淺析現代刀具材料的發展及現狀

摘 要：論述了快速發展的機加工工藝技術促進了數控刀具結構基礎科研和新產品的研發。世界各大生產廠商生產的數控機床用刀具種類、規格居多，數量巨大，往往令人眼花繚亂。隨著數控加工設備與高性能加工刀具技術的迅猛發展，要實現高效率、高穩定性、長壽命加工。超硬刀具的應用也日漸普及起來，同時引入了許多先進的切削加工概念，如高速切削、硬態加工、高穩定性加工、以車代磨、干式切削等。刀具可靠性已經成為評價刀具和其性能的主要指標。

關鍵詞：刀具；刀具材料；金屬切削

一、刀具材料發展

我國在金屬切削方面歷史悠久。今天金屬加工的前期在古代是加工骨質、石質、木質、和其他非金屬器物。在舊石器時代就有石砍砸器，到了新石器時代，人們在與大自然的生存斗爭中不斷的改進自己的工具，并且以能在堅固的石頭上打孔孔。還能把堅硬的石頭鑲嵌在骨頭把上制成夾固式石刃骨刀。我國的金屬切削加工工藝，萌芽于青銅器時代，慢慢的形成和發展。到春秋時期已經出現了各種青銅器，青銅鑄造業已有了很好的發展。據記載表明，在這個時期的生產的青銅和生活工具，在制做過程中大都要經過切削加工或研磨。我國的冶鑄技術比西歐國家早將近1000年，煉鋼技術、淬火、和滲碳的發明，為制作鋒利的武器和工具提供了保障，當鐵質工具出現是，金屬切削加工進入了一個新的發展階段。記載表明早商代就有了雕琢玉器的工具，這也就是金屬切削機床的初期。在河北一漢墓出土的五銖錢，在外圓上，雕花均勻，切削振動波紋明朗，橢圓度精細，有經過車削的痕跡，有可能就是用手拿著工具進行切削。

到了明代，我國的手工業有了發展迅速，各種切削方法，有了明確的分工。如：車、銑、鉆、磨等等。北京古天文臺上的天文儀器的加工方法可以看出當時就有較高精度的磨、車、銑、鉆削等。

晚清時間，由于政府的腐敗，金屬加工出于停滯不前的狀態。

解放前，我國的工業也十分落后，沒有自己的機床，工具制造業。就連麻花鉆這樣的普通工具都不能制造。

解放后，我國的機床才有了一定的發展。機床和工具制造業逐漸從無到有，從小到大。

70年代初80年代末，工具材料發展迅猛，硬質合金和高速鋼的規格和品種獲得突破。如：涂層硬質合金、立方碳化硼，陶瓷等。到了后來數控、數顯設備也慢慢發展起來。由于受當時電子設備、微機、傳輸等影響，發展緩慢。后來隨著電子設備等發展也逐漸壯大起來。

迄今，已使切削速度提高到每分鐘一千米以上。歷史事實表明，在切削加工的發展過程中 ，刀具材料始終是最積極的因素。同時，被加工材料的發展也大大地推動了刀具材料的發展。

二、刀具材料現狀

1、概述：

近年來，刀具材料基礎科研和新產品的成果集中應用在高速（超高速）、硬質（含耐熱、難加工）、干式、精細（超精）數控機加工技術領域。刀具材料新產品的研發在超硬材料（金剛石、表面改性涂層材料、TIC基類金屬陶瓷、立方氮化硼、Al203、Si3n4基類陶瓷），W、CO類涂層和細顆粒（超細顆粒）硬質合金基體及含Go類粉末冶金高速鋼等領域進展速度較快。

2、超硬合金在刀具材料中占主要地位

隨著硬質合金的工藝的改進，傳統的硬質合金性能提高，和鈦基硬質合金、細顆粒等合金等新品種的開發，硬質合金已經占領了一席之地，起著主導作用，與涂層技術相結合，為高速切割、干切削等工藝提供了有利保障。

車類行業：聚晶、人造單晶金剛石面銑刀、鏜刀、車刀、鉸刀、等數控刀具等正大量應用于高強度、高硬度Si--Al合金零部件自動生產線上；

裝修行業：聚晶、CVD厚膜沉積金剛石）立銑刀、三面刃成形銑刀、面銑刀等類刀具正大量應用于高硬度復合竹木地板、家具及門窗等零部件自動生產線上；

交通行業及電子信息技術行業：金剛石CVD薄膜涂層數控刀具，應用于銑、車、鉆削、鉸、锪削加工高強度鋁合金、金屬層板、碳纖維熱塑性復合材料、鎂合金、石墨、陶瓷等零部件，滿足高速、耐力、干式機加工技術要求。各廠商正不斷地改進金剛石涂層工藝技術，提高金剛石薄膜與刀具基體的結合牢度和致密度；單晶金剛石刀具還被用于眼科角膜手術精細切割和印刷制板精細雕等行業。

各大生產商不停的改進金剛石各個種類刀具的刃磨工藝技術、刃磨精度和刃磨效率。

1）表面改性涂層材料主要有：TiN、TiCN、TiALN等，用計算機操控PVD、PCVD、CVD涂層工藝技術，用以上涂層材料用于對立銑刀、鉸刀、鉆頭等及各種機夾可轉位刀片的表面改性涂層處理，滿足高速、高壽命切削加工高強度、高硬度鑄鐵（鋼）、鎂合金、鋁合金、等材質工件的生產技術不同要求。刀具表面改性涂層工藝技術對于大幅度提高數控刀具的切削性能，具有低成本、見效快的特點，這種工藝技術可按照各種切削加工技術標準，靈活自如地改變涂層材料，工藝技術比較超前。

2）Ti基類金屬陶瓷，各種機夾可轉位車刀、鏜刀、鉸刀、等數控刀具和整體式立、鉸刀等數控刀具現在正應用于在高強度、高硬度鑄鐵合金、鍛鋼合金以及粉末冶金零部件自動生產線上，滿足高負荷、高運轉、干（濕）式精細機加工技術要求。各生產廠家正運用往里加入各種的微量元素和燒結工藝技術，研制新型金屬陶瓷材料產品，主要目的在于不斷提高其抗彎強度、抗沖擊韌性、耐磨性。

3）立方氮化硼聚晶復合片銑刀、鏜刀、車刀、鉸刀、復合（組合）孔加工等數控刀具大量應用于高強度、高硬度鑄鐵（鋼）合金、鍛鋼合金、淬火鋼合金、粉末冶金等零部件自動生產線上，滿足高速、高效、硬質、精細機加工技術要求。

4）Al203、Si3N4基類陶瓷，各種機夾可轉位車刀、銑刀等數控刀具應用于高強度、高硬度、耐磨鑄鐵（鋼）、鍛鋼、高錳鋼、淬火鋼、粉末冶金、工程塑料、耐磨復合材料等零部件生產線上，滿足高速、高效、硬質、干式機加工技術要求。目前，各廠商通過對Al203、Si3N4基類陶瓷材料添加不同微量元素及創新生產工藝技術，研發新型中、細顆粒陶瓷材料和功能梯度（多相）陶瓷材料產品，旨在不斷提高其抗彎強度、抗沖擊韌性。