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     近幾年來，隨著我國 經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，汽車的需求量繼續(xù)保持高速增長，汽車及汽車零部件產(chǎn)業(yè)已成為了金切機(jī)床行業(yè)和工具行業(yè)的最大、最主要的用戶。發(fā)動機(jī)是汽車的心臟、是汽車最主要的組成部分，其零件制造工藝水平普遍高于其它汽車零件，涂層刀具、陶瓷刀具、超硬刀具獲得了廣泛的應(yīng)用。我國汽車生產(chǎn)線，特別是轎車的生產(chǎn)線大部分是從國外引進(jìn)的，在投產(chǎn)時(shí)各生產(chǎn)線上多采用進(jìn)口刀具，而且這些刀具基本上是世界先進(jìn)水平，集新材料、切削原理、新工藝，表面處理等各項(xiàng)技術(shù)于一身，其特點(diǎn)是：高性能、高壽命、高可靠性。刀具切削用量均采用國外推薦值。由于我國刀具生產(chǎn)企業(yè)，長期以來面向的是卡車、拖拉機(jī)等行業(yè)，相對來說與轎車刀具相比，刀具水平較低。因此，國內(nèi)刀具制造商要想?yún)⑴c國際化競爭，提升企業(yè)整體技術(shù)是十分重要的。

我國汽車發(fā)動機(jī)制造趨勢及刀具應(yīng)用現(xiàn)狀

     國內(nèi)新上的汽車發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線，在制造上有三個(gè)比較明顯趨勢：

◆高速化：要實(shí)現(xiàn)高速加工，其基本要求是：第一，機(jī)床要使用能實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的主軸；第二，采用帶強(qiáng)力夾頭的 HSK 刀柄，定位精度高，同時(shí)剛性也較好；第三，大量采用涂層硬質(zhì)合金刀具，金屬陶瓷，陶瓷 CBN 、PCD刀具。
◆柔性化：發(fā)動機(jī)生產(chǎn)制造柔性化是走向之一，在傳統(tǒng)的自動線局部工位用 CNC 或加工中心，來實(shí)現(xiàn)柔性加工的生產(chǎn)線叫柔性自動線 FTL ，日本工廠使用的較多。而用專用加工中心構(gòu)成的柔性制造系統(tǒng)，主要用在缸蓋和缸體，從產(chǎn)量角度分析，可以達(dá)到，從傳統(tǒng)的 FMS 系統(tǒng)起步產(chǎn)量年產(chǎn)量 5 萬件到傳統(tǒng)自動線的產(chǎn)年產(chǎn)量 20 萬件。
◆高效率：從日本汽車制造業(yè)的情況來看，平均每五年切削效率要提高 28% ，其中切削速度平均提高 19% ，進(jìn)給量平均提高 8% ，而最近幾年切削效率提高的幅度在 30% 以上。目前制造發(fā)動機(jī)主要零件的生產(chǎn)節(jié)拍已經(jīng)縮短到了 30 ～ 40 秒，比十幾年前縮短 50% 以上。例如在灰鑄鐵材料缸體的銑削加工，用高速加工中心機(jī)床，切削速度可達(dá)到 V=700 ～ 1500m/min ，刀具采用 CBN 刀片。在缸體、缸蓋鋁合金材料銑削加工時(shí)，廣泛采用 PCD 刀具，考慮到高速回轉(zhuǎn)時(shí)將會產(chǎn)生很大的離心，故刀體采用高強(qiáng)度鋁合金材料制作。

     總之，發(fā)動機(jī)制造業(yè)一個(gè)明顯的走向，就是采用高速加工來提高效率，縮短交貨時(shí)間，最終降低成本，提高市場競爭力。

     汽車工業(yè)是專用刀具應(yīng)用最多的行業(yè)，也是衡量一個(gè)國家或一個(gè)刀具公司技術(shù)水平高低的標(biāo)志。我國汽車生產(chǎn)線，特別是轎車生產(chǎn)線大部分是從國外引進(jìn)的，而刀具均是隨設(shè)備進(jìn)口時(shí)定的。目前，國內(nèi)的汽車生產(chǎn)線有美國型，歐洲型和日、韓型，以及以歐洲設(shè)備為主的自主型。這樣，在中國活躍著五大刀具派系主流，一是山特系 ( 包括山高 ) ，山特維克公司有著龐大而復(fù)雜的刀具分支，在中國的銷量最大；二是美國系，主要以肯納 Kennametal 、英格索爾、萬耐特等為代表；三是歐洲系，主要以德國為主，包括 MAPAL 、 Guehring 、 Widia 、 TITEX 、瓦爾特等；四是日韓系，包括三菱、住友、東芝、 OSG 、黛杰、不二越、日立等，以及韓國的 Taegutec 、 KORLOY 公司；五是以色列系，主要是 ISCAR( 伊斯卡 ) 。這些公司幾乎填滿了市場空間，在一些大型汽車制造廠，國產(chǎn)化刀具可能只占總項(xiàng)目的 10% 左右。因此，進(jìn)口刀具仍占主導(dǎo)地位。

     國內(nèi)刀具行業(yè)面臨的狀態(tài)是刀具行業(yè)起步晚，先進(jìn)的數(shù)控刀具僅僅是隨著近年來數(shù)控機(jī)床的發(fā)展而發(fā)展，因此數(shù)控刀具產(chǎn)品發(fā)展速度緩慢，基礎(chǔ)比較薄弱，競爭力不高。為什么國外刀具行業(yè)能搶灘中國的市場？主要原因是：國外產(chǎn)品檔次高、品種多，產(chǎn)品質(zhì)量好；而且，刀具是與機(jī)床緊密聯(lián)系在一起的，國外機(jī)床往往選用在國外已經(jīng)配套使用的刀具，再加上產(chǎn)品精加工、高性能切削，國內(nèi)產(chǎn)品品種不全，特殊需要時(shí)也使用外國刀具，這就是國產(chǎn)刀具形成被動局面的原因。 以轎車生產(chǎn)線為例，我國在引進(jìn)轎車車型和先進(jìn)數(shù)控自動生產(chǎn)線的初始，往往并不重視刀具的國內(nèi)配套技術(shù)問題，沒有及時(shí)提升國內(nèi)轎車刀具技術(shù)水平。引進(jìn)生產(chǎn)線后，隨之而來的專用刀具、工具品種規(guī)格繁多，工藝技術(shù)、專業(yè)化程度要求又高，國產(chǎn)現(xiàn)有刀具、品種、質(zhì)量和供貨服務(wù)能力均不能滿足要求。而與此同時(shí)，配套完善、即裝即用的幾十個(gè)國外刀具品牌則虎視眈眈，使得對具國產(chǎn)化工作處于明顯的被動狀態(tài)。

國內(nèi)刀具制造商參與國際化競爭對策

     從 20 世紀(jì)八十年代開始，在世界制造業(yè)的發(fā)展及制造技術(shù)進(jìn)步的帶動下，切削技術(shù)和刀具逐漸進(jìn)入了高速、高效、創(chuàng)新工藝的發(fā)展新階段，切削加工的效率成倍提高，為制造業(yè)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。高效的切削工藝和刀具已成為汽車制造業(yè)的基礎(chǔ)工藝和關(guān)鍵技術(shù)。高速切削、干切削、硬切削等新的切削工藝正在改變傳統(tǒng)的加工工藝，顯現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力。筆者認(rèn)為，國內(nèi)刀具制造商要參與國際化競爭，最根本的就是提升企業(yè)整體刀具技術(shù)水平，具體來說要在以下三個(gè)方面下功夫。

一、 加快刀具新技術(shù)的研發(fā)。

     首先要全面提高硬質(zhì)合金為主的各種刀具材料性能。在各種刀具材料的發(fā)展中，硬質(zhì)合金起著主導(dǎo)作用，此外，其它刀具材料的性能也得到了顯著改善，擴(kuò)大了各自的應(yīng)用領(lǐng)域，形成了各種刀具材料既有獨(dú)特優(yōu)勢、使用范圍又相互取代補(bǔ)充的整體格局。正是刀具材料全面、迅速的發(fā)展為當(dāng)今高速、高效的金屬切削加工奠定了基礎(chǔ)。

     硬質(zhì)合金的性能不斷改進(jìn)，應(yīng)用面不斷擴(kuò)大，成為切削加工的主要刀具材料，對推動切削效率的提高起到了重要作用。首先，細(xì)顆粒、超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金材料的開發(fā)顯著提高了硬質(zhì)合金材料的強(qiáng)度和韌性，用它制造的整體硬質(zhì)合金刀具（尤其是量大面廣的中小規(guī)格通用刀具如鉆頭、立銑刀、絲錐等）用于替代傳統(tǒng)的高速鋼刀具，使切削速度和加工效率大幅度提高，把量大面廣的通用刀具帶入了高速切削范圍。其次，硬質(zhì)合金加壓燒結(jié)等新工藝的開發(fā)和應(yīng)用，提高了硬質(zhì)合金的內(nèi)在質(zhì)量，針對不同加工需求開發(fā)專用牌號的做法進(jìn)一步提高了硬質(zhì)合金的使用性能。開發(fā)了具有良好抗塑性變形能力和韌性表層的梯度硬質(zhì)合金，作為化學(xué)涂層硬質(zhì)合金刀片牌號的基體材料，提高了涂層硬質(zhì)合金刀片的切削性能和應(yīng)用范圍。

     陶瓷和金屬陶瓷刀具材料品種增多，強(qiáng)度和韌性提高，應(yīng)用領(lǐng)域和加工范圍不斷擴(kuò)大，在鋼材、鑄鐵的精加工、半精加工中代替硬質(zhì)合金，提高了加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前，此類刀具材料不僅可用于單件、小批量生產(chǎn)，而且已應(yīng)用于流水線的批量生產(chǎn)，由于價(jià)格較低，可作為干切削、硬切削的首選刀具。

     PCD、CBN超硬刀具材料改性和制造工藝的改進(jìn)，使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。用 CBN 制造的缸孔鏜刀已可用在自動生產(chǎn)線以及鑄鐵、淬硬件的加工中，并從精加工領(lǐng)域擴(kuò)大到半精加工領(lǐng)域，使切削加工效率大幅提高。鋁合金是汽車工業(yè)廣泛使用的重要材料，鋁合金的高效加工是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前，由于廣泛應(yīng)用各種高性能 PCD 刀具，使切削效率顯著提高，最高切削速度已達(dá) 7000m/min 。產(chǎn)品已從車刀、面銑刀擴(kuò)大到立銑刀、鉆頭、鉸刀、成形刀具等；

     其次要將涂層作為提高刀具性能的關(guān)鍵技術(shù)。刀具涂層技術(shù)近幾年取得了重大進(jìn)展，表面涂層成為提高刀具性能的關(guān)鍵技術(shù)。化學(xué)涂層 (CVD) 仍然是可轉(zhuǎn)位刀片的主要涂層工藝，已開發(fā)出中溫 CVD 、厚膜 Al 2 O 3 、過渡層等新工藝，在改進(jìn)基體材料的基礎(chǔ)上，使 CVD 涂層的耐磨性和韌性均得到提高； CVD 金剛石涂層也取得了較大進(jìn)展，提高了涂層表面光潔度，并進(jìn)入實(shí)用階段。目前，國外硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的涂層比例已達(dá) 70% 以上。在此期間，物理涂層 (PVD) 的進(jìn)展尤為引人注目，在涂層爐結(jié)構(gòu)、工藝過程、自動控制技術(shù)等方面都取得了新進(jìn)展，不僅開發(fā)了適用于高速切削、干切削、硬切削的高耐熱性涂層 ( 如超級 TiAlN) 以及綜合性能更好的 TiAlCN 通用涂層和 DLC 、 W/C 減摩涂層，而且通過對涂層結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，開發(fā)了納米、多層結(jié)構(gòu)，大幅度提高了涂層硬度和韌性。

     PVD 涂層技術(shù)的新進(jìn)展，顯示了涂層技術(shù)對提高刀具性能的巨大潛力和獨(dú)特優(yōu)勢，通過對涂層工藝參數(shù)的控制和對靶材、反應(yīng)氣體的調(diào)整，可不斷開發(fā)出新的高性能涂層，以滿足加工多樣性的需要。涂層技術(shù)將成為提高和改善刀具性能的捷徑，有著十分廣闊的應(yīng)用前景。

二、刀具結(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新

     隨著制造業(yè)的高速發(fā)展，汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)、模具工業(yè)等重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)部門對切削加工不斷提出更高要求，推動著可轉(zhuǎn)位刀具的持續(xù)發(fā)展。為汽車工業(yè)流水線開發(fā)的專用成套刀具突破了傳統(tǒng)的按需供刀、 “ 閉門造刀 ” 的做法，成為革新加工工藝、提高加工效率、降低加工成本的重要工藝因素，發(fā)揮著重要的作用。

     汽車工業(yè)的敏捷制造成為推動可轉(zhuǎn)位刀具結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的強(qiáng)大動力，促進(jìn)了多功能面銑刀、各種模塊式立銑刀系統(tǒng)、大進(jìn)給銑刀等高效加工刀具不斷涌現(xiàn)。為滿足高效加工鋁合金構(gòu)件的需要，開發(fā)出了結(jié)構(gòu)新穎的鋁合金高速加工面銑刀等先進(jìn)刀具。

     隨著五軸聯(lián)動數(shù)控工具磨床功能的完善及普及應(yīng)用，使立銑刀、鉆頭等通用刀具的幾何參數(shù)進(jìn)一步多樣化，改變了標(biāo)準(zhǔn)刀具參數(shù) “ 千篇一律 ” 的傳統(tǒng)格局，可適應(yīng)不同的被加工材料和加工條件，切削性能也相應(yīng)提高。一些創(chuàng)新的刀具結(jié)構(gòu)還可產(chǎn)生新的切削效果，如不等螺旋角立銑刀與標(biāo)準(zhǔn)立銑刀相比，可有效遏制刀具的振動，提高加工光潔度，增大刀具的切削深度和進(jìn)給速度。硬質(zhì)合金絲錐及硬質(zhì)合金螺紋銑刀的開發(fā)將螺紋加工效率提高到高速切削的水平，尤其是硬質(zhì)合金螺紋銑刀，不僅加工效率高，而且通用性好，可顯著降低刀具費(fèi)用。

三、重視配套技術(shù)和刀具管理

     切削加工配套技術(shù) ( 包括刀柄與機(jī)床主軸的聯(lián)接方式、刀具在刀柄中的夾緊方式、刀具系統(tǒng)平衡及刀具管理等 ) 是隨著切削加工技術(shù)的進(jìn)步而逐漸發(fā)展起來的，是現(xiàn)代切削技術(shù)不可缺少的組成部分，并與切削技術(shù)和刀具保持著快速同步發(fā)展，不斷改變著切削技術(shù)的內(nèi)涵，推動切削技術(shù)進(jìn)步。

     隨著切削技術(shù)的發(fā)展，工具行業(yè)正經(jīng)歷著經(jīng)營機(jī)制的變革。面對日益更新的生產(chǎn)模式和新的工件材料，刀具已不再是可以 “ 一售了之 ” 的簡單商品，而是優(yōu)化加工工序或生產(chǎn)線加工技術(shù)的重要工藝因素。刀具制造商必須能為用戶提供成套加工技術(shù)，幫助用戶實(shí)現(xiàn)提高加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本的目標(biāo)，這已成為國外刀具制造商業(yè)務(wù)發(fā)展的方向和經(jīng)營宗旨。目前，刀具制造商通過各種形式的“為用戶服務(wù) ”、“ 提供解決方案 ”等經(jīng)營模式，將工具行業(yè)帶入一個(gè)更高的發(fā)展階段。事實(shí)證明，國外刀具制造商的這種做法有利于制造業(yè)整體水平的不斷提高，為用戶帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益，必將受到用戶的歡迎。

     刀具管理 (ToolManagement) 是刀具總承包，就是將某一個(gè)工廠的刀具外包到一個(gè)公司整體管理，以適應(yīng)各種各樣的刀具需要，全面提供包括刀具采購、庫存管理、修磨、清潔調(diào)整、配送等成套的服務(wù)。根據(jù)瓦爾特提供的資料表明，刀具所占成本僅占 3% 左右，但投入生產(chǎn)之中將會影響生產(chǎn)效率的 20% ～ 30% ，因此，成本降低的概念，就需要采用高效刀具，適當(dāng)增加刀具費(fèi)用，強(qiáng)化刀具管理，對提高生產(chǎn)企業(yè)的競爭力非常重要。

     刀具管理 (ToolManagement) 的概念首先出現(xiàn)于美國。它的核心是通過刀具外包達(dá)到以下目的：減少初期投入 ( 刀具重磨可以委外進(jìn)行或由刀具管理供應(yīng)商進(jìn)行 ) ；減少庫存資金 ( 刀具庫存資金由刀具管理供應(yīng)商承擔(dān) ) ；減少管理成本，使企業(yè)將精力放在自己的核心競爭力上。在上世紀(jì) 90 年代末到本世紀(jì)初，對具管理在美國和歐洲得以推廣應(yīng)用。由于歐美市場上刀具供應(yīng)商較為成熟，各方操作比較規(guī)范，刀具管理漸漸得到用戶的認(rèn)可。對于美國或德國的用戶，大量成熟的刀具制造商就在當(dāng)?shù)剞k廠，用戶可以獲得非常及時(shí)的服務(wù)。這對于刀具管理的開展無疑提供了極大的便利。而在中國，這條路似乎未得有些遲緩，只是在汽車行業(yè)率先應(yīng)用。由于目前國內(nèi)刀具市場仍然以進(jìn)口刀具為主體，特別是刀具供應(yīng)方面，信息傳遞、生產(chǎn)周期、報(bào)關(guān)運(yùn)輸?shù)鹊染鶗o刀具管理設(shè)置障礙，由此而引起的停產(chǎn)將是用戶可以承受的底線；另外，一種擔(dān)心的心理目前還無法排除，即用戶對刀具管理供應(yīng)商產(chǎn)生強(qiáng)烈的依賴，在下一輪選擇中如選中另一家新的刀具管理供應(yīng)商，將不可避免地混亂一段肘間。這主要是由于作為刀具管理的用戶本身也不夠成熟，其次是中國市場可供選擇的刀具管理供應(yīng)商還很少。

     此外，提升企業(yè)整體刀具技術(shù)水平還需從基礎(chǔ)做起，解決好加工典型零件的關(guān)鍵刀具。如曲軸粗加工，由于發(fā)動機(jī)曲軸自身結(jié)構(gòu)的特殊性，目前國內(nèi)轎車曲軸生產(chǎn)線多為高速柔性生產(chǎn)線 FTL(Flexible Transfer Line) ，這種生產(chǎn)線的特點(diǎn)是不僅可以加工同系列曲軸，而且還可加工變型產(chǎn)品、換代產(chǎn)品和新產(chǎn)品。 對于曲軸平衡塊側(cè)面需加工，主軸頸加工應(yīng)優(yōu)先選用 CNC 內(nèi)銑或 CNC 高速外銑，連桿頸的加工用 CNC 高速外銑。如果毛坯是鍛鋼毛坯， CNC 內(nèi)銑更有利于斷屑。不宜采用 CNC 車 - 車?yán)捎谄胶鈮K側(cè)面是斷續(xù)車削，曲軸轉(zhuǎn)速又很高 ( 約 1000r/m) ，崩刀現(xiàn)象很嚴(yán)重。 對于曲軸平衡塊側(cè)面不需加工，主軸頸加工選用 CNC 車 - 車?yán)容^合理，加工精度高。由于連桿頸軸線不在一條中心線上，如六拐曲軸，用車 - 車?yán)庸ぞ陀幸恍┞闊?CNC 高速外銑就比較合理。 對于軸頸有沉割槽的曲軸，此時(shí) CNC 車 - 車?yán)w現(xiàn)出其優(yōu)越性，若軸向有沉割槽， CNC 高速外銑和 CNC 內(nèi)銑不能加工，而車 - 車?yán)芗庸ぁ?

     在現(xiàn)代汽車工業(yè)中，平面銑削應(yīng)用極為普遍。為適應(yīng)汽車工業(yè)的需要，工具制造廠商也推出了銑削鑄鐵及其它材料的銑刀和刀片系列。這些刀具、刀片使得加工效率和零件表面質(zhì)量都得到大幅度的提高。

     選用高硬度、高強(qiáng)度的刀具材料，再附以適當(dāng)?shù)耐繉樱茄娱L刀具壽命的首要措施。但是，改進(jìn)刀具幾何形狀，也是增加刀具壽命的重要手段，特別是銑削鑄鐵時(shí)。在汽車工業(yè)中，加工一系列合金鑄鐵，包括灰鑄鐵、球墨鑄鐵和高密度球墨鑄鐵，這些鑄鐵都有不同的加工特性，其中灰鑄鐵含有網(wǎng)狀硬組織，表現(xiàn)為脆性，加工時(shí)，刀具易產(chǎn)生崩刃；球墨鑄鐵和高密度球墨鑄鐵有一定塑性，可產(chǎn)生鐵屑，但刀具切出時(shí)，工件也會產(chǎn)生 “ 翻邊 ” ，導(dǎo)致刀尖損壞。因此，對銑刀幾何角度進(jìn)行改進(jìn)是很重要的。比如，按傳統(tǒng)，加工鑄鐵的銑刀帶有負(fù)的軸向和徑向前角 ( 雙負(fù)角銑刀 ) ，這種負(fù)的幾何角度使刀刃比較牢固 。相反，正負(fù)角銑刀 ( 軸向正前角、徑向負(fù)前角 ) 切削平穩(wěn)，也降低了機(jī)床功率要求，更便于采用先進(jìn)的刀具材料。

     高速鉆頭切削也是一種高速大進(jìn)給量的發(fā)展趨勢，類似球頭立銑刀切削條件的發(fā)展趨勢。切削實(shí)踐表明，提高切削速度有利于切屑形態(tài)的合理化和改善加工表面的粗糙度，預(yù)計(jì)今后仍將沿著高速切削的方向發(fā)展；提高進(jìn)給量對斷屑排屑和延長刀具壽命非常有利，因此，今后也仍將沿著大進(jìn)給的方向不斷發(fā)展。

     近幾年來，我國工具行業(yè)在面向國內(nèi)國際市場激烈競爭中，積極進(jìn)行重點(diǎn)技術(shù)改造，引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，提高企業(yè)的技術(shù)制造能力和市場競爭活力方面有了長足的進(jìn)步。但是，必須清醒地看到，國內(nèi)工具行業(yè)在技術(shù)水平、生產(chǎn)工藝和制造設(shè)備等方面與國外工具企業(yè)相比，還存在較大差距，其刀具壽命、加工質(zhì)量很難滿足用戶的要求。因此，國內(nèi)刀具制造商還有大量的工作要做，任重而道遠(yuǎn)。