现代刀具创新的特点
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现 代 刀具 创 新 的 特 点
赵 炳 桢
成都工具研究所
我们正处在一个刀具快速创新 的时期。在这个
时期刀具制造商开发新 品的速度大大加快 ，新品的
数量和性能都在不断地提高 ，推动着 切削加工朝着
高速 、高效 、复合 、环保的方 向快速发展 。为制造业
新产品 、新工艺 的开发和新材料的应用 、创新体系的
建设提供了有力 的支撑 ，也为加工企业提高加工效
率和质量 、降低制造成本 带来 了可观的效益。加快
应用创新刀具正在成为制造业和企业 的共识 ，从 而
进一步推动了刀具创新工作的发展 。
从切削刀具发展的历史看 ，刀具的创新主要集
中在三个方面 ：一是新 的刀具材料及 其改性技术的
问世和应用 ，如在 20世 纪相继 出现了硬质合金 、陶
瓷、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼等刀具材料和涂
层技术 。二是有重大影响的刀具结构的革新和具有
引领作用的新产品的开发 ；前者如可转位刀具 、喷吸
钻、工具系统和 HSK刀柄等 ，后者如 内冷却麻花钻 、
带螺旋刃带前角的可转位铣削刀片、整体硬质合金
刀具 、多功能刀具以及液压夹头、热装夹头等。三是
加工工艺和加工方法的创新 ，如齿轮 、螺纹等加工工
艺的进展 ，以及高速切 削、硬切削、干切削等新 的工
艺。正是在切削领域里这些重大的创新推动着切削
加工工艺 由传统的制造技术发展成为现代制造技术
中的一门主要的基础工艺 ，对制造技术的进 步发挥
着越来越大的作用。推动切削技术快速发展的现代
刀具创新主要表现在以下几个方面。
1 涂层 技 术 在 刀具 创 新 中起 着十 分 重
要 的作用
众所周知 ，刀具材料的性 能对加工效率的提高
起着决定性的作用。历史上 ，每一种新刀具材料 的
问世对切削技术的发展甚至有里程碑 的意义。但在
通常 的情况下 ，刀具材料的发展和创新表现为新牌
号的开发。当前 ，新牌号的开发势头十分强劲 ，各公
司不断成系列地推出新 的牌号 ，成为刀具创新 的主
流。这些牌号创新 的一个共 同的特点就是充分应用
涂层技术对刀具 的改性作用 ，开发新 的涂层牌号。
通过对涂层成份 、结构 、晶粒度 、厚度等特性的控制 ，
开发出性能各异的涂层牌号，取得了开发速度快、性
工 具 技 术
能提高幅度大 的效果。
例如 ，通过细化涂层 的晶粒 ，一方面使涂层 的组
织更致密 ，提高耐磨性和韧性 ，另一方面又可提高涂
层表面的平滑度 ，抑制积屑瘤 和粘结磨 损的发生。
如苏尔寿美科表面涂层技术有 限公司开发的 Mpow．
er纳米涂层 ，其显微硬度达 3550±350HV，耐氧化温
度达 1150~(2，可加工各类淬硬的模具钢 。又如 日立
工具公 司通过在涂层 中引入 zr元素使 晶粒细化 ，开
发 出车削钢材 的 HG8010、HG8025新牌号 。
创新涂层的后处理技术也成为近期开发新牌号
的有力举措。所开发的后处理技术着眼于消除或改
善 CVD涂层刀片涂层内应力状态 ，以提高涂层和刀
刃的强度和涂层表面的平滑度。山特维克可乐满推
出的 GC4225及伊斯 卡公 司最新 推出 的 SUMO TEC
系列新牌号 (图 1)，都是采用 了涂层 后处理技术的
新牌 号 。
图 1
此外 ，新开发的涂层牌号通 常有 明确的应用领
域 ，针对特定的工件材料和粗 、精加工不 同的工序。
因此对涂层 的基 体和刀具几何参 数进行 相应 的开
发 ，形成涂层、基体 、几何参数 的优化组合 。其 中包
括 ：基体材料 的粒度 、成分 、抗塑性变形 的能力 、富钴
层的应用等 ；在涂层方 面，不 同涂层 的复合 ，每个涂
层的结构 、粒度 、厚度等 ；在刀片几何参数方面 ，有前
角 、槽形 、棱带 、刃形等。如株洲钻石切削刀具有限
公司的黑金 刚牌 号 ，根 据不 同铸铁 的粗 、精加工 或
车 、铣的要求 ，采用不 同的基体和涂层结 构 ，并开发
了相 应 的刀 片 槽 形 。在 此 基 础 上 ，该 公 司 后 来 又 开
发 了加工钢材的第二代黑金刚刀片。经优化组合后
的新牌号一般可提高加工效率 20％以上。
2008年第 42卷NblO
2 刀具 结构创 新进展快潜 力大 少，带来很好的社会效益。
刀具结构的创新受到刀具制造商越来越大的重
视 ，据美 国肯纳公 司的专家介绍 ，在该公司的产品创
新 中 ，刀具结 构 的创 新 约 占 50％ 。与 刀具 材 料 牌 号
的创新 比较 ，刀具结 构的创新 以其不 同的方式和独
特的优势推动着刀具 品种 的更新 ，具有一点突破全
面开花的效果 ，一种 新品的出现会很快在行业 内产
生链 锁反应 。
在 近十年 内就 出现过一 些重大 的刀具 结构创
新 ，虽然在 当初进入市场的时候只是“星星之火”，但
过不了多久 ，就成燎原之势。一个典 型的例子就是
“可斜坡铣”的铣刀结构 由点到 面的发展过程 。今
天 ，几乎所有的刀具制造商推出的可转位面铣刀 、立
铣刀都做成 了“可斜坡铣 ”的结构 ，并覆盖到整体硬
质合金铣刀——“牛鼻子”铣刀。成为刀具制造商相
互追逐的新产 品，形成 了新一代 的铣 刀品种——多
功能铣刀(图 2)。而这么重大 的创新只是在刀具结
构上的简单改进 ，却使铣刀的功能大大增加 ，为提高
数控机床的利用率带来了不可估量的效果 。另一个
例子是大进给小吃深铣刀 ，这把刀 的结构创新也 已
被刀具制造商普遍采纳 ，其每齿进给量也 由当初的
3．5mm提高到 4．Omm。
图 2
当前 ，结构创新 的一个新的着力点表现在可转
位刀片的底 面与刀体上刀片座 的安装方式 的改进
上。在高速切削技 术出现之初 ，在刀片和刀座 的结
合面上做成键与键槽 或圆柱与孔 的有 隙配合 ，以减
少刀片夹紧螺钉的载荷和防止刀片的甩飞 。发展到
今天，利用两者的无隙配合 ，使刀片的夹持刚性和精
度显 著 提 高。 图 3是 山 特 维 克 可 乐 满 推 出 的
CoroThread 266螺纹车刀 ，大大提高了夹持的刚性 和
精度。随着这项技术 的推广 ，车削加工的效率 和精
度将会得到普遍的提高 ，并将带动双面有槽形铣 刀
刀片的普遍使用 ，使铣削加工成本降低 、刀片消耗减
图 3
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其它如带螺旋刃 的大前角铣 削刀片 、不等螺旋
角的整体硬质合金铣刀 、括光车削刀片 、内冷却通道
直接对准切削区等结构创新 ，都会给切削加工带来
新 的效果 。
3 加工工艺和加 工方法 的创新
在切削技术和刀具的发展过程 中，已不再局限
于刀具本身的创新 ，而是扩展到加工工艺和加工方
法 的创新。前者如高速切削 、硬切削 、干切削等新工
艺 ，后者如插铣 、钻铣 、螺纹铣 、摆线铣削法等等 。对
推动切削技术 的进步和切削效率的提高均起到了重
要 的作用 。
然而 ，探讨刀具创新不只是认识 已有 的创新成
果 ，更重要的是寻找推动创新的动力所在 ，认识产生
创新的源泉和实现创新 的条件 。
首先是创新 的源泉在哪里?根据生产力理论 ，
具有“工 具”属 性 的刀具 ，是在使 用 中不 断改进 、革
新 、创新而发展的。因此 ，刀具 的创新源泉蕴藏在刀
具使用过程 中或用户 的需求 中，它们被刀具 制造商
发 掘 于为用 户 服务 的过程 中。今 天 ，从 世界 范 围看 ，
刀具制造商 已基本 完成 了由单 纯 的刀具 制造商 向
“面向行业 、面向用户”的切削加工技术供应商 、服务
商 的转型。它们在为用户服务的过程中获取大量的
应用信息和用户为提高加工效率 、降低制造成本提
出的新要求 。刀具制造商在参与“工具”的使用 中发
现问题 ，找出原 因，形成改进 的意见 ，这符合刀具 自
身 的发展规律 ，从 『f『i大大地加快 了刀具创新 的速度。
我 国工具行业总体上还没有完成经营理念的转
型 。因此 ，重 视 转 型 、更 新 观 念 、营造 为 用 户 服务 的
各种形式是工具行业参与创新的前提。
其次 ，只有创新 的信息还不等于创新 的成果 ，如
何在为用户服务 的实践 中收集到有用 的信息 ，并把
信息转化为创新的刀具 ，有一个必要 的条件 ，就是必
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须有一支掌握刀具专业 知识 的人才 队伍和科研 、试
验 基 地 。
切削加工是一个较复杂的机械 、物理过程 。企
业在为用户服务 的切削实践时，其从事现场切削工
作的人员 ，除了有强烈的为用户服务意识外 ，还必须
掌握一定的刀具基础知识和刀具应用技术 ，应能从
中发现问题、分析问题 ，提炼 出改进 的方 向，为刀具
创新收集到有用的信 息。此外 ，在企业的后方还要
有一支从事科研开发的团队，包括懂材料又懂切削、
懂涂层又懂切削的复合型人才 ，使刀具的创新工作
建立在科学的基础上。
发展我 国的切 削技术 需要一大批刀具专业人
才。人才不足是 当前制 约我 国刀具创新 的主要 因
素。要改变我 国切 削加工 的落后面貌 ，刀具企业必
须把人才队伍 的建设放 到十分重要的位置，不等不
靠 ，从长远着眼对不 同岗位的人员通过多种渠道进
行有针对性的培养和招聘 ，为刀具创新工作打下牢
固的基础。政府的教育主管部门应重视切削专业技
术人才的培养 ，并在教育方式和内容上进行革新 ，使
其更符合企业 的需要 。
第三 ，在我国工具工业现有 的状况下 ，为了加快
刀具创新的速度 ，扩大刀具创新 的领域 ，还必须进一
步调整产品的结构 ，提高设计制造的技术水平 。
切削技术 已经进入 了以硬质合金刀具为主 、依
靠涂层技术开发新牌号的发展阶段。刀具制造商要
提高创新能力 ，做强企业 ，如果缺少硬质合金材料和
涂层这两项生产技术要素 ，就不可能在创新上有大
工 具 技 术
的作为。目前 ，我 国工具行业 除株洲钻石等少数公
司具有硬质合金材料和涂层技术的开发能力外 ，大
多数工具公司尤其是原机械行业 的少数大型工具公
司，都不具备硬质合金材料的生产和开发能力 ，涂层
技术的水平基本处 于应用 阶段 ，这就极大地制约了
企业创新的领域和产品整体水平 的提高 。因此 ，有
条件 的企业应通过技改 、合作 、兼并等多种渠道建立
或引入硬质合金材料和涂层生产技术要素。
此外 ，把创新的点子变成创新的产品，还必须提
高刀具设计与制造技术 的水平。在设计阶段 ，能应
用有 限元计算软件分析刀体或刀片在切削载荷作用
下应力和温度 的分布 ，进行切削 的模拟。在制造阶
段应尽可能采用五轴联 动的数控工具磨 、四轴或五
轴联动的加工 中心或车铣 复合 中心等加工设备 ，以
开发 出不等螺旋角 、前波刃等新型整体硬质合金刀
具 ，或“无接刀痕”的、“真正 90。’’的高精度的可转位
方肩铣刀等新型刀具 。还要提高可转位刀片的模具
制造精度 ，以提高可转位刀片的精度和刃 口质量 ，创
新可转位刀片的形状和结构 ，增加刀片的夹持可靠
性 ，提高加工效率和精度 。
刀具 的创新是切削技术 发展 的生命 力 ，有着广
阔的天地和无限的前景 。提高 自主创新的能力是改
变我国切削加工落后面貌和工具行业转型升级的需
要 。
作者 ：赵炳桢 ，研 究员级 高级 工程 师，成 都工 具研 究所 ，
610051成都市
Author：Zhao Bingzhen，Professor，Chengdu Tool Research In—
stitute，Chengdu 610051，China
现代刀具创新的特点.pdf
