進入21世紀，激烈的市場競爭推動著以機器制造技術(shù)為先導(dǎo)的先進制造技術(shù)以前所未有的速度向前發(fā)展，航空零部件的制造也已進入以數(shù)字化制造技術(shù)為特點的發(fā)展時期。據(jù)慧聰表面處理網(wǎng)小編了解，先進的航空產(chǎn)品要求航空零件具有更優(yōu)異的性能、更低的成本和更高的環(huán)保性，而加工工藝要求具有更快的加工速度、更高的可靠性、高重復(fù)精度和可再現(xiàn)性。傳統(tǒng)的刀具已不能滿足以上要求，刀具行業(yè)因此而進入了“高精度、高效率、高可靠性和專用化”的現(xiàn)代刀具生產(chǎn)新格局。

高速、高效切削

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，我們正處于先進制造技術(shù)快速發(fā)展時期，數(shù)控機床的推廣應(yīng)用，大大降低了零件加工的輔助時間，極大地提高了生產(chǎn)率。航空零件加工的總工時中，輔助時間縮短，切削所占的時間比例就相應(yīng)增大，要想進一步提高機床的生產(chǎn)率，必須大幅度提高切削速度，這也是近幾十年來高速切削技術(shù)迅速發(fā)展的主要原因。高速加工最早主要用于航空工業(yè)輕合金的加工，現(xiàn)已成為航空制造業(yè)提高加工效率和質(zhì)量、降低加工成本的主要途徑。

在航空零部件加工中，高速切削正在被大量應(yīng)用，主要有以下幾個原因：

（1）為了最大限度地減重和滿足其他一些要求，許多構(gòu)件、壁板等采用“整體制造法”，即在大塊毛坯上去除余量，形成薄壁，細筋結(jié)構(gòu)的零件，需要去除大量金屬材料，導(dǎo)致切削時間占用零件總生產(chǎn)時間比例很大，因此提高生產(chǎn)率的途徑之一就是采用高速切削加工。

（2）飛機零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高，零件的薄壁、細筋結(jié)構(gòu)剛度差，要盡量減少加工中的徑向切削力和熱變形，只有采用高速切削加工才能滿足這些要求。

（3）難加工材料，如鎳基高溫合金、鈦合金、高強度結(jié)構(gòu)鋼被現(xiàn)代航空產(chǎn)品大量采用，這些材料強度大、硬度高，耐沖擊、加工中容易硬化，切削溫度高、刀具磨損嚴重，屬于難加工材料。一般采用很低的切削速度進行加工，如果采用高速切削，不但可以大幅度提高生產(chǎn)率而且可以有效地減少刀具磨損，提高零件的表面質(zhì)量。

高速切削加工具有不同于傳統(tǒng)切削加工技術(shù)的加工機理和應(yīng)用優(yōu)勢，它是數(shù)控加工工藝觀念的轉(zhuǎn)變。根據(jù)航空產(chǎn)品的材料和結(jié)構(gòu)特點，要實現(xiàn)高速加工必須以先進高速切削刀具為保證。高速切削刀具必須具有良好的耐磨性和高強度韌性，先進的刀具材料、優(yōu)良的刀具涂層技術(shù)、合理的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，高度動平衡刀具系統(tǒng)，安全可靠的夾緊方式，以及高同心度的刀刃精度等等。

刀具切削材料的發(fā)展方向及應(yīng)用

目前，在飛機制造領(lǐng)域中，高速鋼刀具約占總各類切削加工總刀具量的6，硬質(zhì)合金刀具約占總刀具量的35%，超硬刀具（立方氮化硼、金剛石）占全部刀具總量不超過5%，今后隨著航空新材料不斷涌現(xiàn)，硬切削、干切削應(yīng)用的增加，硬質(zhì)合金刀具、涂層刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具和聚晶金剛石刀具的比例將大幅提高。

1.硬質(zhì)合金材料的發(fā)展

為了滿足高速切削技術(shù)的迅猛發(fā)展，以硬質(zhì)合金為主的各種刀具材料性能已經(jīng)全面提高，細顆粒、超細顆粒硬質(zhì)合金的開發(fā)及涂層技術(shù)在硬質(zhì)合金刀具上的應(yīng)用顯著地提高了硬質(zhì)合金材料的強度和韌性，用它制造的整體合金刀具正逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的高速鋼刀具，使切削速度和加工效率提高了數(shù)倍，為高速切削的推廣應(yīng)用打下了重要基礎(chǔ)。整體硬質(zhì)合金還在一些復(fù)雜成形刀具中得到了應(yīng)用，滿足了產(chǎn)品加工多樣性的需求。目前國內(nèi)廈門金鷺特種合金有限公司、株洲鉆石硬質(zhì)切削刀具股份有限公司、四平博爾特工藝裝備有限公司及陜西航空硬質(zhì)合金工具公司都能為航空工業(yè)提供硬質(zhì)合金刀具，其產(chǎn)品性能接近世界先進水平。

21世紀硬質(zhì)合金刀具材料應(yīng)重點在兩方面發(fā)展：一是細化晶粒使之達到納米級微晶等級。硬質(zhì)合金晶粒尺寸越小，硬質(zhì)合金的硬度就越高其耐磨性就越好，韌性和剛度也就越高，從而擴大其應(yīng)用范圍；二是應(yīng)用新技術(shù)新工藝開發(fā)新型硬質(zhì)合金提高硬質(zhì)合金內(nèi)在性能和質(zhì)量。

2.涂層技術(shù)的發(fā)展

刀具涂層技術(shù)在現(xiàn)代切削加工和刀具發(fā)展中起著十分重要作用，自問世以來發(fā)展非常迅速，尤其是近幾年取得了重大進展，化學(xué)涂層（CVD）仍然是可轉(zhuǎn)位刀片的主要涂層工藝，相繼開發(fā)了中溫CVD、厚膜三氧化二鋁、過渡層等新工藝，在基體材料改善的基礎(chǔ)上，使CVD涂層的耐磨性和韌性都得到了提高；而物理涂層（PVD）技術(shù)也取得了重大突破，在涂層設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工藝過程、自動控制等方面都取得了重大進展，開發(fā)了適應(yīng)高速切削、干切削、硬切削的耐熱性更好的涂層，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)等大量新型涂層，大幅度提高了涂層硬度和韌性。

3.超硬刀具材料的發(fā)展

超硬材料是指金剛石和立方氮化硼（CBN），其硬度比其他刀具材料高出幾倍，金剛石是自然界中最硬的物質(zhì)，CBN的硬度僅次于金剛石。近年來，超硬刀具材料發(fā)展迅速。

金剛石刀具材料分為5類：天然金剛石（ND）、人造聚晶金剛石復(fù)合片（PCD/CC）、金剛石薄膜涂層刀具（CD）、金剛石厚膜刀具（FCD）和人造聚晶金剛石（PCD）。ND的結(jié)晶各向異性，在進行刀磨的使用時必須選擇適宜的方向；人造金剛石各向同性，其硬度低于ND,但強度與韌性好于ND。

金剛石刀具能夠有效地加工非鐵金屬材料和非金屬材料。如銅、鎢等有色金屬及其合金，陶瓷、硬質(zhì)合金，各種纖維和顆粒加強復(fù)合材料，塑料、橡膠、石墨、玻璃和木材等，但金剛石忌切鋼鐵和其他鐵族元素。

立方氮化硼（CBN）刀具材料具有極高的硬度和紅硬性，是高速精加工或半精加工淬火鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金的理想刀具材料，由于CBN刀具加工高硬度零件時可以獲得良好的加工表面粗糙度，因此采用CBN刀具切削淬火鋼可以實現(xiàn)“以切代磨”。

4.高速鋼材料的發(fā)展

在未來刀具材料發(fā)展中仍要提到高速鋼材料的發(fā)展，盡管高速鋼材料在全世界的銷售額正逐年減少，但高性能鈷高速鋼和粉末冶金高速鋼的使用量仍在不斷增加，這2種高性能高速鋼比普通高速鋼具有更好的耐磨性、紅硬性和使用的可靠性。隨著人們對切削加工效率追求的提高和觀念的轉(zhuǎn)變，這些高性能高速鋼刀具在航空領(lǐng)域被大量采用。如航空難加工材料，自動鉆鉚機上使用的鉆、擴、鉸、锪一體高精度復(fù)合刀具以及加工飛機零件復(fù)雜型面的各類復(fù)合刀具。

隨著科技進步，先進制造系統(tǒng)，高速切削、超精密加工、綠色制造的發(fā)展和付諸實現(xiàn)，對刀具提出了全新要求，未來刀具材料也必將有重大發(fā)展。刀具材料與工件材料雙方交替發(fā)展和相互促進，成為切削刀具不斷向前發(fā)展的歷史規(guī)律。在未來，刀具材料必將面臨工件性能提高，加工批量加大和制造精度提升的更嚴峻挑戰(zhàn)。材料科學(xué)的進步，推動了刀具材料的發(fā)展，而刀具材料的發(fā)展應(yīng)考慮原材料資源的制約。新品種的出現(xiàn)，新舊品種各自所占比重的變化以及它們之間相互競爭和相互補充的格局，將成為未來刀具材料發(fā)展的新特點。