高速钢、硬质合金刀具广泛应用所带来的利润分析

　　刀具的品质取决于刀具的材料（基材）、几何形状和涂层。

　　如果刀具的基材选择不当，即使是选用世界上最好的设计和涂层也发挥不出其功效。基材质量最显著的指标就是晶粒度。一般而言，晶粒度越小的刀具越适合用于高速加工场合。对于高速加工，推荐使用0.5μm或更小的晶粒度。

　　即便是晶粒度相当也还会存在一些其他的因素影响刀具的品质，这些因素就是硬度和横向断裂强度。对于给定的基材，硬度和横向断裂强度会受到钴含量的影响。以往为提高硬质合金的韧性，通常是增加Co的含量，所付出的代价是硬度降低。现在，这种情况可通过细化晶粒得到补偿，并使硬质合金的抗弯强度得到提高，已达到并超过普通HSS钢的抗弯强度，从而使超细颗粒硬质合金受到青睐。人们正在逐渐改变P类硬质合金适切钢，而K类硬质合金只适合加工铸铁和铝等有色金属的选材习惯。细晶粒硬质合金的另一优点是刀具的刃口锋利，尤其适用于高速切削粘而韧的材料。  

　　硬质合金刀具材料的发展主要是对细晶粒（1～0.5）和超细晶粒（<0.5）硬质合金材料及整体硬质合金刀具的开发，使硬质合金的抗弯强度得到大大提高，可替代高速钢制造小规格钻头、立铣刀和丝锥等量大面广的通用刀具，其切削速度和刀具寿命也远远超过了高速钢。  

　　每把用于高速加工的刀具都有三个重要特性：精度、刚度和使用寿命。在模具工业中，模具制造商们如果不想在钳工工序上花费大量时间，就要高度重视每一把球头铣刀的精度。对腔体进行钳工修复需要大量的返工时间，很容易就会把盈利变成亏损。因此，模具制造商们要清楚地认识到：买一把高精度的刀具要多付一些钱，但与钳工的额外工作时间及报废的刀具装置相比，这项投入根本就算不得什么。

　　高速切削模式下，对于加工的要求使得刀具及其耐受径向、轴向力的能力变得十分重要。传统端铣刀，其芯部直径厚度大约为整个刀具直径的50%，芯部直径与沟槽的齿槽深度成正比。在碳钢的标准铣削操作中，这一设计应用良好，但在对D2和H13之类模具钢进行高速加工时，这种设计的刚性就不够了。锻模/铸模加工所用的端铣刀必须采用浅一些的齿槽，以支持更厚的芯部直径。高速切削方式要求切削深度不超过刀具直径的10%，与传统加工方式相比所需的容屑空间小得多，所以可以牺牲齿槽深度将芯部直径加厚。  

刀具涂层  

　　高速切削与传加工方式相比产生的热量较少，但是切口的温度也更恒定。因此，需要更先进的PVD涂层来支持刀刃。在大多数加工应用场合，像TiN、TiCN以及单层的TiAlN这样的标准涂层已经能满足应用。但在高速加工方式下，要想达到令人满意的刀具寿命，涂层和刀具必须满足更高的要求。与硬质合金基材相似，刀具的不同涂层在肉眼看来往往没什么区别，但在显微镜下则大不相同，仅是TiAlN的变种就多不胜数。和硬质合金基材相似，决定涂层之间区别的还有工艺。事实上，工艺已受到人们越来越多的重视，有些涂层的专业生产厂家甚至还为其工艺申报了专利，以防止竞争对手的仿制。从加工的角度来看，试验已经证明高速加工场合下多层涂层最为理想。多层涂层的每一层中都融入了其它专利成分，防止涂层中的切屑穿透全部涂层刺入基材表面，而将它们偏转到相邻的层。所以与常规的单层PVD涂层相比，多涂层的刀具寿命会得到显著提高。 

　　关于高速加工，人们常常有一个错误的概念，就是认为机床是高速加工生产中的最大投资。实际上在机床的整个使用周期里，使用厂家在切削刀具上的投入要远远超过机床本身的费用。因此，要真正实现成本最低化和利润空间的最大化，就必须选用先进适用的刀具。 

　　优质的切削刀具具有更坚固的基材、特别设计的几何形状和更有效的保护涂层，提高了刀具的使用寿命和表面光洁度。更高的质量标准增加了终端客户的初始投资，然而所换来的是机加工时间的大大缩短。企业在获得较短生产周期的同时，其产品质量也具有了可重复性，操作者完全可以让机床自行运转。因此，要想在刀具上节省成本并非什么聪明之举。本来应当强调的是生产上的长期节约，却往往把注意力集中在了对初始成本（刀具）的节省上。所以，如果增加对刀具装置的初次投资能够实现生产成本的最低化，最终人们还是能通过提高生产率获得更大的利润。  

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