刀片材質的創新技術 推動了加工業的持續進步

       過去七十年，制造業經歷了一場史無前例的技術革命，金屬零件的加工數量提高了成百上千倍，而加工時間大大縮短。通過提高金屬去除率、延長機床刀具壽命、減少停機次數、改善刀具拆裝的便捷性、提高運行性能，從而使加工成本大幅降低。

       金屬切削是工業生產的重要組成部分，通過提高生產效率，該領域的技術創新對整個經濟的發展起著十分積極的作用。它可以促進社會繁榮，改善生活質量。

       數控刀具材質，尤其是硬質合金，是金屬切削中Z主要的因素之一。這是因為金屬加工時，切削刃的性能在提升整個制造業生產效率方面發揮著十分巨大的作用。

       作為行業先鋒，山特維克可樂滿從五十年代開始，不斷加快材質研發步伐，相繼推出大量創新技術。

       現代切削刀具問世

       十九世紀初，所有金屬加工公司必須自制刀具或購買非標刀具。沒有任何刀具和解決方案的標準程序。刀具材料主要是高速鋼，焊接硬質合金刀具逐漸開始使用。以后，機床、設備、數控和刀具取得了突飛猛進的發展，生產效率和加工質量水平顯著提高。

       山特維克可樂滿自五十年代開始推出可轉位刀具以來，加工產量已經成倍翻番。我們從現成標準化刀具的思路著手，一路引領高科技刀具和加工方法新潮流。在研發制造工藝時，同樣需要刀具材料的創新，需要材料科學技術知識。通過充分利用刀具材料，我們在刀片的制作過程中設定并實現了材質目標。

       質量和創新

       眾所周知，1942年山特維克開始涉足金屬切削行業。山特維克可樂滿是在開發硬質合金作為優質刀具材料的經營理念基礎上成立的。這種合成刀具材料已經為人們所熟知幾十年，但是能充分利用其特性的應用還十分有限，主要用于巖石鉆孔。然而，硬質合金后來取得的成功，全都歸功于接二連三的創新技術。進入1943年，山特維克可樂滿新研制出了六種合金刀具材質，而十年后，它就研發出了多達十二種可應用于多種領域的可優化像焊接刀具之類的的金屬切削材質。

       如何把控用于切削刀具的硬質合金的質量是山特維克可樂滿Z開始面臨的技術難題，這也是與客戶不斷交流得到的反饋。1954年，山特維克可樂滿建立了一座專門的硬質合金工廠，引進了大量的研發設施，為實現嚴格質量控制，邁出了Z關鍵的一步。質量控制一直被視為全世界可樂滿刀具的重要基石。

       1957年，山特維克可樂滿推出了第一批可轉位刀片刀具—T-Max車削刀具系列。盡管開始可轉位刀片的市場很小，但是當一些制造業行業巨頭們開始采用這種刀片時，刀片工具系統的應用迎來了希望的曙光，并在日后的使用中飛速發展。加工車間已經采用效率高、產量大的加工技術，不再需要重磨的焊接刀具。

 早期（1956年）非涂層材質的創新是一種被稱為Coromant S1 Premium的刀片材質—世界上第一個提高生產效率的“助推器”。S1P大幅提高切削參數并延長使用壽命，在車床行業首屈一指，超群絕倫，大幅縮短了精加工和輕粗加工的加工時間。同時，采用優質材質刀具車削各類鋼件甚至合金鑄鐵時，無需任何冷卻液。這種材質特別適合可轉位刀片，確實使業界人員大開眼界，并期盼通過刀具材料創新，改善加工環境。

       六十年代，還研發了適合其他應用的刀片和材質，例如銑削、鉆削和螺紋切削。1963年，可樂滿已經有十八種（非涂層）刀片材質上市，覆蓋加工業的多個領域。

       涂層理念實現質的飛躍

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

       采用涂層刀片材質，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。七十年代初，又開發了兩種涂層材質（GC135和GC315），與GC125分別用于不同應用領域。Z初的這三種涂層材質，是使用標準材質的基體，后來被認為是這三種材質的局限所在。之后，又研發了專用刀片基體，用于涂覆專用涂層，從而改善了涂層刀片的性能。第一種材質是1973年推出的GC1025，這種材質采用涂層專用基體，是第二代涂層材質的代表。

       其他刀具制造廠對這些創新技術的第一反應是持不信任態度，但是很快又不得不接受現實—因為性能確實得到明顯改善，這些創新為行業制定了新標桿。

       創新層出不窮

       七十年代是極不平凡的十年，切削刀具技術的新工藝、新方法大量涌現，加工性能日益提高。1969年，一般混合式走刀車削零件的切削時間是5.5分鐘。十年后，加工同樣的零件僅需要1.5分鐘。為什么在提高生產效率方面能取得如此驚人的進步？主要是因為持續研發涂層材質取得了顯著進步。同時，山特維克可樂滿七十年代研發出的多種創新型刀具解決方案也發揮了舉足輕重的作用。例如：山特維克可樂滿Z早推出可轉位刀片切斷刀具，首創雙涂層刀片材質和減振鏜桿，率先設計出正前角車削刀片和開式波浪形斷屑槽，是可轉位刀片鉆頭的鼻祖等等。

       七十年代中期，首次使用含氧化鋁涂層的刀片時，涂層材質向前邁出重大步伐—含氧化鋁的涂層是一種化學穩定性很高的陶瓷材料，高溫耐磨性高、導熱系數小，可防止刀片基體受熱。因此，山特維克可樂滿研發并推出了用于車削領域的GC015，這款產品的主要特點是耐磨—通常用于高速車削精加工。這種材質首次使用可樂滿的專利技術—雙涂層解決方案，其中內層采用碳化鈦涂層。

 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，研發刀具材料制造工藝一直是山特維克可樂滿科技創新的重要課題。1980年，催化化學蒸汽沉積法已經投入應用，催生了又一代新涂層材質：GC415，用精加工。同時，研發了結實耐用的用于粗加工工序的材質GC435以及應用十分廣泛的GC425材質—此時，已經完成了整個材質系列的研發，覆蓋了鋼件車削的全部應用范圍，并加以優化。八十年代，又研發出一種工藝，使碳化鈦和不同厚度的氧化鋁之間結合的更加牢固，采用這種工藝，生產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，研發出了二十多種新材質，其中大部分是涂層材質，并且大多數用于車削，工件材質不同，工序要求也不同。我們還研制了新一代涂層車削材質（GC4000系列），其中可使用更厚碳化鋁涂層的晶粒結構，強度大大改善，特別是GC4015材質，實現了更高切削速度的目標。

       在研發涂層工藝的同時，我們的另一條思路是同時生產不同的材質。因為陶瓷材料固有的脆性，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的材質（(GC1025和GC1125），圓滿解決了這個問題。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，但是其耐磨性還是比非涂層刀具好很多。

       從那時起，研發CVD和PVD工藝意味著兩類涂層材質的應用越來越相近，從而刀片材質的程序優勢互補。隨著時間的推移，制造業應用場合、工況、工序、加工率、工件材料和零件質量的變化對研發這些新材質有著十分深遠的影響。

       我們在刀具材料方面做了大量研發工作，已取得突破性創新成果。金剛石涂層刀片便是其中之一，這種材質通過采用合理的斷屑槽形，可以代替金剛石鑲尖刀片，用于車削鋁合金材料。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，用于耐熱合金加工的陶瓷刀片。以及一系列重要的刀片材質，用于銑削、鉆削、切斷和切槽、螺紋車削的可轉位刀片和整體硬質合金刀具。