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1、从航空工业需求看未来刀具的发展进入21世纪，激烈的市场竞争推动若以机器制造技术为先导的先进制造技术以前所木有的速度向前发展, 航空冬部件的制造也已进入以数字化制造技术为特点的发展时期。先进的航空产品要求航空冬件具有更优 异的性能、更低的成本和更高的环保性，而加工T艺要求具有更快的加T速度、更高的可靠性、高重复桥 度和可再现性。传统的刀具匚不能满足以上要求，刀具行业因此而进入了“高粘:度、高效率、高可靠性和专 用化的现代刀具生产新格局。高速、高效切削随看科学技术的进步，我们正处于先进制造技术快速发展时期，数控机床的推广应用，大大降低了零 件加工的辅助时间，极大地捉高了生产率。航空零件加工的总工时
2、中，辅助时间缩短，切削所占的时间比 例就相应増大，要想进一步提禺机床的生产率，必须大幅度提高切削速度，这也是近几十年來高速切削技 术迅速发展的主要原因。高速加工故早主要用于航空工业轻合金的加工，现C成为航空制造业提高加工效 率和质杲、降低加工成本的主要途径。在航空零部件加工中，高速切削正在被大最应用，主要有以下儿个原因：（1）为了故大限度地减匝和满足其他一些要求，许多构件、壁板等采用整体制造法，即在犬块毛坯 上去除余最，形成薄堆，细筋结构的零件，需要去除大最金属材料，导致切削时间占用零件总生产时间比 例很大，因此提高生产率的途径之一就是采用高速切削加工。（2）飞机零件的结构复杂、精度高，零件的
3、薄瞬、细筋结构刚度差，要尽最减少加工中的径向切削力 和热变形，只有采用高速切削加工才能满足这些要求。（3）难加工材料,如探基高温合金、钛合金、窩强度结构钢被现代航空产品大量采用,这些材料强度 大、硬度髙，耐冲击、加丁中容易硬化，切削温度髙、刀具磨损严重，属于难加工材料。一般采用很低的 切削速度进行加工，如果采用高速切削，不但可以大幅度提高生产率而且可以有效地减少刀具儒损,提高 零件的表面质最。高速切削加丁具有不同于传统切削加工技术的加工机理和应用优势，它是数控加工工艺观念的转变。 根据航空产品的材料和结构特点，要实现高速加工必须以先进高速切削刀具为保证。高速切削刀具必须具 有良好的耐解性和高强
4、度韧性，先进的刀具材料、优良的刀具涂层技术、合理的几何结构参数，高度动平 衡刀具系统，安全可靠的夹紧方式，以及高同心度的刀刃将度等等。刀具切削材料的发展方向及应用冃前，在飞机制造领域中，高速钢刀具约占总各类切削加工总刀具最的60%,破质合金刀具约占总刀 具最的35%,超硬刀具（立方氮化硼、金刚右）占全部刀具总最不超过5%,今后随着航空新材料不断涌现， 破切削、干切削应用的增加，駛质合金刀具、涂层刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具和聚晶金刚石刀具的 比例将大幅提高。1破质合金材料的发展为了满足高速切削技术的迅猛发展,以硬质合金为主的各种刀具材料性能己经全面提高,细颗粒、超 细颗粒皱质合金的开发及涂层
5、技术在硬质合金刀具上的应用显着地提高了硬质合金材料的强度和韧性，用 它制造的整体合金刀具正逐步代替传统的高速钢刀具，使切削速度和加丁效率提高了数倍，为高速切削的 推广应用打下了重要基础。整体硬质合金还在一些复杂成形刀具中得到了应用,满足了产品加工多样性的 需求。H前国内厦门金螢特种合金有限公司、株洲钻石破质切削刀具股份有限公司、四平博尔特工艺装备 有限公司及陕西航空破质合金工具公司都能为航空工业提供破质合金刀具，其产品性能接近世界先进水 平。21世纪駛质合金刀具材料应重点在2方血发展：一是细化晶粒使之达到纳米级微晶等级。硬质合金晶 粒尺寸越小，破质合金的硬度就越高其耐擁性就越好，韧性和刚度也就
6、越高，从而扩大其应用范用：:是 应用新技术新工艺开发新型换质合金提高锁质合金内在性能和质量。2涂层技术的发展刀具涂层技术在现代切削加工和刀具发展中起着十分求要作用，自问世以來发展非常迅速，尤其是近 几年取得了重大进展，化学涂层（CVD）仍然是可转位刀片的主要涂层丁艺，相继开发了中温CVD、厚膜 三氧化二铝、过渡层等新丁艺，在基体材料改善的基础上，使CVD涂层的耐擀性和韧性都得到了提高:而 物理涂层（PVD）技术也取得了重大突破，在涂层设备的结构、工艺过程、口动控制等方面都取得了重大 进展,开发了适应高速切削、干切削、硬切削的耐热性更好的涂层,通过对涂层结构的创新,开发了纳米、 多层结构等大帰新
7、型涂层，大幅度提高了涂层硕度和韧性。3超硬刀具材料的发展超硬材料是指金刚石和立方氮化硼（CBN）,其硬度比其他刀具材料高出几倍，金刚右是自然界中最硬 的物质，CBN的硬度仅次于金刚石。近年來，超硬刀具材料发展迅速。金刚石刀具材料分为5类：天然金刚石（ND）、人造聚晶金刚石复合片（PCD/CC）、金刚石薄膜涂 层刀具（CD）、金刚石厚膜刀具（FCD）和人造聚晶金刚石（PCD）。N D的结晶各向异性，在进行刀磨的 使用时必须选择适宜的方向：人造金刚石各向同性，其硬度低于ND,但强度与韧性好于ND。金刚石刀具能够有效地加工菲铁金属材料和非金属材料。如铜、钙等有色金属及其合金，陶瓷、硬质 合金，各种纤
8、维和颗粒加强复合材料，塑料、橡胶、石墨、玻璃和木材等，但金刚石忌切钢铁和其他铁族 元素。立方氮化硼（CBN）刀具材料具有极高的硬度和红硬性，是高速粘加工或半粘:加工淬火钢、冷硬铸铁、 高温合金的理想刀具材料,由于CBN刀具加工高硬度零件时可以获得良好的加工表面粗糙度,因此采用C BN刀具切削淬火钢可以实现以切代擁。4高速钢材料的发展在未來刀具材料发展中仍要提到高速钢材料的发展，尽管高速钢材料在全世界的销售额正逐年减少， 但高性能钻高速钢和粉末冶金高速钢的使用量仍在不断增加，这2种高性能高速钢比普通高速钢具有更好 的耐磨性、红硬性和使用的町靠性。随右人们对切削加工效率追求的提高和观念的转变，这些
9、高性能高速 钢刀具在航空领域被大杲采用。如航空难加工材料，自动钻钏机匕使用的钻、扩、饺、铢一体高粋度复合 刀具以及加工飞机零件复杂型面的各类复合刀具。随看科技进步，先进制造系统，高速切削、超巒密加丁、绿色制造的发展和付诸实现，对刀具提出了 全新要求，未來刀具材料也必将有匝人发展。刀具材料打丁件材料双方交替发展和相互促进，成为切削刀 具不断向前发展的历史规律。在耒來，刀具材料必将面临工件性能提高,加丁批戢加大和制适将度提升的 更严峻挑战。材料科学的进步，推动了刀具材料的发展，而刀具材料的发展应考虑原材料资源的制约。新 品种的出现，新d品种各自所占比頂的变化以及它们之间相互竞争和相互补充的格局，将
10、成为来來刀具材 料发展的新特点。刀具新技术、新结构、新品种的发展及趋势随看制造业的高速发展，航空工业及模具行业等重点产业部门对切削加丁不断提出更高的要求,推动 了采用新技术、新结构的刀具不断涌现，不断丰富刀具品种。国内外刀具制造商，如厦门金鹭特种合金有 限公司等为了满足航空制适对刀具的要求，与航空制适企业紧密合作，开发新型刀具。山于飞机零件具有 结构复杂、耕度高、零件擢薄和飞机零件采用钛合金、镰基合金、碳纤维及其他难加丁材料多的特点，因 此引导着航空刀具研制向以下方向发展。（1）高精度、高效率、高表面质最。传统的刀形参数已不能满足现代切削对刀具要求,厦门金鹭公司 研发人员根据加工要求和加T特点
11、开发了高效铝合金加工系列产品，采用超细晶硬质合金棒材：大関弧开 杷和渐变芯径设计，使得刀具刚性和排屑能力大大加强：刃I I抛光技术和容屑槽特殊处理工艺使被加工大 大提高：加工过程中应用工装和加工丁艺使整批刀具外径公差控制在10n m以下，轴向径向跳动控制在 5pm以下，刀具动平衡等级控制在G2.5以下。获得到国家专利保护，在国内大型飞机制适厂与国外知名刀 具对比中替代进口。（2）超高粘度、超长寿命。在加工大批最产品、复杂工件、粘:密工件，一般的刀具无法满足要求，厦 门金鹫公司研发人员开发金刚石涂层抛光刀具，金刚石涂层刀具在菲铁材料加工上表现超K的寿命，如加 工碳纤维、石墨、铝合金、复合材料等寿
12、命是其他涂层丿J具50倍以上，但缺点是其农面粗糙度不够理想。 廈门金踴公司研发人员应用独特工艺对金刚石涂层进行抛光处理，使被加工表面达到镜面效果，兼具超长 寿命和超高粋度的特点，获得国家专利保护。（3）高强度、高刚性等难加工材料。随若材料科学的快速发展，越來越多的难切削材料运用到各个领 域,以TC18为例,与普通钛合金相比，其加工效率是TC4的1/3,其转速、进给、吃刀量都不同程度下调, 廈门金踴公司研发人员耳西安飞机工业（集团）有限公司共同合作，开发双螺旋不等分刀具和前波刃刀具， 应用和开发无钛涂层，不仅适合槽加工也适合侧加工，而且加工率要高于普通钛合金加工。（4）各类金属材料与各类复合材料
13、夹层加工。近年來,随着航空技术的飞速发展,某些航空产品具有 特殊的功能及用途,采用传统单一材料己不能满足使用要求,为了满足这些产品的待殊功能,采用了材料 夹层技术，如探基合金、钛合金、不锈钢等金属与碳纤维、芳纶等非金属材料盜加的夹层材料。山于以上 金属与非金属都属于难加工材料，并且加工性能也截然不同，所以很难制适出同时满足加T以I：金属与非 金属夹层的刀具。厦门金隣公司、四平博尔特工艺装备公司人员耳西飞公司刀具设计人员共同研制了加工 以上夹层材料的新型刀具。（5）开发多功能刀具和高效专用刀具。航空冬部件的特点是结构复杂、精度高。对结构复杂、精度要 求高的零件尽最使用一种刀具:來完成加工，这样既
14、减少了换刀次数，又节省了换刀时间，提高了加工效率， 降低了制造成本。如以色列伊斯卡刀具公司的“霸王刀,在一个刀头的几个方向上都有切削刃，可在一次 装卡工序中完成左右车外园、车端面、切沟槽、倒角、仿形等多道工序，节省刀具数最、减少换刀时间， 提高丁效13倍。国内厂家厦门金鹭与四平博尔特工艺装备有限公司开发的多功能成型组合专用刀具、阶梯刀具、内冷 孔钻扩饺组合刀具等都是一种刀具完成多个工序的加工任务。这些多功能刀具的开发充分体现了多功能刀 具在提高加工效率、降低制造成木、节约投资方面的重要作用。(6) 可转位刀具广泛使。以往在航空材料加丁中整体刀具占绝大多数，随着航空材料中钛合金、高温 合金、高强
15、度钢在应用中的増加，可转位刀具的皿用也逐步増加，可转位刀具具有不经焊接、无裂纹等缺 陷，充分发挥原有刀片的切削性能，并减少机床停机療刀，装卸刀具的辅助时间等优点，使用可转位刀具 比焊接刀具可提高切削效率35%以上。H前西方国家可转位刀具进入成熟期，其品种不断增加，结构优化， 几何参数更加合理，在切削刀具中占右率达到80%左右，我国使用不到30%。所以对于我国航空工业件 加工，更广泛使用可转位刀具是未來的发展方向。(7) 刀具设计研制的数字化。现代刀具不仅应能满足高速切削、干式切削、破切削、复合切削加工等 先进切削技术的需求，而H要满足产品功能的多样化、结构的合理化、外形的实用美观等方血的更高要
16、求， 但以往刀具的设计主要依靠经验，依靠试验法，这种设计方法效率低、设计周期长、开发新产品难度大， 显然已阴碍了新型刀具的开发和使用，无法满足先进切削加工技术的需求。现代切削技术的发展迫切需要先进的刀具设计技术，而刀具设计的特点是空间角度难计算，形状复杂， 尺寸繁多并且切削机理复杂，但随着计算机技术及CAD/CAM技术的高速发展，采用先进技术和专用的 应用软件及刀具仿真技术进行刀具的研制开发将成为未來刀具设计与开发的方向。与刀具相关新技术的发展刀具的切削不仅取决于刀具本身，还与使用机床、刀具与机床的连接、刀具的刀柄系统、刀具的动平 衡、刀具安全监控系统等密切相关，而与刀具相关的技术也与刀具技术一起在科技进步推动下取得了新的1高速切削时刀具刀柄系统加工中心等数控机床以前一直采用传统的7 : 24实心锥柄工具系统，这种刀柄山于只靠锥面结合，刀 柄与主轴的联接刚性较低，主轴转速超过10000r
