【編者按】過去七十年决癞，制造業(yè)經(jīng)歷了一場史無前例的技術(shù)革命羽历，金屬零件的加工數(shù)量提高了成百上千倍座舍，而加工時間大大縮短。通過提高金屬去除率焰望、延長刀具壽命骚亿、減少停機次數(shù)、改善刀具拆裝的便捷性熊赖、提高運行性能来屠，從而使加工成本大幅降低。

　　金屬切削是工業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分咱窜，通過提高生產(chǎn)效率囚请，該領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新對整個經(jīng)濟的發(fā)展起著十分積極的作用。它可以促進社會繁榮寂逛，改善生活質(zhì)量缚扩。

　　刀具材質(zhì)，尤其是硬質(zhì)合金亏铃，是金屬切削中最主要的因素之一塑业。這是因為金屬加工時，切削刃的性能在提升整個制造業(yè)生產(chǎn)效率方面發(fā)揮著十分巨大的作用镜踪。

　　作為行業(yè)先鋒，山特維克可樂滿從五十年代開始屁膝，不斷加快材質(zhì)研發(fā)步伐眶约，相繼推出大量創(chuàng)新技術(shù)。

　　現(xiàn)代切削刀具問世

　　十九世紀(jì)初穷歹，所有金屬加工公司必須自制刀具或購買非標(biāo)刀具嚼龄。沒有任何刀具和解決方案的標(biāo)準(zhǔn)程序。刀具材料主要是高速鋼段直，焊接硬質(zhì)合金刀具逐漸開始使用吃溅。以后，機床鸯檬、設(shè)備决侈、數(shù)控和刀具取得了突飛猛進的發(fā)展，生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量水平顯著提高喧务。

　　山特維克可樂滿自五十年代開始推出可轉(zhuǎn)位刀具以來赖歌，加工產(chǎn)量已經(jīng)成倍翻番。我們從現(xiàn)成標(biāo)準(zhǔn)化刀具的思路著手功茴，一路引領(lǐng)高科技刀具和加工方法新潮流庐冯。在研發(fā)制造工藝時孽亲，同樣需要刀具材料的創(chuàng)新，需要材料科學(xué)技術(shù)知識展父。通過充分利用刀具材料返劲，我們在刀片的制作過程中設(shè)定并實現(xiàn)了材質(zhì)目標(biāo)。

　　質(zhì)量和創(chuàng)新

　　眾所周知栖茉，1942年山特維克開始涉足金屬切削行業(yè)篮绿。山特維克可樂滿是在開發(fā)硬質(zhì)合金作為優(yōu)質(zhì)刀具材料的經(jīng)營理念基礎(chǔ)上成立的。這種合成刀具材料已經(jīng)為人們所熟知幾十年总党，但是能充分利用其特性的應(yīng)用還十分有限明疮，主要用于巖石鉆孔。然而橘匿，硬質(zhì)合金后來取得的成功儡矫，全都歸功于接二連三的創(chuàng)新技術(shù)。進入1943年默言，山特維克可樂滿新研制出了六種合金刀具材質(zhì)角殃，而十年后，它就研發(fā)出了多達十二種可應(yīng)用于多種領(lǐng)域的可優(yōu)化像焊接刀具之類的的金屬切削材質(zhì)豺这。

　　如何把控用于切削刀具的硬質(zhì)合金的質(zhì)量是山特維克可樂滿最開始面臨的技術(shù)難題险丧，這也是與客戶不斷交流得到的反饋。1954年景妻，山特維克可樂滿建立了一座專門的硬質(zhì)合金工廠愧鹊，引進了大量的研發(fā)設(shè)施，為實現(xiàn)嚴(yán)格質(zhì)量控制拐尚，邁出了最關(guān)鍵的一步惩赊。質(zhì)量控制一直被視為全世界可樂滿刀具的重要基石。

　　1957年隔节，山特維克可樂滿推出了第一批可轉(zhuǎn)位刀片刀具——T-Max車削刀具系列鹅经。盡管開始可轉(zhuǎn)位刀片的市場很小，但是當(dāng)一些制造業(yè)行業(yè)巨頭們開始采用這種刀片時怎诫，刀片工具系統(tǒng)的應(yīng)用迎來了希望的曙光瘾晃，并在日后的使用中飛速發(fā)展。加工車間已經(jīng)采用效率高幻妓、產(chǎn)量大的加工技術(shù)蹦误，不再需要重磨的焊接刀具。

　　早期（1956年）非涂層材質(zhì)的創(chuàng)新是一種被稱為Coromant S1 Premium的刀片材質(zhì)——世界上第一個提高生產(chǎn)效率的“助推器”肉津。S1P大幅提高切削參數(shù)并延長使用壽命胖缤，在車床行業(yè)首屈一指，超群絕倫，大幅縮短了精加工和輕粗加工的加工時間哪廓。同時狗唉，采用優(yōu)質(zhì)材質(zhì)刀具車削各類鋼件甚至合金鑄鐵時，無需任何冷卻液涡真。這種材質(zhì)特別適合可轉(zhuǎn)位刀片音哟，確實使業(yè)界人員大開眼界，并期盼通過刀具材料創(chuàng)新吟因，改善加工環(huán)境犯渣。

　　六十年代，還研發(fā)了適合其他應(yīng)用的刀片和材質(zhì)产歧，例如銑削甥轿、鉆削和螺紋切削。1963年品庞，可樂滿已經(jīng)有十八種（非涂層）刀片材質(zhì)上市绿相，覆蓋加工業(yè)的多個領(lǐng)域。

　　涂層理念實現(xiàn)質(zhì)的飛躍

　　可轉(zhuǎn)位刀片理念是1970年以后的重大創(chuàng)新斋垫。這種理念完全不用考慮硬質(zhì)合金的可焊接性和可磨性等特性篷低，打開了研發(fā)硬質(zhì)合金的新思路。研究結(jié)果表明届饰，在刀片上涂上一層很薄的涂層其种，對提高切削速度和延長刀具使用壽命有顯著效果。采用化學(xué)蒸汽沉積法（CVD）狸眼，在刀片基材上可形成一層幾微米厚的堅硬碳化鈦藤树。第一款涂層合金刀片由此誕生：GC125這種開創(chuàng)性創(chuàng)新技術(shù)，使改善加工性能向前邁出了一大步拓萌。

　　采用涂層刀片材質(zhì)岁钓，通過加快切削速度和延長刀具使用壽命，大大縮短了加工時間司志。七十年代初，又開發(fā)了兩種涂層材質(zhì)（GC135和GC315）降宅，與GC125分別用于不同應(yīng)用領(lǐng)域骂远。最初的這三種涂層材質(zhì)，是使用標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)的基體腰根，后來被認為是這三種材質(zhì)的局限所在激才。之后，又研發(fā)了專用刀片基體额嘿，用于涂覆專用涂層瘸恼，從而改善了涂層刀片的性能。第一種材質(zhì)是1973年推出的GC1025册养，這種材質(zhì)采用涂層專用基體东帅，是第二代涂層材質(zhì)的代表险悲。

　　其他刀具制造廠對這些創(chuàng)新技術(shù)的第一反應(yīng)是持不信任態(tài)度，但是很快又不得不接受現(xiàn)實——因為性能確實得到明顯改善茴茁，這些創(chuàng)新為行業(yè)制定了新標(biāo)桿专勇。

　　創(chuàng)新層出不窮

　　七十年代是極不平凡的十年，切削刀具技術(shù)的新工藝泣奏、新方法大量涌現(xiàn)客洁，加工性能日益提高。1969年县堰，一般混合式走刀車削零件的切削時間是5.5分鐘垢类。十年后，加工同樣的零件僅需要1.5分鐘茴支。為什么在提高生產(chǎn)效率方面能取得如此驚人的進步革襟？主要是因為持續(xù)研發(fā)涂層材質(zhì)取得了顯著進步。同時崩蚀，山特維克可樂滿七十年代研發(fā)出的多種創(chuàng)新型刀具解決方案也發(fā)揮了舉足輕重的作用零短。例如：山特維克可樂滿最早推出可轉(zhuǎn)位刀片切斷刀具，首創(chuàng)雙涂層刀片材質(zhì)和減振鏜桿涎拉，率先設(shè)計出正前角車削刀片和開式波浪形斷屑槽瑞侮，是可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭的鼻祖等等。

　　七十年代中期鼓拧，首次使用含氧化鋁涂層的刀片時半火，涂層材質(zhì)向前邁出重大步伐——含氧化鋁的涂層是一種化學(xué)穩(wěn)定性很高的陶瓷材料，高溫耐磨性高季俩、導(dǎo)熱系數(shù)小钮糖，可防止刀片基體受熱。因此酌住，山特維克可樂滿研發(fā)并推出了用于車削領(lǐng)域的GC015店归，這款產(chǎn)品的主要特點是耐磨——通常用于高速車削精加工。這種材質(zhì)首次使用可樂滿的專利技術(shù)——雙涂層解決方案酪我，其中內(nèi)層采用碳化鈦涂層消痛。

　　此階段的局限之一是只能涂覆一層很薄的氧化鋁涂層。此前都哭，研發(fā)刀具材料制造工藝一直是山特維克可樂滿科技創(chuàng)新的重要課題秩伞。1980年，催化化學(xué)蒸汽沉積法已經(jīng)投入應(yīng)用欺矫，催生了又一代新涂層材質(zhì)：GC415烟渴，用精加工。同時，研發(fā)了結(jié)實耐用的用于粗加工工序的材質(zhì)GC435以及應(yīng)用十分廣泛的GC425材質(zhì)——此時差按，已經(jīng)完成了整個材質(zhì)系列的研發(fā)苦爸，覆蓋了鋼件車削的全部應(yīng)用范圍，并加以優(yōu)化喂搬。八十年代密士，又研發(fā)出一種工藝，使碳化鈦和不同厚度的氧化鋁之間結(jié)合的更加牢固熙拐，采用這種工藝孙般，生產(chǎn)出了性能更高的多層涂層刀片。

　　新一代刀片和新工藝

　　九十年代搏翎，研發(fā)出了二十多種新材質(zhì)谊蚣，其中大部分是涂層材質(zhì)，并且大多數(shù)用于車削吸辽，工件材質(zhì)不同职鸟，工序要求也不同。我們還研制了新一代涂層車削材質(zhì)（GC4000系列）藏斩，其中可使用更厚碳化鋁涂層的晶粒結(jié)構(gòu)躏结，強度大大改善，特別是GC4015材質(zhì)狰域，實現(xiàn)了更高切削速度的目標(biāo)媳拴。

　　在研發(fā)涂層工藝的同時，我們的另一條思路是同時生產(chǎn)不同的材質(zhì)兆览。因為陶瓷材料固有的脆性屈溉，CVD涂層不能用于帶有鋒利切削刃的刀具。物理氣相沉積（PVD）工藝涂層采用新研發(fā)的材質(zhì)（(GC1025和GC1125）抬探，圓滿解決了這個問題子巾。采用PVD涂層的切削刃韌度特別高，盡管這些涂層不能達到厚CVD涂層的耐磨水平小压，但是其耐磨性還是比非涂層刀具好很多线梗。

　　從那時起，研發(fā)CVD和PVD工藝意味著兩類涂層材質(zhì)的應(yīng)用越來越相近怠益，從而刀片材質(zhì)的程序優(yōu)勢互補仪搔。隨著時間的推移，制造業(yè)應(yīng)用場合呼笨、工況恋晃、工序栖俐、加工率肪吁、工件材料和零件質(zhì)量的變化對研發(fā)這些新材質(zhì)有著十分深遠的影響。

　　我們在刀具材料方面做了大量研發(fā)工作，已取得突破性創(chuàng)新成果获踏。金剛石涂層刀片便是其中之一柱炼，這種材質(zhì)通過采用合理的斷屑槽形，可以代替金剛石鑲尖刀片行贤，用于車削鋁合金材料痒脊。此外還有用于精加工的金屬陶瓷刀片，用于超硬零件精加工的立方氮化硼刀片播瓦，用于耐熱合金加工的陶瓷刀片驮觅。以及一系列重要的刀片材質(zhì)，用于銑削众琼、鉆削闯捎、切斷和切槽、螺紋車削的可轉(zhuǎn)位刀片和整體硬質(zhì)合金刀具许溅。

　　工藝開發(fā)

　　九十年代中期瓤鼻，中溫（MT）CVD涂層工藝問世，這種工藝改善了需要涂覆的碳氮化鈦內(nèi)層涂層晶體取向贤重。我們還推出了細晶粒涂層茬祷，這種涂層對刀片性能發(fā)揮至關(guān)重要的作用。這些技術(shù)可以使多層涂層刀片材質(zhì)強度更大并蝗，與刀片基體附著力更好祭犯，使用壽命更長，更安全借卧，切削速度更快盹憎。

　　新MT-CVD涂層工藝的另一大優(yōu)勢是基體不掉碳，在設(shè)計刀片基體時铐刘，選擇范圍更廣陪每。新刀片基體對切削刃變形和熱裂不敏感——這兩種現(xiàn)象都具有破壞性，因此需要避免镰吵。采用這種技術(shù)生產(chǎn)的第一種材質(zhì)是用于銑削的涂層材質(zhì)：GC3020檩禾，然后是用于車削的材質(zhì)LC25。但是旁班，這也是GC4000系列車削材質(zhì)成功背后的秘密蔑誓。

　　梯度燒結(jié)技術(shù)成為山特維克可樂滿研發(fā)的重要源泉。這是形成功能梯度材料之處职菜，例如富鈷表面層誉梳，可滿足基體性質(zhì)的平衡要求。涂層刀片基體表面帶的組成成分是實現(xiàn)不同涂層刀片材質(zhì)的重要考慮因素兰险。這些先進技術(shù)主要用于改善切削刃的抗塑性變形能力骇俏。Gamma相主要分布在切削刃上天殉，從而改善了硬性。切削刃以外北郁，在碳化物中加入豐富的結(jié)合劑靡鞭，可抑制開裂傾向，并提高了抗切屑沖擊性用劲。

　　CVD涂層相對較厚蜘辕，能與多種物質(zhì)同時使用，達到不同效果炉奴。例如：碳氮化鈦硬度大逼庞、耐磨性好，加上氧化鋁的卓越性能瞻赶，氮化鈦形成金黃色面涂層往堡，增加耐磨性，方便檢查磨損情況共耍。使用更薄虑灰、堅硬的PVD涂層的主要目的是通過連續(xù)或?qū)訝钔繉樱黾幽湍バ员远担黾油繉訉訑?shù)穆咐，粒徑可達納米級。

　　PVD涂層系列（例如綜合性能較好的氮化鈦）對碳氮化鈦進行了改進字旭，具有較高的耐磨性对湃；加入鈦－鋁氮化物，硬度和抗氧化性大大增加遗淳；采用氧化PVD拍柒，改善化學(xué)惰性和抗月牙洼磨損性。因此止既，CVD和PVD涂層刀片系列構(gòu)成優(yōu)勢互補的應(yīng)用系列柔朽，其中絕大多數(shù)性質(zhì)可用于對加工工序進行全面優(yōu)化——切削刃的鋒利度是一個重要因素。

　　刀片材質(zhì)研發(fā)的另一重要思路是后處理工藝的研發(fā)核瘤，主要包括涂層切削刃的噴砂和涂刷精杜。這些工藝融入與涂層效果互補的不同刀片制造工藝中，對刀片表面具有顯著積極作用涉泡。

　　例如：采用噴砂作為后處理澳缴，涂層形成抗壓力，刀片韌度得到改善政茄。

　　新世紀(jì)——新創(chuàng)新

　　始于本世紀(jì)初的硬質(zhì)合金材質(zhì)的研發(fā)表明涂層刀片仍然具有巨大潛力烧晤，我們還將繼續(xù)大規(guī)模研發(fā)。我們通過與加工車間保持密切聯(lián)系彭闷、從其加工需求中認識到這種巨大潛力愈樱。通過對材質(zhì)要求的韌度和耐磨性以及抗變形能力屎谆、涂層附著力、厚度和切削刃紋路可靠性進行更加仔細的研究瘤琐，加強了優(yōu)化應(yīng)用和推薦應(yīng)用范圍的準(zhǔn)確定位。

　　二十一世紀(jì)丑瞧，研發(fā)出了新一代刀片柑土，繼續(xù)加大GC4000系列產(chǎn)品的研發(fā)步伐。

　　2005年绊汹，GC4225的問世標(biāo)志著鋼件車削這種主導(dǎo)中間應(yīng)用領(lǐng)域的材質(zhì)改善躍上新臺階稽屏。明顯減小或完全消除磨損的研發(fā)取得重大進展。這種新材質(zhì)的磨損機理截然不同西乖，因此狐榔，刀具的使用壽命更長、更安全可靠获雕。研發(fā)這種新材質(zhì)的主要目標(biāo)是在運用較高的切削速度時磨損進程慢薄腻、可預(yù)測、自然的后刀面磨損届案，并且這些目標(biāo)已基本實現(xiàn)庵楷。新研發(fā)的材質(zhì)如此圓滿成功并得到廣泛應(yīng)用，以至于取代了ISO P15和P35刀片材質(zhì)楣颠。已研發(fā)出的全新涂層和后處理涂層工藝尽纽，可提高性能，增加生產(chǎn)安全性拯拓。

　　繼續(xù)發(fā)掘涂層硬質(zhì)合金的巨大潛力

　　為了實現(xiàn)刀片材質(zhì)技術(shù)的下一步目標(biāo)披贰，山特維克可樂滿正在著力研發(fā)新的涂層技術(shù)、粉層技術(shù)涌咪、可轉(zhuǎn)位刀片壓制技術(shù)臣碟、切削刃處理技術(shù)、后處理技術(shù)和檢測新技術(shù)降乔。下一代切削刀具將采用可轉(zhuǎn)位刀片和硬質(zhì)合金刀具材料奇嗽。

　　目的還是延長刀具使用壽命，使壽命更加可預(yù)測鹤肥，同時尋求增加產(chǎn)量的機會永音。這些刀具材料還為全自動化無人加工工序和有限技術(shù)監(jiān)督提供解決方案，最根本的目的是降低用戶金屬切削加工的單件成本冠樱。

　　涂層硬質(zhì)合金自1970年上市以來炭箭，盡管基本原理還是一樣，但是涂層刀片不斷改進颠舞，昔日的科幻故事最終變成現(xiàn)實菌司。涉及的基礎(chǔ)研究以及工藝和研發(fā)方式方法都經(jīng)歷了一段漫長發(fā)展過程顾腊，因為我們掌握了實際刀片材質(zhì)研發(fā)的全部知識。當(dāng)今可轉(zhuǎn)位刀片多層涂層以及專用的非涂層材質(zhì)比先進的單涂層GC刀片的切削速度都要快很多挖胃，以前的材質(zhì)根本無法相提并論杂靶。另外，提高這種刀具材料的通用性也還有巨大潛力酱鸭。

（山特維克可樂滿 Christer. Richt）

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