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浦砸，還包括磨具抽茸。

　　絕大多數(shù)的刀具是機(jī)用的段许，但也有手用的。由于機(jī)械制造中使用的刀具基本上都用于切削金屬材料碍讼，所以“刀具”一詞一般就理解為金屬切削刀具驹毁。切削木材用的刀具則稱為木工刀具。

　　刀具的發(fā)展在人類進(jìn)步的歷史上占有重要的地位练代。中國早在公元前28～前20世紀(jì)廊席，就已出現(xiàn)黃銅錐和紫銅的錐、鉆菠发、刀等銅質(zhì)刀具王滤。戰(zhàn)國后期(公元前三世紀(jì))，由于掌握了滲碳技術(shù)滓鸠，制成了銅質(zhì)刀具雁乡。 當(dāng)時的鉆頭和鋸，與現(xiàn)代的扁鉆和鋸已有些相似之處糜俗。

　　然而踱稍，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)展而來的悠抹。1783年珠月，法國的勒內(nèi)首先制出銑刀扩淀。1792年，英國的莫茲利制出絲錐和板牙啤挎。有關(guān)麻花鉆的發(fā)明最早的文獻(xiàn)記載是在1822年驻谆，但直到1864年才作為商品生產(chǎn)。

　　那時的刀具是用整體高碳工具鋼制造的庆聘，許用的切削速度約為5米/分旺韭。1868年，英國的穆舍特制成含鎢的合金工具鋼林乍。1898年宙锡，美國的泰勒和．懷特發(fā)明高速鋼。1923年戒腔，德國的施勒特爾發(fā)明硬質(zhì)合金狐昆。

　　在采用合金工具鋼時，刀具的切削速度提高到約8米/分掸枉，采用高速鋼時八领，又提高兩倍以上，到采用硬質(zhì)合金時磷妻，又比用高速鋼提高兩倍以上鼠灼，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)合金的價格比較昂貴搁赘，刀具出現(xiàn)焊接和機(jī)械夾固式結(jié)構(gòu)眯词。1949～1950年間,美國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愁反。1938年延届，德國德古薩公司取得關(guān)于陶瓷刀具的專利。1972年贸诚，美國通用電氣公司生產(chǎn)了聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀片方庭。這些非金屬刀具材料可使刀具以更高的速度切削。

　　1969年酱固，瑞典山特維克鋼廠取得用化學(xué)氣相沉積法械念，生產(chǎn)碳化鈦涂層硬質(zhì)合金刀片的專利。1972年运悲，美國的邦沙和拉古蘭發(fā)展了物理氣相沉積法龄减，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)度和韌性扇苞，與表層的高硬度和耐磨性結(jié)合起來欺殿，從而使這種復(fù)合材料具有更好的切削性能。

　　刀具按工件加工表面的形式可分為五類鳖敷。加工各種外表面的刀具脖苏，包括車刀程拭、刨刀、銑刀盼掘、外表面拉刀和銼刀等督羊；孔加工刀具，包括鉆頭彰巫、擴(kuò)孔鉆塑赁、鏜刀、鉸刀和內(nèi)表面拉刀等童丢；螺紋加工工具糠味，包括絲錐、板牙择车、自動開合螺紋切頭渊伐、螺紋車刀和螺紋銑刀等；齒輪加工刀具阀严，包括滾刀多析、插齒刀、剃齒刀砚凳、錐齒輪加工刀具等初祠；切斷刀具，包括鑲齒圓鋸片鳄橘、帶鋸声离、弓鋸、切斷車刀和鋸片銑刀等等挥唠。此外抵恋，還有組合刀具。

　　按切削運動方式和相應(yīng)的刀刃形狀宝磨，刀具又可分為三類。通用刀具盅安，如車刀唤锉、刨刀、銑刀(不包括成形的車刀别瞭、成形刨刀和成形銑刀)窿祥、鏜刀、鉆頭蝙寨、擴(kuò)孔鉆晒衩、鉸刀和鋸等；成形刀具墙歪，這類刀具的刀刃具有與被加工工件斷面相同或接近相同的形狀囚缝，如成形車刀糠歧、成形刨刀、成形銑刀旧匈、拉刀预第、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闯智，如滾刀害媚、插齒刀、剃齒刀犹耻、錐齒輪刨刀和錐齒輪銑刀盤等财军。

　　各種刀具的結(jié)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春探；鑲齒結(jié)構(gòu)刀具的工作部分(刀齒或刀片)則鑲裝在刀體上瞳聊。

　　刀具的裝夾部分有帶孔和帶柄兩類。帶孔刀具依*內(nèi)孔套裝在機(jī)床的主軸或心軸上名密，借助軸向鍵或端面鍵傳遞扭轉(zhuǎn)力矩藏估，如圓柱形銑刀、套式面銑刀等失驶。

　　帶柄的刀具通常有矩形柄土居、圓柱柄和圓錐柄三種。車刀嬉探、刨刀等一般為矩形柄擦耀；圓錐柄*錐度承受軸向推力，并借助摩擦力傳遞扭矩涩堤；圓柱柄一般適用于較小的麻花鉆眷蜓、立銑刀等刀具，切削時借助夾緊時所產(chǎn)生的摩擦力傳遞扭轉(zhuǎn)力矩胎围。很多帶柄的刀具的柄部用低合金鋼制成吁系，而工作部分則用高速鋼把兩部分對焊而成。

　　刀具的工作部分就是產(chǎn)生和處理切屑的部分白魂，包括刀刃汽纤、使切屑斷碎或卷攏的結(jié)構(gòu)、排屑或容儲切屑的空間福荸、切削液的通道等結(jié)構(gòu)要素蕴坪。有的刀具的工作部分就是切削部分，如車刀疤草、刨刀础甜、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)部分孩板，如鉆頭怨拍、擴(kuò)孔鉆浙梗、鉸刀、內(nèi)表面拉刀和絲錐等豪荧。切削部分的作用是用刀刃切除切屑矩粒，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)有整體式筑陡、焊接式和機(jī)械夾固式三種歧蛾。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辱矮；機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)又有兩種喝爽，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愿瘫。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)年堆；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)對切削效率的高低和加工質(zhì)量的好壞有很大影響盏浇。增大前角变丧，可減小前刀面擠壓切削層時的塑性變形，減小切屑流經(jīng)前面的摩擦阻力绢掰，從而減小切削力和切削熱痒蓬。但增大前角，同時會降低切削刃的強(qiáng)度滴劲，減小刀頭的散熱體積攻晒。

　　在選擇刀具的角度時，需要考慮多種因素的影響班挖，如工件材料鲁捏、刀具材料、加工性質(zhì)(粗萧芙、精加工)等给梅，必須根據(jù)具體情況合理選擇。通常講的刀具角度末购，是指制造和測量用的標(biāo)注角度在實際工作時勤消，由于刀具的安裝位置不同和切削運動方向的改變，實際工作的角度和標(biāo)注的角度有所不同壕俱，但通常相差很小。

　　制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性替塑，必要的抗彎強(qiáng)度障浅、沖擊韌性和化學(xué)惰性，良好的工藝性(切削加工看卦、鍛造和熱處理等)支你，并不易變形研神。

　　通常當(dāng)材料硬度高時，耐磨性也高旷动；抗彎強(qiáng)度高時纫益，沖擊韌性也高。但材料硬度越高赂裸，其抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性就越低揍忍。高速鋼因具有很高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性，以及良好的可加工性贾虽，現(xiàn)代仍是應(yīng)用最廣的刀具材料逃糟，其次是硬質(zhì)合金。

　　聚晶立方氮化硼適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等蓬豁；聚晶金剛石適用于切削不含鐵的金屬绰咽，及合金、塑料和玻璃鋼等地粪；碳素工具鋼和合金工具鋼現(xiàn)在只用作銼刀取募、板牙和絲錐等工具。

　　硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片現(xiàn)在都已用化學(xué)氣相沉積法涂覆碳化鈦蟆技、氮化鈦玩敏、氧化鋁硬層或復(fù)合硬層。正在發(fā)展的物理氣相沉積法不僅可用于硬質(zhì)合金刀具付魔，也可用于高速鋼刀具聊品，如鉆頭、滾刀几苍、絲錐和銑刀等翻屈。硬質(zhì)涂層作為阻礙化學(xué)擴(kuò)散和熱傳導(dǎo)的障壁，使刀具在切削時的磨損速度減慢妻坝，涂層刀片的壽命與不涂層的相比大約提高1～3倍以上奋肄。

　　由于在高溫、高壓折扮、高速下逃口，和在腐蝕性流體介質(zhì)中工作的零件，其應(yīng)用的難加工材料越來越多竭豺，切削加工的自動化水平和對加工精度的要求越來越高编苛。為了適應(yīng)這種情況，刀具的發(fā)展方向?qū)⑹前l(fā)展和應(yīng)用新的刀具材料裤魔；進(jìn)一步發(fā)展刀具的氣相沉積涂層技術(shù)娜摇，在高韌性高強(qiáng)度的基體上沉積更高硬度的涂層，更好地解決刀具材料硬度與強(qiáng)度間的矛盾；進(jìn)一步發(fā)展可轉(zhuǎn)位刀具的結(jié)構(gòu)沿信；提高刀具的制造精度纲析，減小產(chǎn)品質(zhì)量的差別，并使刀具的使用實現(xiàn)最佳化组漏。

目前农浓，在全球機(jī)械加工行業(yè)中，日本的機(jī)床和切削刀具以其優(yōu)良的性能和品質(zhì)獲得了很高評價觅赊，并被廣泛使用右蕊。對于可轉(zhuǎn)位刀片而言，半數(shù)以上使用了涂層牌號茉兰，從而保證了切削刃的耐磨性與韌性之間的平衡尤泽。

　　雖然日本生產(chǎn)的涂層刀具進(jìn)入國際市場較晚，但由于不斷投入先進(jìn)技術(shù)规脸，使其在世界涂層刀具領(lǐng)域已步入技術(shù)領(lǐng)先的地位坯约。日本各工具制造廠正夜以繼日地研發(fā)新技術(shù)并投入涂層刀具生產(chǎn)中。本文以三菱材料公司開發(fā)并運用于產(chǎn)品中的新技術(shù)為例莫鸭，介紹涂層刀具技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r闹丐。

　　1．從市場需求看涂層刀具的技術(shù)發(fā)展前景

　　從提高產(chǎn)品精度和質(zhì)量、降低環(huán)境污染的角度出發(fā)被因，日本國內(nèi)的機(jī)械制造業(yè)在生產(chǎn)現(xiàn)場展開了一場轟轟烈烈的生產(chǎn)技術(shù)和加工技術(shù)革新卿拴。

　　但在加工技術(shù)的革新過程中，涂層刀具的某些性能事實上并沒有完全達(dá)到用戶的要求梨与，影響刀具壽命的切屑粘結(jié)現(xiàn)象就是其中之一堕花。就是說，雖然涂層刀具在耐磨性能和耐崩刃性能上取得了飛躍發(fā)展枚从，但在如何克服切屑粘結(jié)現(xiàn)象以提高性能方面還不夠先進(jìn)稳荒。這種切屑粘結(jié)現(xiàn)象造成的損害在以不銹鋼、球墨鑄鐵為代表的難切削材料的加工中時有發(fā)生榛狮。因為它屬于非正常磨損很防，且難以預(yù)料，所以刀具壽命的變化幅度較大嫡靠。由于存在這種不穩(wěn)定因素志凿，通常在加工時不得不把可加工工件數(shù)指標(biāo)設(shè)定得較低，這在一定程度上影響了加工成本的降低杂飘。

　　因此疏形，通過提高刀具切削刃的表面光滑性，防止刀具與被切削材料產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象触咧，從而獲得加工性能改善的切削刀片就顯得尤為重要功哮。雖然這些表面光滑技術(shù)都是以最大限度地發(fā)揮涂層材料本身的耐磨耗性能，從而提高加工穩(wěn)定性為目的潦擅，但各個公司采用的策略和方法卻各有不同援奢，有的是采用機(jī)械方法，有的則是通過改善涂層組織來獲得表面光滑的切削刃忍捡。

　　2．表面光滑技術(shù)所適用的產(chǎn)品

　　在CVD涂層刀片常用的加工速度范圍內(nèi)集漾，由于切削刃要承受500℃以上的高溫，因此多數(shù)基體材料上都涂覆了熱穩(wěn)定性能優(yōu)良的A12O3膜砸脊。A12O3涂層屬于結(jié)晶性陶瓷具篇，如果為了提高耐磨性而涂得太厚，鍍膜表面的凹凸度也會隨之增加凌埂，表面粗糙度加大驱显。在切削過程中，被切削材料容易粘結(jié)在刀具表面瞳抓，且在斷續(xù)切削時難以有效地分散加工沖擊力埃疫，從而容易導(dǎo)致積屑瘤、崩刃等異常損傷的發(fā)生孩哑。

        三菱材料公司很早就開始進(jìn)行利用涂層刀具表面光滑技術(shù)來提高刀具切削性能的研發(fā)工作栓霜，并實施了多項研發(fā)成果。作為第一項應(yīng)用于產(chǎn)品的表面光滑技術(shù)横蜒，在用于高速車削不銹鋼的刀片牌號US7020上胳蛮，經(jīng)CVD涂層后實施了機(jī)械處理的表面光滑技術(shù)。在強(qiáng)韌的硬質(zhì)合金基體材料上涂覆了以柱狀晶TiCN膜和微粒光滑的A12O3膜為主體的多層硬質(zhì)膜后候铸，該涂層刀具在不銹鋼的切削加工中顯示出優(yōu)良的切削性能迄岸，再加上采用了如前所述的表面光滑技術(shù)，有效抑制了被切削材料對切削刃的粘結(jié)現(xiàn)象眨额。對于不銹鋼加工而言苗泰，即使在V＝200m/min的高速切削的條件下，也能保證穩(wěn)定的刀具壽命蚪教。

　　另外共吞，在用于車削鋼材的代表性刀片牌號UE6010和UE6020上也可采用表面光滑技術(shù)。適用于上述材質(zhì)的表面光滑技術(shù)稱為“光滑涂層技術(shù)”畅镐，是采用特殊的CVD技術(shù)铡急，通過控制涂層生長來獲得光滑的涂層表面。它是一種非機(jī)械處理方式践桂，可在不損傷涂層的情況下實現(xiàn)涂層表面的光滑性径露。

　　3．最佳的“全黑超級光滑涂層”技術(shù)

　　在車削加工鑄鐵用的最新刀片牌號UC5105和UC5115上，運用了獨特的化學(xué)處理表面光滑技術(shù)與機(jī)械光滑技術(shù)有機(jī)結(jié)合的復(fù)合表面處理技術(shù)——“全黑超級光滑涂層”级汹。這項技術(shù)的運用可使涂層表面的光滑性達(dá)到極致摹菠。

　　除了表面光滑技術(shù)以外，另一種全新的涂層材料高耐磨技術(shù)也適用于上述牌號。對于切削刀具而言次氨，球墨鑄鐵屬于特別難切削的材料之一蔽介。但由于應(yīng)用了UC5105、UC5115牌號煮寡，使刀具的異常損傷大幅度減少虹蓄，解決了球墨鑄鐵加工難題。另外幸撕，以高硬度硬質(zhì)合金為基體材料的UC5105牌號的應(yīng)用薇组，使傳統(tǒng)的涂層刀具難以完成、屬于陶瓷刀具切削領(lǐng)域的鑄鐵高速加工成為可能坐儿。

　　本文以三菱材料公司產(chǎn)品為例律胀，介紹了涂層技術(shù)開發(fā)中表面光滑技術(shù)的應(yīng)用。今后貌矿，仍將繼續(xù)對市場需求進(jìn)行深入調(diào)查炭菌，以及時開發(fā)出適應(yīng)市場需求的涂層技術(shù)，滿足市場對涂層刀具產(chǎn)品的需求.

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