從航空工業需求看中國刀具行業未來市場發展

　　傳統的刀具已不能滿足先進的航空產品要求，刀具行業因此而進入了“高精度、高效率、高可靠性和專用化”的現代刀具生產新格局。

　　進入21世紀，激烈的市場競爭推動著以機器制造技術為先導的先進制造技術以前所未有的速度向前發展，航空零部件的制造也已進入以數字化制造技術為特點的發展時期。據了解，先進的航空產品要求航空零件具有更優異的性能、更低的成本和更高的環保性，而加工工藝要求具有更快的加工速度、更高的可靠性、高重復精度和可再現性。傳統的刀具已不能滿足以上要求，刀具行業因此而進入了“高精度、高效率、高可靠性和專用化”的現代刀具生產新格局。

　　高速、高效切削

　　隨著科學技術的進步，我們正處于先進制造技術快速發展時期，數控機床的推廣應用，大大降低了零件加工的輔助時間，極大地提高了生產率。航空零件加工的總工時中，輔助時間縮短，切削所占的時間比例就相應增大，要想進一步提高機床的生產率，必須大幅度提高切削速度，這也是近幾十年來高速切削技術迅速發展的主要原因。高速加工最早主要用于航空工業輕合金的加工，現已成為航空制造業提高加工效率和質量、降低加工成本的主要途徑。

　　在航空零部件加工中，高速切削正在被大量應用，主要有以下幾個原因：

　　為了最大限度地減重和滿足其他一些要求，許多構件、壁板等采用“整體制造法”，即在大塊毛坯上去除余量，形成薄壁，細筋結構的零件，需要去除大量金屬材料，導致切削時間占用零件總生產時間比例很大，因此提高生產率的途徑之一就是采用高速切削加工。

　　飛機零件的結構復雜、精度高，零件的薄壁、細筋結構剛度差，要盡量減少加工中的徑向切削力和熱變形，只有采用高速切削加工才能滿足這些要求。

　　難加工材料，如鎳基高溫合金、鈦合金、高強度結構鋼被現代航空產品大量采用，這些材料強度大、硬度高，耐沖擊、加工中容易硬化，切削溫度高、刀具磨損嚴重，屬于難加工材料。一般采用很低的切削速度進行加工，如果采用高速切削，不但可以大幅度提高生產率而且可以有效地減少刀具磨損，提高零件的表面質量。

　　高速切削加工具有不同于傳統切削加工技術的加工機理和應用優勢，它是數控加工工藝觀念的轉變。根據航空產品的材料和結構特點，要實現高速加工必須以先進高速切削刀具為保證。高速切削刀具必須具有良好的耐磨性和高強度韌性，先進的刀具材料、優良的刀具涂層技術、合理的幾何結構參數，高度動平衡刀具系統，安全可靠的夾緊方式，以及高同心度的刀刃精度等等。

　　刀具切削材料的發展方向及應用

　　目前，在飛機制造領域中，高速鋼刀具約占總各類切削加工總刀具量的60%，硬質合金刀具約占總刀具量的35%，超硬刀具立方氮化硼、金剛石占全部刀具總量不超過5%，今后隨著航空新材料不斷涌現，硬切削、干切削應用的增加，硬質合金刀具、涂層刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具和聚晶金剛石刀具的比例將大幅提高。

　　1.硬質合金材料的發展

　　為了滿足高速切削技術的迅猛發展，以硬質合金為主的各種刀具材料性能已經全面提高，細顆粒、超細顆粒硬質合金的開發及涂層技術在硬質合金刀具上的應用顯著地提高了硬質合金材料的強度和韌性，用它制造的整體合金刀具正逐步代替傳統的高速鋼刀具，使切削速度和加工效率提高了數倍，為高速切削的推廣應用打下了重要基礎。整體硬質合金還在一些復雜成形刀具中得到了應用，滿足了產品加工多樣性的需求。目前國內廈門金鷺特種合金有限公司、株洲鉆石硬質切削刀具股份有限公司、四平博爾特工藝裝備有限公司及陜西航空硬質合金工具公司都能為航空工業提供硬質合金刀具，其產品性能接近世界先進水平。

　　21世紀硬質合金刀具材料應重點在2方面發展：一是細化晶粒使之達到納米級微晶等級。硬質合金晶粒尺寸越小，硬質合金的硬度就越高其耐磨性就越好，韌性和剛度也就越高，從而擴大其應用范圍；二是應用新技術新工藝開發新型硬質合金提高硬質合金內在性能和質量。

　　2.涂層技術的發展

　　刀具涂層技術在現代切削加工和刀具發展中起著十分重要作用，自問世以來發展非常迅速，尤其是近幾年取得了重大進展，化學涂層CVD仍然是可轉位刀片的主要涂層工藝，相繼開發了中溫CVD、厚膜三氧化二鋁、過渡層等新工藝，在基體材料改善的基礎上，使CVD涂層的耐磨性和韌性都得到了提高；而物理涂層 PVD技術也取得了重大突破，在涂層設備的結構、工藝過程、自動控制等方面都取得了重大進展，開發了適應高速切削、干切削、硬切削的耐熱性更好的涂層，通過對涂層結構的創新，開發了納米、多層結構等大量新型涂層，大幅度提高了涂層硬度和韌性。

　　3.超硬刀具材料的發展

　　超硬材料是指金剛石和立方氮化硼CBN，其硬度比其他刀具材料高出幾倍，金剛石是自然界中最硬的物質，CBN的硬度僅次于金剛石。近年來，超硬刀具材料發展迅速。

　　金剛石刀具材料分為5類：天然金剛石ND、人造聚晶金剛石復合片PCD/CC、金剛石薄膜涂層刀具CD、金剛石厚膜刀具FCD和人造聚晶金剛石PCD。ND的結晶各向異性，在進行刀磨的使用時必須選擇適宜的方向；人造金剛石各向同性，其硬度低于ND,但強度與韌性好于ND。

　　金剛石刀具能夠有效地加工非鐵金屬材料和非金屬材料。如銅、鎢等有色金屬及其合金，陶瓷、硬質合金，各種纖維和顆粒加強復合材料，塑料、橡膠、石墨、玻璃和木材等，但金剛石忌切鋼鐵和其他鐵族元素。

　　立方氮化硼CBN刀具材料具有極高的硬度和紅硬性，是高速精加工或半精加工淬火鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金的理想刀具材料，由于CBN刀具加工高硬度零件時可以獲得良好的加工表面粗糙度，因此采用CBN刀具切削淬火鋼可以實現“以切代磨”。

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