《工具世界》以推广先进金属切削技术为己任
概述切削刀具的发展与人类工业的发展密切相关。 好的切削刀具可以生产更精密的刀具，而更精密的刀具可以帮助开发更精密的刀具。 这个循环是人类工业史的反映。 自工业革命以来，切削工具的改进不断。 从18世纪初的高碳工具钢（当时已知的可用于切削的最硬材料）到21世纪初的各种人造超硬材料，切削工具在过去的100年里不断发展。 当今市场上的主流碳化钨钢切削刀具多年来不断发展。
下面对硬质合金钢切削刀具的发展提出几个不同的方面：
1、切削刀具材料的改进；
2.刀具几何形状的应用；
3、涂层技术；
4、切割方法的改进。
刀具材料的影响
当时，碳化钨钢刀具可以提供大约是高速钢2倍的切削速度。 切削刀具一直在与切削温度竞争。 切削速度越高，切削温度越高。 因此，刀具材料除了硬度之外，耐热性也是非常重要的一部分。 最初开发的硬质合金硬而脆。 虽然它可以在800°C下保持红热硬度，但刀具边缘容易破裂是很常见的。 后来在此基础上进一步提高了耐热性和韧性。 当今的硬质合金刀具大多采用复合硬质合金材料制成，与原来的硬质合金相比，切削性能进一步提高。
碳化钨钢的性能不仅仅是影响机械性能的成分。 碳化钨钢的粒度对材料的机械性能也有一定的影响。 通过改变碳化钨的粒度，可以有效改变整体碳化钨钢的组织，从而改变硬度。 一般来说，晶粒结构越细，就越硬。 再加上钴含量的调整，可以调整整体碳化钨钢的性能。 但如果仅从单一方向调整，则很难达到所需的力学条件。
刀具几何形状的应用
近年来，刀具技术的发展主要集中在提高刀具切削效率和增加刀具寿命两大方向。 下面讨论这两点与刀具几何形状的相关性。
1.刀具切削效率
当我们通过切削参数提高效率时，会出现几种不利的切削情况，如刀具振动、排屑不良等，从而影响刀具的寿命。 我们可以进一步优化刀具设计，利用刀具的几何原理来解决不利于刀具切削的因素。
1、不等分设计
作用：改变固有共振频率，抑制振动。
2、不等螺旋角设计
作用：改变刀刃各点的切削阻力，减少共振的概率。
3. 不等边引线设计
作用：改变切削阻力，减少共振机会。
4、容屑槽的几何形状和容屑空间也会影响刀具的切削效率。
2、刀具切削寿命
刀具寿命的提高可以从以下几点来讨论：
(1)刀芯厚度和材料性能的选择
1、刀具的芯部厚度决定了刀具整体的刚性。 一般来说，刀具在切削过程中常常受到切削阻力引起的扭转力和剪切力。 因此，型芯厚度所占的面积比例将极大地影响刀具的刚性。 例如，要注意的是，当厚的区域较大时，刀具将具有更好的抗弯能力和刚性，但同时会被压缩到排屑空间中。
2、刀具材料性能由材料的硬度、耐磨性、韧性等性能组成。 硬度和耐磨性是刀具寿命的指标之一，而韧性和强度则是刀具抗弯曲能力的标志。
上述综合特征将决定该工具的整体强度。 根据上述条件的组合，可生产出不同用途的切削刀具。
(1)精加工：可选用芯部厚度大、硬度高、耐磨性好的材料。
(2)粗加工：可采用心部厚度小、韧性高的材料。
(2)刀具切削刃角度设计
1、前角：前角的大小代表刀具的锋利程度。 锋利的切削刃在切削面上的塑性变形和摩擦阻力小。 可以降低切削温度。 但前角太大，刀刃会太锋利，强度下降，容易断刀。
(1)加工软的、高塑性的材料时，应采用大的前角，加工硬的、脆的材料时，应采用小的前角，甚至负前角。
(2)抗裂、抗弯、韧性高的刀具材料可采用较大的前角。
2、后角：后角的主要作用是避免刀具表面与工件表面发生干涉，但后角过大也会降低刀具刃口强度，从而降低寿命。
(1)材料弹性系数高。 当切削后材料会反弹时，选择后角较大的刀具比较合适。
(2)切削硬度和强度较高的材料时，宜采用后角较小的刀具，以保证刀片的强度。
(3) 刀具刃口的处理
经过刃口处理的刀具可以有效提高刃口强度、刀具寿命和刀具切削稳定性。 刃口钝化处理是涂层前的工序之一，可以提高涂层对刀刃的附着力和耐磨性。 一般常见的处理方法有流体钝化、磁力钝化等，经过这种处理后，刀尖会产生电弧，而不是完全锋利且容易折断的刀刃。
涂层技术的影响
碳化钨钢刀具从材料层面的改进的局限性与当前元素的特性和成分有关。 然而，随着工业科学技术的飞速进步，简单的碳化钨钢刀具的性能已经不能满足切削加工的需要。 因此，到了20世纪70年代，化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）的发展，使碳化钨钢刀具的性能可以在不改变母材成分的情况下得到很大的提高。 据了解，目前的技术可以在刀具的外层覆盖一层致密的保护层，而这层涂层的硬度将超过碳化钨钢材料，因此表面硬度可以大大提高。
目前，奇骏科技生产的刀具所使用的AlTiN涂层是硬质合金刀具的主流涂层。
AlTiN涂层具有化学稳定性高、耐热性优良的特点。 在切割过程中，该涂层中的铝元素会因切割高温而氧化，产生一层致密的氧化铝（Al2O3）层。 在氧化铝（Al2O3）特性的影响下，化学稳定性和耐热性可以进一步提高。 另外，切削时的热量更容易传入工件和切屑中，减少了刀具对热量的影响。
涂层中添加硅元素，可以大大提高涂层的硬度。 因此，这种涂层常用于切削高硬度钢，具有高耐磨性的特点。
目前的涂层技术不再采用单一的膜层作为保护层，而是发展了纳米级的多层结构涂层。 这项技术不仅仅是膜层的叠加，更是不同配方比例的叠加，产生不同的功能。 其微观结构特性有助于提高涂层的韧性而不牺牲硬度。
涂层结构分类：
1、单一涂层结构：涂层结构由单一化合物组成，如TiN、TiCN、TiAlN等，在目前市场上也有一定比例的刀具应用。
2、多层薄膜结构：由多种不同性能的薄膜层叠而成。 每层膜厚约数十纳米，由数十层薄膜组成。 与单一涂层结构相比适合做刀具的钢材，改善了整体组织组织，抑制了不良晶粒的长大，提高了硬度和韧性。
3、纳米多层膜结构：与多层膜结构类似，但膜层厚度达到纳米级别。 这种结构具有极高的硬度，膜层的耐热性和抗氧化性也相当高。 在 1000°C 时，薄膜保持其硬度。
工具应用技术的影响
迄今为止，切削刀具的发展已有约100多年的历史。 切削刀具性能的提高带动了装备的进步，切削刀具的应用技术也在不断发展。 如何有效应用切削刀具一直是各国行业关注的焦点之一。 然而，在切削刀具的应用阶段，影响刀具性能的因素不仅仅是刀具本身，还有加工环境、加工设备等，都会极大地影响刀具的性能。 以下是切割技术的两个变化所带来的影响——设备的创新和切割方法的改进。
(一)装备创新
为了加工形状更复杂的零件，可以使用一系列打孔带让电机读取信号，从而获得更精确的形状和精度。 直到计算机的飞速发展，数控工作机械才诞生。 。
设备的更新对切削刀具也产生了巨大的影响。 过去，机械进给不准确导致切削刀具的切削阻力变化，从而增加了刀具振动的风险。 然而，在现代机械中，运动由计算机数据控制，并通过反馈伺服进行处理，确保运动精确，并且现代机器的设计集成了整体床身结构，刚性更高。
随着设备的进步，工具也逐渐进步。 更高的切割速度代表更快的效率。 但为了应对现代高速高精度加工适合做刀具的钢材，机床的滑轨设备也能应对高速，于是衍生出了数控机床的轴向。 “直线滑轨”的出现提供了高速运动，滚珠丝杠和伺服反馈提供了高精度运动，从而提高了工具的应用水平。
(2)切割方法的改进
当工具技术进步的时候，人们总是思考如何更有效地使用工具。 一方面可以减少生产时间，从而降低生产成本。 另一方面可以提高刀具寿命，降低刀具使用成本。 有效的加工方法意味着更短的加工时间和更少的刀具磨损，因此针对不同性能的机器寻找合适的切削方法也是提高整体加工效率的一种方法。
高速切削
高速切削是指减少切削量，采用较高速度的参数进行多次切削，具有快速去除材料的效果。 具有切削力较小、主轴床身负载较小等优点。 为了有效利用刀具的切削刃，我们会采用高ap低ae的加工，因为刀片接触面积大，刀具的轴向分力大，总切削力小，床身需要高速移动，因此特别适合使用直线滑轨的机器。
高效率切削（高）
高效切削是指以较大的切削量进行加工。 由于单次切削量大，会采用常规切削参数，因此具有材料去除效率高的优点。 采用这种切削方法时，由于轴向拉力较小，因此不会发生拉削现象。 但如果采用高切削深度，轴向拉力就会大大增加，对刀柄夹紧力的要求也会大大增加，甚至容易出现“拉削”现象。 现象，由于其刚性要求较高，且不需要高速进给，所以适合在硬轨机床上使用。
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