最是一年春好处 刀具精英聚京城——记2011中国国际刀具技术研讨会

本刊记者/Reporter 余捷/YU Jie

4月的北京春意盎然、生机勃勃，倍受业内人士瞩目的金属切削领域的一大盛事——2011中国国际刀具技术研讨会，在京顺利召开。本次研讨会由中工联创国际装备制造研究中心（CERC）、瓦尔特（无锡）有限公司、德国世媒公关咨询有限公司联合中国机床工具工业协会工具分会、中国刀协与先进制造技术研究分会、全国高校金属切削原理与刀具研讨会、上海大学先进工艺与刀具技术研究所等国内4家顶级学术机构共同举办。本刊作为独家平面媒体支持，全程记录了此次中国刀具界的盛会。

众所周知，刀具在工业中所占比重不大，但其地位却不容忽视，一个国家刀具技术的发展水平，从某种意义上影响了该国家的工业发展水平。在CIMT2011即将到来之际，国内金属切削领域的顶级专家、领导和世界著名机床和刀具生产企业齐聚一堂，共商盛事，有着特殊的意义。出席本次会议的嘉宾有中国人民解放军总参通讯部杨千里部长，中国齿轮专业协会王声堂名誉会长，原国务院重大技术办董必钦副主任，中国机床工具工业协会超硬材料分会李志宏秘书长，国家发改委国际合作中心邢国钧研究员，长沙机床有限责任公司李晓呈副总裁等等。瓦尔特亚太区总裁Jean-Paul Dissous先生，瓦尔特全球研发部总监Juergen Daub先生，瓦尔特大中华区总经理Per Tornell先生，瓦尔特大中华区市场总监王青女士，瓦尔特大中华区市场经理孙欢先生，瓦尔特汽车行业技术总监 Ulrich Kasperzack先生，瓦尔特能源行业产品经理Markus Wetli先生，瓦尔特大中华区产品经理李宏先生等瓦尔特有限公司的刀具同仁们也出席了本次会议。

致辞

——中国机床工具工业协会名誉理事长 梁训暄先生

大会首先由中国机床工具工业协会名誉理事长、中国机床行业的权威梁训暄先生致辞。2011年中国经济将会继续保持稳定快速的增长，而且今年我国十二个五年计划顺利开局，装备工业保持着持续快速的发展，更可喜的是我国机床工具工业的市场消费量已经超出德国、日本、美国3个机床消费大国，高居世界第一位。机床与工具是实现装备制造最基本的组成，采用高性能、高效率、低成本的刀具来满足制造业的需求，是摆在我们面前的重要使命。近年来，大量的新材料和材料处理新技术、新型的工具结构以及新性能的刀具等销售和服务方式不断发展、不断创新，成为全球工具市场关注的焦点。在这样一个背景下，刀具领域非常需要一个聚集行业专家、企业家、技术工程师的这么一个平台，来就行业发展现况进行交流，对行业的热点问题进行讨论，这样一个集高端性、前沿性和国际性为一体的2011中国国际刀具技术研讨会举行就十分必要而且恰逢其时。这样一个高质量的平台在有关同仁的共同努力下，一定能为装备制造业做出更大的贡献。最后预祝此次研讨会圆满成功。

中国机床工具工业协会名誉理事长 梁训暄先生

21世纪刀具材料现状和发展趋势

——北京理工大学于启勋教授

北京理工大学 于启勋教授

现代刀具材料主要有高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料（立方氮化硼CBN、金刚石）等，其中每一类又分为很多种。其中高速钢和硬质合金的使用量在90%以上。目前中国生产高速钢5～6万吨，占全世界的1/4～1/3；中国生产硬质合金1.5万吨，占全世界的1/4。中国刀具材料的生产数量世界第一，但是质量属于二流水平。于启勋教授在报告中预期，在本世纪刀具和刀具材料的技术含量、质量水平和品种数量等方面都将有较大的发展，加工对象的新要求推动了刀具材料的新发展，科学技术的进步使刀具材料的发展成为可能，但同时刀具材料的发展必定受原料资源的制约。

工件与刀具二者交替发展，相互促进，工件不断对刀具提出新要求，刀具的性能必须提高以适应工件的要求。高强度超高强度钢多用于火炮、穿甲弹、飞机起落架等有关民用产品，要求加工效率高、加工中切削力大、切削湿度高、硬质化合物较多，需要使用高性能钢、粉末冶金高速钢、表面涂层高速钢、表面涂层硬质合金、金属陶瓷、氧化铝基陶瓷或PCBN等高性能的刀具材料；用于工具、模具、轴承和耐磨件等的淬硬钢，需要使用氧化铝和氮化硅基陶瓷、H类硬质合金、PCBN等刀具材料；对于塑性与韧性特别大、加工变形与硬化严重、导热性差的高锰钢，应重点发展复合陶瓷、PCBN等刀具材料；加工强度高，塑性大，切削力大，切削温度高，与工件中的成分易产生亲和、粘接、扩散的高温合金，应重点发展粉末冶金高速钢、S类硬质合金、TiAlN涂层硬质合金、PCBN等刀具材料；加工切削变形与导热系数特别小、切削硬化严重的钛合金，应重点发展S类硬质合金、PCD金刚石等刀具材料；加工纤维增强型和颗粒增强型的复合材料，应重点发展PCBN、PCD等刀具材料。

刀具材料发展的目标是使其具有更高的硬度和高耐磨性，同时还应具备更好的韧性和强度。刀具性能的提升可通过以下途径：改进和寻求如二元碳化物、氧化物、氮化物和多元化合物等刀具材料的新组分；添加某些元素或者化合物；采用热压工艺；发展PVD、CVD等表面涂层工艺；细化晶粒。

于教授最后对于刀具未来发展的方向做了系统的总结：刀具材料发展要适应加工对象的需要，特别要适应难加工材料的加工需要；刀具材料发展不断对制造工艺提出新要求，化学组分和制造工艺科技的进步推动刀具材料新发展；刀具材料的发展必须考虑资源的储有量，应优先发展节约贵重资源的刀具材料。

《瓦尔特在能源行业的实力》

——瓦尔特公司能源行业产品经理 Markus Wetli先生

能源产业正面临着不断转变的需求，更快、更清洁和更精确是瓦尔特一直追求的目标。Markus Wetli先生详细介绍了瓦尔特在生产汽轮机转子、壳体、发电机转子以及叶片方面的解决方案。

汽轮机转子主要需要加工联轴节孔、T型槽、直槽、弯曲槽以及平衡孔等。运用瓦尔特的技术进行结合面深孔加工，原先完全是手动换刀的方法，采用的新方法仅有10%的时间是用于手动操作，其他都是自动化生产，降低了50%的加工时间。使用Modco刀具进行深孔加工，瓦尔特的方案为运用运动刀具，用冷却液驱动的反向端面加工的刀柄大于等于采用30 bar的冷却液压力。Markus Wetli先生还介绍了瓦尔特TB5460-5890704刀具的特点：具有很高的效率；由数控系统自动控制；使用标准带内冷数控机床，而不是投资新的机床；安全性高；使用标准刀片。

发电机转子主要需加工联轴节孔、主/小下线槽、鸠尾孔、减振槽、平衡、下支撑槽、帽盖锁紧槽以及惯性槽等。而叶片从毛坯加工到叶片成品，主要需要加工区域为叶冠、叶冠过渡区、叶型、压力面、负压面、叶跟过渡区、叶跟以及锁紧面等。瓦尔特能够为以上部件的加工提供完整而可行的解决方案。

瓦尔特公司能源行业产品经理 Markus Wetli先生

《航空航天难加工材料的刀具技术》

——北京航空航天大学 陈五一教授

减轻重量是飞机设计永恒的主题，而采用高强度材料和结构是减轻重量的主要措施。航空发动机工作在数百至上千K的温度，旋转速度上万转每分，零件即要求要轻又能在高温下承受极端载荷，所以航空发动机零件的特点为：大量采用耐高温、高强度的难加工和极难加工材料，以承受高温和极端载荷；工作在高温、大应力、动载荷条件下，对零件表面质量有极高要求，零件表面粗糙度、加工残余应力、组织和缺陷对零件寿命极其重要。

飞机结构中的难加工材料主要有钛合金、复合材料和超高强度钢。加工钛合金由于回弹严重，因而刀具的后角要大，至少要大于15°，前角不能过大，以保证刃口强度；同时应采用大螺旋角铣刀；切削液选用含极压添加剂的油基切削液，加工时高压（100 bar）喷射冷却液可成倍提高刀具的耐用度。

北京航空航天大学 陈五一教授

高强度钢切削加工特性为：切削力大，在同等的切削条件下，比切45号钢的单位切削力大1.17～1.49倍；切削温度高，导热系数低，仅为45号钢的60%，切削功耗大，切削温度比切削45号钢时要高100℃左右，刀具磨损快；由于超高强度钢具有良好的塑性和韧性，所以切削时切屑不易折断，切屑常缠绕在工件和刀具上，影响切削的顺利进行；切削高强度钢所用刀具要求刃部强度高，硬质合金刀前角为-2°～-4°，陶瓷和CBN的为-10°左右；刀尖圆弧半径粗加工时为1～2 mm，精加工时为0.5～0.8 mm。

碳纤维复合材料的切削加工特点为：碳纤维硬度达HV600以上，接近高速钢硬成磨料磨损；加工过程没有强烈塑性变形，切削温度低，不会发生粘接磨损、扩散磨损；材质各向异性，纤维向强度高，纤维间、层间强度低，易于发生撕裂、分层等特有的加工质量问题；切削加工产生大量有害粉尘，需要加以防护。在刀具的选择上，一般采用K类硬质合金刀具，最佳刀具是金刚石刀具，刃口保持锋利，可切断纤维，而不是挤断。

陈五一教授还介绍了刀具快速筛选的技术，同时还提出了下阶段需要开展的工作：进一步开展超高强度钢、铸造高温合金、粉末冶金高温合金、铸造钛合金等难加工材料的刀具筛选；进一步进行钻、铰、拉、攻丝等其他加工工艺的刀具筛选工作；进一步改善筛选方法，提高置信度，基于已有的筛选理论，扩大切削用量取值范围，更全面地评价被选刀具。

《发动机零部件加工》

——瓦尔特公司汽车行业技术总监 Ulrich Kasperzack先生

用于铸铁粗精铣的平面铣刀F4045的特点为：七边形刀片的平面铣刀；主偏角45°；刀片有14个刃，可有效降低单件成本；密齿铸铁铣削，具有更高的进给速度；楔块夹紧刀片，能够快速更换刀片，具有稳定的刀片锁紧；使用螺钉改进了的操作，具有更高的锁紧/松开力矩；坚硬的镀镍表面，抗磨损和抗腐蚀能力更强，改进了排屑。该铣刀主要被汽车制造商运用于缸体的制造中的粗铣燃烧室面，工件材料为GH190B，运用此铣刀后刀具寿命提高了45%（从1 100个工件提升到1 600个），单件成本降低25%；噪声更低了；换刀次数也得到减少。用该铣刀精铣材料为GG25的4缸缸体的后端面，刀具寿命提高了130%（从1 300个工件提升到3 000个），降低了24%的刀具成本；每年换刀次数从385次降低到167次；由于刀片有14个刃而减少了刀片库存量。

瓦尔特公司汽车行业技术总监Ulrich Kasperzack先生

用于数控机床可自动补偿的Kam-Set镗刀的特点为：缸孔镗削可达10 μm的圆柱度；可补偿刀片磨损；无需外置拉杆或补偿单元；尺寸调整低于5 μm；最低可在4 bar的压缩空气压力下工作；PCD inserts可在采用CBN或PCD刀片时进行高速加工。分别比较采用Modco Z=3、Modco Z=3+1以及Modco Z=4+4的加工结果，最终可知当采用Modco Z=4+4时，可获得最好的质量，具有最高的工艺可靠性并且首件工件质量能够得到保证；刀具寿命更长；能有效减少加工时间、换刀时间以及调刀时间；具有更高的机床可利用率。

数控机床上曲轴孔精加工要求：在标准数控加工中心上精镗曲轴孔；在夹具上不使用衬套；工艺与传统的直线镗杆相似，而不是带导向条的铰刀；在同一工序完成精加工止推面。加工导向孔的刀具半精加工和精加工孔径#1，采用冷却液驱动，半精镗和精镗并有自动补偿。加工曲轴孔的刀具使用引导孔作为导向支撑，半精镗和精镗孔径#2～#5，有8个冷却液驱动的刀夹，无需衬套并可进行在线直径调节。加工精加工止推面的刀具使用引导孔作为导向支撑而无需衬套，采用冷却液驱动刀夹运动，具有可扩张的导向条。数控机床进行曲轴孔精加工的优点是：拥有灵活的生产线，无需专机，可有效降低项目的资金投入；精加工燃烧室面、缸孔和曲轴孔都可在一台标准加工中心上、在一次装夹的条件下完成加工，并且有极好的工件质量。

《难加工材料的物理力学性能决定其高效加工的有效途径》

——哈尔滨工业大学 韩荣第教授

哈尔滨工业大学 韩荣第教授

工件材料根据其物理力学性能可归纳为：高硬度、脆性大材料（如淬硬钢、金属基复合材料、精细陶瓷等）；高强度材料（如高温合金、高强度及超高强度钢等）；加工硬化严重的材料（如奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、高锰钢等）；化学活性大的材料（如钛合金、锆合金等）；导热性差的材料（如不锈钢、高温合金、钛合金、Ni-Ti形状记忆合金、金属间化合物等）；高熔点材料（熔点高于1 700℃的镍、钼、钽、铌、锆及其合金）。根据切削加工特点可分为：切削力大的材料；切削温度高的材料；刀具磨损严重、刀具寿命短的材料；加工表面粗糙度大、精度难达到的材料；切屑难处理的材料等。

选择合适的刀具材料是决定高效加工的关键：刀具材料的性能直接影响工件材料能否实现高效切削加工，即刀具材料选择合适与否是解决难加工材料高效切削加工的关键所在；注意在物理化学性能方面与工件材料间的合理匹配；解决刀具的刃磨问题。

刀具合理几何参数的选择是重点：保证切削刃有足够强度和散热性能；根据加工的工件材料自己设计以满足合理几何角度的要求；通过切削试验，确定合理的前角。钛合金因其弹性恢复大、导热性能差，攻丝非常困难，因此选用Kr=5°～7°30′的修正齿丝锥；镍基高温合金强度高、加工硬化严重，攻丝很困难，用标准丝锥手动和机动攻丝根本不可能，用Kr=2°30′的修正齿丝锥则可解决其攻丝难题；高强度超高超强度钢的强度太高、扭矩太大，攻丝十分困难，Kr=3°30′的修正齿丝锥可胜任其攻丝；奥氏体不锈钢的伸长率大（达60%）、冲击韧性大、切屑粘不易折断，攻丝困难，Kr=7°30′、γr=10°的修正齿丝锥可解决其攻丝难题。

合理切削用量的选择是主线：当刀具材料、刀具结构、刀具几何参数确定后，切削用量选择得合理与否就决定了加工效率和成本的高低，因此难加工材料高效加工必须始终以切削用量为主线来选用刀具材料、几何参数及冷却润滑等途径；常用普通结构材料可直接按“切削用量手册”或按经验选取；难加工材料无成熟数据可参考，需通过切削实验确定。

《2011年瓦尔特经典产品》

——瓦尔特大中华区产品经理 李宏先生

瓦尔特大中华区产品经理李宏先生

瓦尔特大中华区产品经理李宏主要介绍了瓦尔特3大类产品：（1）车削类产品，包括PVD涂层的WSM材质车削刀片、设计独特的IS0车削刀片槽型NMT、G15XX系列的多功能切槽刀具；（2）整体式钻头、丝锥及铣刀产品，包括XD70深孔钻、X-treme DM微钻、SC合金丝锥、微型螺纹孔加工铣刀和微型球头铣刀；（3）可转位刀片铣削类产品，包括F4045高效经济型面铣刀、F4030高性能高进给铣刀和F4050铝合金刀体高效加工面铣刀。李宏经理着重介绍了XD70深孔钻、X-treme钻头以及F4050铝合金刀体高效加工面铣刀。

瓦尔特-蒂泰克斯（Walter Titex）XD钻头的直径范围是3～20 mm，该款刀具为带内冷却系统的高效整体硬质合金钻头，即使钻孔深度达到7xd也无需退刀。拥有TFT和XPL两种刀具头涂层。刀身抛光的排屑槽有效保证了加工过程中的可靠排屑，从而确保了加工质量。新的整体硬质合金钻头可以结合乳剂和油使用，能为加工IS0工件材料组的P、K、N级材料应用提供有效的解决方案。由于该钻头在加工斜向出口和横向钻孔时的性能优越，可广泛适用于通用机械行业、液压工业和汽车行业。该钻头拥有4个刃带，确保了最高质量的钻孔，并且与单刃枪钻相比生产效率提高了10倍。由于其在钻孔时无需退刀，该钻头可在钻深较大时确保钻孔工艺的可靠性。

瓦尔特-蒂泰克斯（Walter Titex）X-treme整体硬质合金钻头带内冷却系统，几乎适用于所有IS0工件材料组加工，可广泛运用于机械行业、模具行业、汽车行业和能源行业。该刀具产品可在斜向出口和横向钻孔时使用，在加工斜面和凸面时很具优势：优化的4个刃带不仅可用在5°以下的斜向入口平面上，也可用在45°以下的斜向钻孔出口上以及带横钻孔的工作，确保最高的钻孔质量。直径范围3～25 mm。整体硬质合金钻头X-treme由于带有XPL涂层而拥有最高的切削参数和刀刃寿命，可结合乳剂和油使用。本着“为客户提高生产效率”的原则，相较于传统在低进给量及低速工作状态下使用的钻头，瓦尔特-蒂泰克斯（Walter Titex）推出的这款钻头可在进给速度达809 mm/min时使用，从而提高50%的生产效率。

瓦尔特推出的 Walter PCD F4050型铣刀特点为：刀具的高强度铝基体带有硬质氧化表面，旋转力矩较低。该款刀具轴向（同轴度）调整简单，可精确到级；刀具的标准产品直径范围为80～200 mm，刀具的夹紧螺钉带内冷系统，切深可至4 mm；在加工过程中，能利用平衡微调将刀具调整到最高平衡等级。无论是面铣还是台阶铣，F4050型铣刀均配有带钎焊PCD块、由高强度钢支撑的刀座，可多次修磨。拥有这些技术特点的瓦尔特PCD F4050型铣刀能够在使用过程中承受高速度切削，加上其调整方式简短，使用者能够减少加工前的准备时间，从而大大缩短铝材的加工时间。

《汽车行业高速高效精密刀具技术的应用》

——上海大学 王永国博士

我国正逐渐由第一制造大国向制造强国转变。近些年国家高度重视装备制造业的发展，并设立了“高等数控机床与基础制造装备”重大专项，2009年拨款328亿元人民币，2010年拨款300亿元人民币，主要用于汽车、船舶、大飞机、高铁、轨道交通、能源等行业。我国汽车、机床刀具行业市场广阔、发展空间巨大，已经连续6年机床消费量全球第一（2010年为284.8亿美元），汽车产销量全球第一（2010为1 800万辆）。

我国所用的机床先进，但是制造工艺和刀具总体水平却比较落后，究其原因主要为：高校无专门工艺、刀具方面的课程；与国外刀具公司相比，国内公司缺乏整体解决方案的能力和高端产品；大量低端刀具产品占有大部分市场份额；汽车发动机行业国外刀具占80%的份额。

中国机床刀具现状：中高端刀具市场被国外刀具公司占领，这些刀具的技术附加值和利润率远远高于低端刀具；国内刀具公司主要在低端刀具市场，主要靠价格竞争；国外刀具公司往往为客户提供解决方案，捎带销售刀具产品；国内刀具公司基本不具备提供解决方案的能力，单纯销售产品；由于国内刀具公司发展潜力以及待遇等因素，刀具人才主要集中在国外刀具公司。

王永国博士同时还介绍汽车发动机用的PCD/CBN面铣刀、加工曲轴和凸轮轴孔和端面的带有微调单元和滑动机构的刀具、焊接PCD刀具以及带导条的铰刀等在汽车制造业中起到重要作用的刀具。其中焊接PCD刀具具有可以得到Ra 0.63 mm甚至更嘉的表面粗糙度；组合铣、钻、镗、铰等工序，总体上减少了工序；超长刀具寿命，无形中减少刀具更换时间和频率；避免由于刀具调整等影响质量等特点。对于PCD刀具，影响最大材料去除的因素是切屑能否顺利排出，在排屑良好的情况下可选用较大进给率。

上海大学 王永国博士

《一种新的机床加工方法和技术》

——长沙机床有限责任公司/天津大学 李嘉教授

中国已成为最大的汽车制造和消费国，大量汽车品牌进入中国，按照与国外汽车制造商要求配套，但是现有工艺方法主要是沿齿线进给，切削主要从齿线方向排出，此类方法无法满足配套要求，必须采用新的工艺方法。

新的切制齿轮的方法被为剐齿：改变切屑流动方向；刀刃逐点切削，从毛坯上切除一小条材料，形成很小的沟槽；刀具沿齿线进行若干次切削，在齿坯上切出轮齿；切削具有“剜”和“削”的双重效应，且切削量非常小，需经过千万次高速切削才能完成整个齿面加工；过程类似我国古代的酷刑凌迟，即经过千刀万剐，在毛坯上切削出齿形。这种新型的加工方法应用前景广阔，可适用于各种内齿、外齿加工，干式切削，高速率加工，替代滚齿+剃齿或插齿+剃齿的工艺链并可以运用到复合加工机床上。

在新工艺发展的前期，可以借用插齿刀设计理论，然后进行局部改进，其弊端是刀具寿命短、生产成本高等，因此需要在今后继续开展优化工作：更加深入地研究剐齿原理；进行剐齿刀设计理论与方法的研究；机床设计亟待优化；工艺试验刻不容缓（包括刀具材料和涂层）；同步运动控制特性研究有待深入。

长沙机床有限责任公司/天津大学 李嘉教授

尾声

2011中国国际刀具技术研讨会最终在全场专家与嘉宾无间的互动中缓缓落下帷幕，但是一场有关于刀具技术全新的变革也许才刚刚临近。随着机床工具行业的持续发展，刀具的重要性越来越为人们所关注，“高档数控机床与基础装备制造”科技重大专项中更是有众多项目与其紧密相关。感谢瓦尔特，给我们带来如此一场意义非凡的刀具盛会，同时2011中国国际刀具技术研讨会的成功召开，也必将对我国刀具行业的发展起到不可忽视的推动作用，从而助力于“十二五”期间中国机床工具行业的发展。