過去（qù）七十年（nián），製造業經曆了一場（chǎng）史無前例的技術革命，金屬零件的加工數量提高了成（chéng）百上千倍，而加（jiā）工時間大大縮短。通過提高金（jīn）屬（shǔ）去除率（lǜ）、延長刀具壽（shòu）命、減少停機（jī）次（cì）數、改（gǎi）善刀具拆裝的便捷性（xìng）、提高運行性能，從而使加工成本大幅降低。

      金屬切（qiē）削是（shì）工業生產的重要組成部（bù）分，通過提高生（shēng）產效（xiào）率，該領域的技術創新（xīn）對整個經濟的發展起著十分積極的作用。它可（kě）以促進社會繁榮（róng），改善生活質量。

      刀具材質，尤其是硬質合金（jīn），是金（jīn）屬切削中最（zuì）主要的因素之一。這是因為金屬加工（gōng）時，切削（xuē）刃的（de）性能在提升整個製造業生產（chǎn）效率方麵發揮著十分巨大的作用。

      作為行業（yè）先鋒（fēng），山特（tè）維克可樂滿從（cóng）五（wǔ）十年（nián）代開始，不（bú）斷加快材質研發步伐，相繼推出大（dà）量創新技術。

現（xiàn）代切削刀具問世

      十九世紀（jì）初，所有（yǒu）金屬加工公司必須自製刀具或購買非標刀具。沒有（yǒu）任何（hé）刀具和解決方案的（de）標準程序。刀具材（cái）料（liào）主要是高（gāo）速鋼，焊接硬（yìng）質合金刀具逐（zhú）漸開始（shǐ）使用。以後，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（shuǐ）平（píng）顯著提高（gāo）。

      山特維克可樂滿自五十年代（dài）開始推出可轉位刀具（jù）以來，加（jiā）工產量已經成倍翻番。我們從現（xiàn）成標準化刀具的思路（lù）著手，一（yī）路引領高科技刀具和加工方法（fǎ）新潮流。在研發製造工（gōng）藝時，同樣需（xū）要刀具材料的（de）創新，需要材（cái）料科學技術知識。通過充分利（lì）用（yòng）刀具材料，我們在刀片的製作過（guò）程中設定並（bìng）實現了材質目標。

質量和創新

      眾所周知，1942年山特維克開（kāi）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（zuò）為優質刀具材料的經營理念基礎（chǔ）上成立的。這種合成刀具（jù）材料已經為人們所熟知幾十年，但是能充分利用其特性（xìng）的應用還十分有限，主要用於岩（yán）石鑽孔。然而，硬質合金後來取得的成功，全都歸功於接二連三的（de）創新技術。進入1943年，山特維克可樂滿新研製出了（le）六種合金刀具材質，而十年後，它就研發（fā）出了多達十二種可應（yīng）用於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（hé）把控（kòng）用於切削刀具的硬質合金的質量是山（shān）特維克（kè）可（kě）樂滿最開始麵臨的技（jì）術難題，這也是與客戶不斷交流得到的反饋。1954年（nián），山特維克（kè）可樂滿建立了一座專門的硬質合金工廠，引進了大量的（de）研發設（shè）施（shī），為實現嚴格質量控製，邁出了最關鍵的一步。質量（liàng）控製一直被（bèi）視為全（quán）世界（jiè）可樂滿刀（dāo）具的重要基石。

      1957年，山特維克可樂滿推出了（le）第一批（pī）可轉（zhuǎn）位刀片刀具——T-Max車削刀具係列。盡（jìn）管（guǎn）開始可轉位刀片的市場很小（xiǎo），但是（shì）當一些製造業行業巨頭們（men）開始采用這種刀片時，刀片工具（jù）係統的應用迎來了（le）希望的曙光，並在日後的使用中飛速發展。加工車間已經（jīng）采用（yòng）效率高、產量大的（de）加工技術，不再需要重磨的焊接刀具。

      早期（1956年）非塗層材質的創新是一（yī）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大幅提高切削參數並延長使用（yòng）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（jiàn）甚（shèn）至（zhì）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（jiè）人員大開眼界（jiè），並期（qī）盼通過刀具材料創新，改善加工（gōng）環境（jìng）。

      六十年代，還研發了適合其他應用的刀片和材（cái）質，例如（rú）銑削（xuē）、鑽削和螺紋切（qiē）削。1963年，可（kě）樂（lè）滿已經有十八種（非塗層）刀片材質上（shàng）市，覆蓋加工業的（de）多個領域。

塗層理念（niàn）實現質的飛（fēi）躍

      可轉位刀片（piàn）理念是1970年以後的重大創新。這種理念完全不用考慮硬質合金（jīn）的可焊（hàn）接性和可磨性等（děng）特性，打（dǎ）開了研發硬質合金的新思路。研究結果表明，在刀片上塗上一層很薄的塗（tú）層，對提高切削速度和延長刀具使用壽命有顯著效果（guǒ）。采用化（huà）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。第一款塗層合金刀（dāo）片由此誕生：GC125這種開創性創新技術，使改善加工性（xìng）能向前邁出了一大步。

      采用塗層（céng）刀片（piàn）材（cái）質，通過（guò）加快切削（xuē）速度和（hé）延長刀具使用壽命（mìng），大大縮短了（le）加工時間。七十年代初，又開發（fā）了兩種塗層材質（GC135和GC315），與GC125分（fèn）別用（yòng）於（yú）不同應用領域。最初的這三種塗層（céng）材質，是使（shǐ）用標準材質的基體，後來被認為是這三種材質的局限所在。之（zhī）後（hòu），又研發了專用刀片基體（tǐ），用於塗覆（fù）專用塗層，從而（ér）改善了塗層刀片的性能。第（dì）一種材質是1973年推出的GC1025，這種材質采用塗層專用基體，是第二代塗層材質的代表。

      其他刀具製造（zào）廠對這些創新技術的第一反應是（shì）持（chí）不信任態度，但是很快又不得不接受現實——因為性能（néng）確實得到明顯改善，這些創新為行（háng）業製定了新標杆。

創新層出不窮

      七十年代是極不（bú）平凡的十年（nián），切削刀具（jù）技術（shù）的新工藝、新方法大量湧現，加（jiā）工性能日益提高。1969年，一般混（hún）合式走刀車（chē）削零件的切削時間是5.5分鍾。十年後，加工同（tóng）樣（yàng）的零件僅需要1.5分鍾。為什麽在（zài）提高生產效率方麵能取得（dé）如（rú）此驚人的進步？主要是因為持續研發塗層材（cái）質取得（dé）了顯著進步。同時，山特（tè）維克可樂滿七十年代研（yán）發出（chū）的多種創新型刀具解決方案也發揮了舉足輕重的（de）作（zuò）用（yòng）。例如：山特維克可樂滿最早（zǎo）推出可轉位（wèi）刀片切斷刀具，首創雙塗層刀片材質和減振鏜杆，率先設計出正前角車削刀片和開式波浪形（xíng）斷屑槽，是可轉位刀片鑽頭的鼻祖等（děng）等。

      七十年代（dài）中期，首次使用含氧化鋁塗層的刀（dāo）片時，塗層材（cái）質向前（qián）邁出重大步伐——含氧化鋁的（de）塗層（céng）是一種化學穩定性很高的陶瓷材料，高溫耐磨性高、導熱係數小，可（kě）防止刀片基體（tǐ）受（shòu）熱。因此，山特維克可樂滿研發並推出了用於車削（xuē）領域的GC015，這款產品的主要特點是耐磨——通常用於高速車削精加工。這種材質首次使用可樂滿的專利技術——雙塗層解（jiě）決方案，其中內層采用（yòng）碳化鈦塗層。

      此階（jiē）段的（de）局限之一是隻能（néng）塗覆一層很薄的氧化鋁塗層。此前（qián），研發刀具材料製造工藝一直是山（shān）特維克可樂滿科技創新（xīn）的重（chóng）要（yào）課題。1980年，催化（huà）化學蒸汽沉積法已經投入應用，催生了又一（yī）代新塗層材質：GC415，用精加工。同時，研發了結實耐用的用於粗加工工序的材質GC435以及應用十（shí）分廣泛的GC425材質——此時，已經完成了整個材質（zhì）係列的研發，覆蓋了鋼件車削的全部應用範圍，並加（jiā）以（yǐ）優化。八十年代，又研發出一種工藝，使碳化鈦和不同厚（hòu）度的氧化（huà）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（céng）塗層刀片。

新一代刀片和新工藝

      九十（shí）年（nián）代，研發（fā）出了二十多種新材質，其中大部分是塗層（céng）材質，並且大多數用於車削，工件材質不同，工序要（yào）求也不同。我們還研製了新一代塗層車削材質（GC4000係列），其中可使（shǐ）用（yòng）更厚碳化鋁塗層的晶粒（lì）結構（gòu），強度大大改善，特別是GC4015材質，實現了更高切削速度的目（mù）標。

      在研發塗層工藝的同時，我們的另一條思（sī）路是同時生產不同的材質。因為（wéi）陶瓷材（cái）料固有的脆性，CVD塗層不能用於帶有鋒利切削刃的刀具。物（wù）理氣相沉（chén）積（PVD）工（gōng）藝塗層（céng）采用新研發的材質（zhì）（(GC1025和GC1125），圓滿解（jiě）決了這（zhè）個問題。采用PVD塗（tú）層的切（qiē）削（xuē）刃韌度特別高，盡管（guǎn）這些塗層不能達到（dào）厚CVD塗層的耐磨水（shuǐ）平，但是其耐磨性還是比非塗層刀具好很多。

      從那時起，研發CVD和PVD工藝意味著兩類塗層材質（zhì）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，製造業應用場合、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（fèn）深遠的影響（xiǎng）。

      我們在刀具材料方（fāng）麵做了大（dà）量研發工作，已取得突破性創新成果。金剛石塗層刀片便是其中之一，這種材質通過采用合理的斷（duàn）屑槽形，可以（yǐ）代替金剛石鑲尖刀片，用於車（chē）削鋁合金材料。此外（wài）還有用於精加（jiā）工的金屬陶瓷刀片，用於超硬零件精加工的立方氮化硼刀片，用於耐熱合（hé）金加工的（de）陶瓷（cí）刀片。以及（jí）一係列重要的刀（dāo）片材質（zhì），用於銑削、鑽削、切斷和切槽、螺紋車削的可轉位刀片和整體硬質合金刀具。

工藝開發

      九十年代中期（qī），中溫（MT）CVD塗層工（gōng）藝問世，這種（zhǒng）工藝改善了需要（yào）塗覆的碳氮化（huà）鈦內層塗層晶體取向。我們還推出了細晶粒塗層（céng），這種塗（tú）層（céng）對刀片性能發揮至關重要的（de）作用。這些技術可以使多層塗層刀片材質強度更大（dà），與刀（dāo）片基體附著力（lì）更好，使（shǐ）用壽（shòu）命更長（zhǎng），更（gèng）安全，切（qiē）削速度更快。

      新MT-CVD塗層工藝的另一大優勢是基（jī）體不掉碳，在設計刀片基體時，選擇範圍（wéi）更廣。新刀片基（jī）體對（duì）切削刃變形和熱裂不敏感——這兩種現象都具有破壞性，因此需要避免（miǎn）。采用這種技術生產的第一種材質是用於銑削的塗層材質：GC3020，然後是用於車（chē）削的材質LC25。但是，這也（yě）是GC4000係列車削材質成功背後的秘密。

      梯度燒結技術成為山特維克可樂滿研發的重要源泉。這是形成功能梯度材（cái）料之處，例如富鈷表麵層，可滿足基體（tǐ）性質的平衡要求。塗層刀片基體（tǐ）表麵帶的組成成分是實現不同塗層刀片材質的重要考慮因素（sù）。這些先進技術主要用於改善切削刃的抗塑性變（biàn）形能力（lì）。Gamma相主要分布在切削刃上，從而改善了硬性。切削刃以外，在碳化物（wù）中加入豐富（fù）的結（jié）合（hé）劑，可抑製開裂傾向，並提高了（le）抗切屑衝擊性。

      CVD塗層（céng）相對較厚，能與多種物質同時使用，達到不同效果。例如：碳氮化鈦硬度大、耐磨性好，加上氧化鋁的卓越性能，氮化鈦（tài）形成金黃色麵（miàn）塗層，增（zēng）加耐磨性，方便檢查磨損情況。使用更薄、堅硬的PVD塗層的主要目的是通過連續或層狀塗層，增加耐（nài）磨性，增加塗層層（céng）數，粒徑可達納米級。

      PVD塗層係列（liè）（例（lì）如綜合性能較好的氮化鈦）對碳氮化鈦進行了改進，具有較（jiào）高的耐磨性；加入鈦（tài）－鋁氮化物，硬度和抗（kàng）氧化性大大增加；采用氧化PVD，改善化學惰性和抗月牙窪磨損性。因此（cǐ），CVD和PVD塗層刀片係列構（gòu）成優勢互補的應用係（xì）列，其（qí）中絕大多（duō）數性質可用於對加工工（gōng）序進行全麵（miàn）優（yōu）化——切削刃的鋒利度是一個重要因素（sù）。

      刀片材質研發（fā）的另一重要思路是後處理工藝的（de）研發，主要包括（kuò）塗（tú）層切削刃的噴砂和塗刷。這些工藝融入與塗層效果互補的不同刀片製造（zào）工藝中，對刀片表麵具有顯著積極作用。

      例如：采用噴砂作為後處理，塗層形成抗壓力，刀片韌度得到改善。

新世紀——新創新

      始於本世紀初的硬質合金材質的研發（fā）表（biǎo）明塗層刀片仍然具有巨大潛力，我們還將繼續大規模研發。我們通過與加（jiā）工車（chē）間保（bǎo）持密切聯係、從其（qí）加工（gōng）需求中認識到（dào）這種巨大潛力。通過對材（cái）質要求的韌度（dù）和耐磨性以及抗變形能力（lì）、塗層（céng）附著力、厚度（dù）和切（qiē）削刃紋路可靠性進行更加仔細的研究（jiū），加強了優化應用和推薦應用範圍的準確定位。

      二十一世紀，研發出了新一代刀片，繼續加大GC4000係列產品的研發步伐。

      2005年，GC4225的問世標（biāo）誌著（zhe）鋼件車削這種主導中間應用領域的材質改善躍上新台階。明顯減小或完（wán）全消除磨損的研發取（qǔ）得重大進展。這種新材質的磨損機理截然不同，因此（cǐ），刀具（jù）的使用（yòng）壽命更（gèng）長、更安（ān）全可靠。研發這種新材質的主要目標是在運用較高的切削速度時磨損進程慢、可預測、自然的後刀麵磨損，並且這些目標（biāo）已基本實現。新研發的材質如此圓滿成功並得到廣泛應用，以至於取代了ISO P15和P35刀片（piàn）材質。已研發出的全（quán）新（xīn）塗層和後處理塗層工藝，可提高性能，增加生產安全性。

繼續發掘塗（tú）層硬質合金的巨大潛力

      為了實現刀片材（cái）質技術（shù）的下一步目標，山特維克可樂滿（mǎn）正在著力研發新的塗層技術、粉層技術、可轉位（wèi）刀片壓製（zhì）技術、切削刃處理技術（shù）、後處理（lǐ）技術和檢測新技術。下（xià）一代切（qiē）削刀具將采用可轉位刀片和硬質合金刀具材料。

      目的還是延長刀具使用壽命（mìng），使壽命更加可預測，同時尋求（qiú）增加產（chǎn）量的機（jī）會。這些（xiē）刀具材料還為全自動化無人加工工序和有限技術監督提供解決方案，最根本的目的是降低用（yòng）戶金屬切削加工的單件成本。

      塗層硬質（zhì）合金自1970年上市以來，盡管基本原理還是一（yī）樣，但是塗（tú）層刀片不斷改進，昔日的科幻故事最終（zhōng）變成現實。涉及的基（jī）礎研究以及工藝和研發方式方法都經（jīng）曆了一段漫長發展過程，因為我們掌握了實際（jì）刀片材質（zhì）研發的全部知識。當今可轉位（wèi）刀片多層塗層以及專用的非塗層材質比先進的單塗層（céng）GC刀片的切削速度（dù）都（dōu）要快很多，以前的材（cái）質根（gēn）本（běn）無法相提並論（lùn）。另外，提高這種刀具材料的通用（yòng）性也（yě）還有巨大潛力。