從20世紀(jì)八十年代開(kāi)始，在信息技術(shù)等高新技術(shù)的帶動(dòng)下，機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)入了“高速、高效、智能、復(fù)合、環(huán)保”的發(fā)展新階段，出現(xiàn)了高速（效）切削、近凈成形、柔性化加工、五軸加工、復(fù)合加工機(jī)床、網(wǎng)絡(luò)制造、綠色制造等新的制造技術(shù)及裝備，為制造業(yè)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品、提高加工效率和加工質(zhì)量、降低制造成本、縮短交貨周期、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、降低能源和資源消耗發(fā)揮了重要的作用。在上述新加工工藝及裝備中，切削加工的新技術(shù)及刀具的進(jìn)展尤為突出，已成為當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)十分重要的基礎(chǔ)工藝之一，也是金屬加工企業(yè)開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品、新工藝、應(yīng)用新材料和建立創(chuàng)新體系不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。

   隨著現(xiàn)代切削技術(shù)的發(fā)展，刀具應(yīng)用技術(shù)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。一把刀具最終能否為用戶(hù)創(chuàng)造效益，不僅在于當(dāng)初創(chuàng)新的設(shè)計(jì)和精心的制作，而且最后要靠符合加工條件的正確使用。目前，刀具制造商正是通過(guò)向用戶(hù)提供配套的刀具應(yīng)用技術(shù)，滿(mǎn)足用戶(hù)提高加工效率、降低制造成本和提高加工質(zhì)量的需要，或開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品、應(yīng)用新材料的需要，并實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)的創(chuàng)新服務(wù)。因此，刀具應(yīng)用技術(shù)已成為刀具制造商的核心技術(shù)之一，越來(lái)越受到重視。對(duì)于刀具用戶(hù)企業(yè)，提高刀具的使用技術(shù)不僅可以發(fā)揮企業(yè)現(xiàn)有的切削加工潛力，提高加工效率，而且可為今后開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品和新工藝打下基礎(chǔ)。

   金屬切削加工是一個(gè)多因素的復(fù)雜過(guò)程，使刀具的應(yīng)用技術(shù)包含著很廣泛的內(nèi)容。本講座通過(guò)對(duì)切削加工過(guò)程的分析，抓住構(gòu)成并影響切削過(guò)程的主要因素，作為刀具應(yīng)用技術(shù)共性基礎(chǔ)內(nèi)容加以探討，希望能對(duì)刀具的正確使用有所幫助。

   圖1 是車(chē)削加工的簡(jiǎn)圖和相關(guān)的術(shù)語(yǔ)，切削過(guò)程發(fā)生在刀具與工件相互作用的切削區(qū)，工件材料經(jīng)過(guò)切削區(qū)以后轉(zhuǎn)變?yōu)榍行迹厍暗睹媾懦觥Ｇ邢鲄^(qū)的放大圖給出了刀具與工件相互作用的細(xì)節(jié)。切削時(shí)，工件上需要切除的材料層，進(jìn)入變形區(qū)，在刀具前刀面的作用下，發(fā)生變形和晶格的滑移，并沿著假想的滑移面OA產(chǎn)生剪切，變成切屑排出。排出時(shí)，切屑底面的新鮮金屬表面與前刀面在OB段產(chǎn)生劇烈的摩擦，形成了前刀面摩擦區(qū)。而從刀尖下滑過(guò)的已加工表面，因材料的回彈作用與后刀面在OC段產(chǎn)生摩擦，形成了后刀面摩擦區(qū)。刀具就這樣在變形區(qū)和摩擦區(qū)的力和熱的共同作用下工作著。

    由上可見(jiàn)，刀具和工件材料是切削加工的主體。然而，要實(shí)現(xiàn)切削加工的全過(guò)程還需要相應(yīng)的支撐技術(shù)。作為一門(mén)金屬加工的工藝技術(shù)，金屬切削加工工藝可用圖2所示的技術(shù)系統(tǒng)來(lái)描述。該系統(tǒng)包括三部分內(nèi)容：切削工藝系統(tǒng)、切削機(jī)理、切削加工效果，在圖中用虛線(xiàn)劃分，分述如下：

第一部分是由機(jī)床、刀具和被加工工件組成的切削技術(shù)的工藝系統(tǒng)。機(jī)床和刀具是實(shí)現(xiàn)切削加工必不可少的工藝裝備，依靠機(jī)床提供的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，由具備切削功能的刀具將工件上多余的金屬以切屑的形式將其切除，按預(yù)定的要求實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的切削加工過(guò)程。為了進(jìn)一步了解切削過(guò)程，有必要將刀具、機(jī)床和工件的技術(shù)內(nèi)涵加以細(xì)化。

刀具是切削加工的主體之一，參與切削加工的刀具包含著三個(gè)主要的技術(shù)內(nèi)涵，即刀具材料和涂層、幾何角度、刀具結(jié)構(gòu)。刀具必須由特殊的刀具材料制造，并具有確定的幾何形狀和適用的結(jié)構(gòu)，三者共同賦予刀具切削的功能，同時(shí)又決定著刀具的切削性能。因此，有關(guān)這三個(gè)因素的內(nèi)容、作用是切削技術(shù)的重要內(nèi)容。

與機(jī)床相關(guān)的切削技術(shù)內(nèi)涵有切削參數(shù)、工序類(lèi)別、切削條件等。機(jī)床為刀具實(shí)施各種切削工序提供了一個(gè)技術(shù)平臺(tái)，包括刀具切削所需要的動(dòng)力、刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、提供冷卻潤(rùn)滑的條件、可靠地夾持刀具和工件。其中刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度，有主運(yùn)動(dòng)的切削速度和輔助運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給速度，是切削加工中兩個(gè)主要的切削參數(shù)。切削加工要求機(jī)床有足夠的功率和系統(tǒng)的剛性、高的運(yùn)動(dòng)速度和自動(dòng)化程度，以及運(yùn)動(dòng)和定位的精度。因此，機(jī)床的性能對(duì)切削加工的效果好壞起著十分重要的作用，并與切削加工的水平密切相關(guān)。了解和掌握機(jī)床的性能，正確地運(yùn)用和操作機(jī)床是做好具體切削加工的前提。機(jī)床和刀具兩者相互促進(jìn)共同推動(dòng)切削加工技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。

工件是切削加工的對(duì)象，也是切削技術(shù)的主體之一。工件尺寸精度、表面質(zhì)量的要求、工件的材料和結(jié)構(gòu)都影響著切削的過(guò)程，切削參數(shù)的設(shè)置和刀具幾何角度的設(shè)計(jì)必須適應(yīng)具體的工件特點(diǎn)。尤其是工件材料的可加工性，對(duì)切削過(guò)程的影響十分顯著，已成為切削加工重要的技術(shù)內(nèi)容。目前，需要切削加工的工程材料已經(jīng)超出了金屬材料的范圍，非金屬材料和新型的人工合成材料越來(lái)越多地被用作工程材料，成為切削加工的新領(lǐng)域。

切削技術(shù)系統(tǒng)的第二部分是金屬切除過(guò)程的機(jī)理部分，包括切削變形過(guò)程及伴隨著的兩個(gè)重要的物理現(xiàn)象：切削力和切削熱。來(lái)自切削變形區(qū)的切削力和切削熱傳遞著切削過(guò)程內(nèi)部的信息，并對(duì)切削過(guò)程產(chǎn)生很大的影響。刀具擠壓、切離金屬所需要的力和刀具與工件、切屑摩擦的力構(gòu)成了切削系統(tǒng)的作用力，機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)必須克服這些力并提供足夠的功率。切削力使機(jī)床、刀具和工件產(chǎn)生變形，影響加工的精度；作用在刀具上的切削力和摩擦力造成刀具的磨損與破損。在刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，由切削力作的功所產(chǎn)生的熱量也造成工藝系統(tǒng)的變形和加劇刀具的磨損與破損。

減小切削力和切削熱、降低切削溫度從而減慢刀具的磨損，防止刀具的破損，成為設(shè)置切削參數(shù)和選擇刀具的重要依據(jù)。由于刀具磨損和失效是切削力和切削熱造成的直接后果，磨損大小、快慢、形貌和失效的特征都與切削力和切削熱有關(guān)，因此是分析和了解切削過(guò)程的重要依據(jù)，是掌握刀具應(yīng)用技術(shù)的關(guān)鍵。圖3是車(chē)刀的典型磨損圖，表示了刀尖周?chē)鞑课坏哪p形貌，對(duì)其它刀具也具有代表性。圖4是車(chē)刀在力和熱的作用下出現(xiàn)的各種磨損、破損的形貌和原因，采取有效措施減緩磨損或防止破損是貫穿于刀具應(yīng)用技術(shù)的主線(xiàn)。

目前高速鋼刀具約占世界刀具銷(xiāo)售總量的35%。世界刀具消費(fèi)市場(chǎng)按產(chǎn)品銷(xiāo)售去向統(tǒng)計(jì)，通用機(jī)械和汽車(chē)制造約各占35%，航空航天約占10%，其中不乏高速鋼刀具。

目前高速鋼刀具約占世界刀具銷(xiāo)售總量的35%。世界刀具消費(fèi)市場(chǎng)按產(chǎn)品銷(xiāo)售去向統(tǒng)計(jì)，通用機(jī)械和汽車(chē)制造約各占35%，航空航天約占10%，其中不乏高速鋼刀具。

關(guān)注高速鋼刀具

中國(guó)刀協(xié)前名譽(yù)理事長(zhǎng)沈鴻先生曾說(shuō)過(guò)：“刀具雖小、威力無(wú)窮。”事實(shí)上，切削工具也是機(jī)械加工中最具活力的一個(gè)因素。中國(guó)作為一個(gè)制造大國(guó)其機(jī)床消費(fèi)已是世界第一，制造企業(yè)加大刀具投入提高生產(chǎn)效率以獲取更大效益，帶動(dòng)了切削刀具采購(gòu)量的快速增長(zhǎng)。目前國(guó)外切削工具在中國(guó)的年銷(xiāo)售額已達(dá)5億美元，其中山特維克可樂(lè)滿(mǎn)的年銷(xiāo)售額達(dá)到10億元人民幣,近十年的平均增長(zhǎng)率達(dá)23%。國(guó)內(nèi)650家工具企業(yè)2007年前三個(gè)季度的刀具銷(xiāo)售額達(dá)118億元人民幣，同比增長(zhǎng)27.1%。巨大的市場(chǎng)前景引發(fā)了對(duì)刀具產(chǎn)業(yè)的投資熱，國(guó)內(nèi)如株洲鉆石和廈門(mén)金鷺的可轉(zhuǎn)位刀具項(xiàng)目，江蘇天工引進(jìn)絲錐生產(chǎn)線(xiàn)、磨制鉆生產(chǎn)線(xiàn)項(xiàng)目等，外資如肯納金屬的天津工廠(chǎng)和伊斯卡的大連工廠(chǎng)以及山特維克對(duì)廈門(mén)金鷺的參股等，既有硬質(zhì)合金也有高速鋼切削工具，以上表明：高速鋼刀具在現(xiàn)代制造中占有不可替代的一席之地，我們要關(guān)注高速鋼切削工具，大力發(fā)展高速鋼切削工具。

高速鋼材料及高速鋼刀具技術(shù)近年有了很大的發(fā)展，主要表現(xiàn)在：第一，M42、M35和中國(guó)特有的鋁高速鋼（俗稱(chēng)501或M2Al）等高性能高速鋼熱處理硬度可達(dá)到HRC69～70，粉末冶金高速鋼涂層滾刀切削鋼齒輪的速度已達(dá)到150～180m/min或更高，粉末冶金高速鋼絲錐在灰鑄鐵上加工螺紋的切削速度達(dá)到65m/min；第二，與硬質(zhì)合金相比，高速鋼的強(qiáng)度高、韌性好，是制造復(fù)雜刀具和鉆孔刀具的首選材料，據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界33%的銑刀、95%的絲錐、51%的麻花鉆、81%的齒輪刀具、86%的拉刀和95%的鋸片是用高速鋼制造的。其中又有70%的齒輪刀具、50%的拉刀、20%的立銑刀和10%的絲錐用粉末高速鋼制造；第三，高速鋼刀具刃口鋒利、切削輕快、切削中工件不易產(chǎn)生加工硬化，在不銹鋼、鎳基合金和鈦合金一類(lèi)材料的加工中有其優(yōu)勢(shì)。我們?cè)谇邢鬟@一類(lèi)難加工材料時(shí)，不應(yīng)局限于硬質(zhì)合金的圈子，也可試用前角大、刃口鋒利的高速鋼車(chē)、銑刀具。

歐洲有一個(gè)叫High Speed Steel Research Forum的機(jī)構(gòu)，通過(guò)研發(fā)和培訓(xùn)致力于高速鋼技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。抽空瀏覽它的網(wǎng)頁(yè)（www.hssforum.com)，一定會(huì)有收獲。

目前高速鋼刀具約占世界刀具銷(xiāo)售總量的35%。世界刀具消費(fèi)市場(chǎng)按產(chǎn)品銷(xiāo)售去向統(tǒng)計(jì)，通用機(jī)械和汽車(chē)制造約各占35%，航空航天約占10%，其中不乏高速鋼刀具。曾在波音公司工作的美國(guó)朋友和外貿(mào)公司的老總給我傳遞了這樣的信息：飛機(jī)制造中要使用大量高速鋼麻花鉆，如果某種麻花鉆能在載重汽車(chē)的彈簧鋼板上鉆7～8個(gè)孔就可能被波音公司接受。

中國(guó)現(xiàn)在是世界高速鋼和高速鋼刀具生產(chǎn)大國(guó)，高速鋼和高速鋼刀具（主要是麻花鉆）的產(chǎn)量和出口量都是世界第一。2006年上工、江蘇天工、江蘇飛達(dá)、哈量和成量的高速鋼切削工具麻花鉆產(chǎn)品還同獲中國(guó)名牌產(chǎn)品榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)，紛紛打進(jìn)了歐、美工業(yè)切削工具市場(chǎng)，表明中國(guó)的高速鋼切削工具無(wú)論在產(chǎn)業(yè)規(guī)模和產(chǎn)品質(zhì)量上都有了很大的進(jìn)步。

經(jīng)濟(jì)學(xué)家預(yù)計(jì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和制造業(yè)的高速發(fā)展至少還將持續(xù)10年，這些為切削工具行業(yè)提供了空前的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。目前高速鋼刀具約占國(guó)內(nèi)刀具總量的75%，但粉末冶金高速鋼材料和一些高檔高速鋼刀具還大量依賴(lài)進(jìn)口。我們要大力發(fā)展高速鋼切削工具，包括開(kāi)發(fā)新的高速鋼牌號(hào)特別是粉末高速鋼，開(kāi)發(fā)更多更好的高速鋼刀具并努力提高應(yīng)用水平。相信經(jīng)過(guò)全體切削工作者的共同努力，通過(guò)對(duì)刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)、制造工藝和應(yīng)用技術(shù)上全方位的創(chuàng)新，一定能把中國(guó)高速鋼切削工具的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用水平提到一個(gè)新的高度，為振興中國(guó)的切削技術(shù)做出實(shí)實(shí)在在的貢獻(xiàn)。