工具工業(yè)才能得到振興。&l

96、t;/p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　通過本論文對(duì)刀具行業(yè)的了解，讓我們知道刀具對(duì)機(jī)械加工的重要性，大力發(fā)展刀具行業(yè)對(duì)我國(guó)機(jī)械制造業(yè)的有效推動(dòng)。加快關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)，我國(guó)刀具企業(yè)要加快新型刀具材料、涂層技術(shù)、多功能及專用刀具等的開發(fā)，要加快觀念更新，把為用戶提供成套切削加工技術(shù)、革新加工方法作為發(fā)展方向和服務(wù)的內(nèi)容。打通原材料生產(chǎn)與刀具生產(chǎn)之間的障礙

97、，擁有自己的刀具材料生產(chǎn)力量，有力、及時(shí)的支撐刀具業(yè)的進(jìn)步。讓中國(guó)刀具業(yè)與時(shí)俱進(jìn)，遙遙領(lǐng)先！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 竺維彬 鞠世健.復(fù)合地層中的盾構(gòu)施工技術(shù).中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社</p><p>　　[2] Michael A.DIPonio Jay Dee-Michels-JV David C

98、hapman Lachel,Felice & AssociatesCraig Bournes Lovat,Inc EPB Tunnel Boring Machine Design for Boulder Condition</p><p>　　[3] 艾興．高速切削加工技術(shù)[M],國(guó)防工業(yè)出版社，2008</p><p>　　[4] 陳明，袁人煒,高速切削過程切削條件優(yōu)化研究最新

99、動(dòng)態(tài)[J],機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2011(3)：61-67</p><p>　　[5] 艾興，劉戰(zhàn)強(qiáng)，黃傳真，鄧建新，趙軍,高速切削綜合技術(shù)[J],航空制造技術(shù)，2009(3)：20-23</p><p>　　[6] 傅水根主編.機(jī)械制造工藝基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社，1998</p><p>　　[7] 劉舜堯,鐘世金,舒金波主編.制造工程實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)書.長(zhǎng)沙：中南大

100、學(xué)出版社，2002；</p><p>　　[8] 何少平,李國(guó)順,舒金波主編. 機(jī)械結(jié)構(gòu)工藝性.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2004；</p><p>　　[9] 嚴(yán)紹華主編.材料成形工藝基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社，2001</p><p>　　[10] 施江瀾主編.材料成形技術(shù)基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001</p><p>　　[

101、11] 呂廣庶,張遠(yuǎn)明主編.工程材料及成形技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，2001</p><p>　　[12] 孫大涌主編.先進(jìn)制造技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999</p><p>　　[13] 袁哲俊主編.精密和超精密加工技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999</p><p>　　[14] 王盤鑫主編.粉末冶金學(xué).北京：冶金工業(yè)出版社，1997</p&g

102、t;<p>　　[15] 顏永年主編.先進(jìn)制造技術(shù).北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　經(jīng)過近幾個(gè)月的忙碌和工作，本次畢業(yè)論文已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)專科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方。在這里首先要感謝我的導(dǎo)師xx老師。這篇論文的每個(gè)細(xì)節(jié)都離不開您的細(xì)心指導(dǎo)。在這里我表示