超硬刀具行业持续高速增长满足市场需求

　　【编者按】近年来，我国超硬刀具增长势头明显，已经取得了很大的进步。由于超硬刀具自身的性能以及市场的需求，超硬刀具行业还将持续高速增长。

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　　近年来，我国超硬刀具增长势头明显，已经取得了很大的进步。各大制造商如航空、汽车、能源行业对于节约成本的需求，也希望超硬刀具国产化，这正好为我国超硬刀具发展提供了发展空间。
　　
　　一、超硬刀具的简介
　　
　　超硬刀具主要是指以金刚石，立方氮化硼和陶瓷等超硬材料制作的刀具。本文主要讨论金刚石和立方氮化硼刀具。
　　
　　1955年美国GE公司采用高温高压的方法获得人造金刚石。1957年以高温高压的方法合成了立方氮化硼（CBN）。这些人造材料大大地丰富了材料宝库，开辟了“超硬材料”的新领域。当时这些材料在机械加工领域的主要用途是作磨料，1977年GE公司又成功地开发了金刚石烧结体（PCD）和CBN烧结体（PCBN），并制造成刀片，使人造超硬材料的用途进一步扩展，由磨削扩展到了切削，迎来了切削加工技术发展的新曙光。
　　
　　实践已经证明：用于切削有色金属时，金刚石刀具的耐用度较硬质合金刀具可提高几十甚至几百倍；立方氮化硼（简称CBN）虽然它的硬度稍逊于金刚石，但却是目前可用于加工硬化黑色金属的最硬的刀具材料。
　　
　　许多切削加工概念，如绿色加工、以车代磨、以铣代磨、硬态加工、高速切削、干式切削等都因超硬刀具的应用而起，超硬刀具已成为推动现代切削技术向高端快速发展的重要因素。在汽车关键零部件高速铣削加工方面，加工铝合金缸盖的PCD面铣刀，铣削速度已经达到4021m/min，进给速度5670m/min；加工灰铸铁缸体的CBN面铣刀，铣削速度已达2000m/min，比传统硬质合金面铣刀提高了10倍。
　　
　　二、现代超硬材料及技术的发展
　　
　　国外公司非常重视对超硬材料及刀具的持续研究，一直都进行着持续的研发，几乎每年都有新思路、新工艺、新产品推出。
　　
　　超硬材料技术的发展
　　
　　1．PCD新牌号的不断涌现
　　
　　近几年，各公司针对使用对象不断研发新的牌号，性能指标有很大的提升。如英国某公司PCD牌号——wpc102采用了多层结构：350um的复合pcd基底层，20um的复合pcd中间层，30um的顶部金属层。增强了抗切削冲击能力，提高了切削刃的强韧性，适用于微观和宏观断续切削及切削刃崩刃失效为主的情况，如加工碳纤维增强塑料。同样这家公司针对早年的产品CTB025（金刚石微粉颗粒25μ），将2μ与25μ混合，制作了混合颗粒的CTM302。实践证明该型号的耐磨性，韧性极大改善。美国某公司PCD牌号：compax1200，结构：1.5um的晶粒尺寸，增强了散热能力，应用于加工不良热导体，如Ti6Al14V。
　　
　　2．单晶金刚石技术及进展
　　
　　最早是由天然单晶金刚石制作的高端高精度刀具，由于天然金刚石不可再生，现在国内市面上90%以上的单晶金刚石都是采用的是人造单晶。由于是纯金刚石，所以耐磨性极高，并可以刃磨出很锋利的刃口。缺点：单晶金刚石具有各向异性，对加工要求高；制作刀具受到了单晶自身尺寸的影响；成本较高。
　　
　　三、挑战与前景
　　
　　（一）我国超硬刀具产业发展的成绩
　　
　　我国超硬刀具经过较长时间发展取得了很大的进步，情况如下：
　　
　　建立了一批很有实力的超硬刀具专业化企业，具备了生产超硬刀具的先进设备，超硬材料不断的推陈出新，高CBN浓度的刀片可与国外产品媲美，并为各行业应用做出的贡献。
　　
　　（二）我国超硬刀具产业发展的差距
　　
　　1．在原材料环节上较薄弱（进口原材料依赖度较高）
　　
　　对于CBN刀具，市场情况反馈表明：国产高含量CBN刀坯效果还不错，有些场合下完全可以跟进口CBN相媲美。但是在较低含量的CBN刀具场合，效果欠佳。
　　
　　对于PCD刀具，市场情况反馈与各刀具制造商的评价是：多数场合下还是不敢采用国产PCD复合片。
　　
　　2．国内超硬刀具水平总体水平较低缺乏自主创新能力：复合片性能差；产品质量不稳定；产品品种规格少；自主开发的少仿制的多；缺乏国外公司那样的全套设备与研发力量；国外超硬刀具生产商大多具有从超硬原材料制备工艺→切割→机械加工→焊接技术→表面处理→刃磨工艺→检测（动平衡）→安全性→使用技术等一系列全套配套设施→科研开发的人才队伍和手段。
　　
　　国内刀具制造商往往缺失其中的一些环节。
　　
　　3．我国超硬刀具产业发展的有利条件
　　
　　虽然我国超硬刀具行业与国外暂时还有一定的差距，不过近年来我国超硬刀具增长势头明显，有很多有利条件：
　　
　　切削技术与新材料的高速发展，对刀具材料提出了越来越高的要求，进一步带动了超硬刀具的发展；随着国内数控机床的普及，用户对超硬刀具的认知程度越来越高；超硬刀具的成本逐步下降，用户使用超硬刀具的门槛逐年降低；各大制造商如航空、汽车、能源行业为了节约成本，也希望超硬刀具国产化，为我国超硬刀具发展提供了发展空间；我国超硬刀具水平也在逐年提高，逐步得到了广大用户的认可。
　　
　　由此可见，由于超硬刀具自身的性能以及市场的需求，超硬刀具行业还将持续高速增长。
　　
　　（三）对我国超硬刀具产业发展的建议
　　
　　◎材料生产企业注重系列化针对性的牌号研发
　　
　　◎加工制造企业注重从消化吸收创新模式向自主创新模式的转变
　　
　　◎“产、学、研、用”更紧密的结合随着科技的进步，制造业的高速发展，CNC加工技术的迅猛发展以及数控机床的普遍使用，超硬刀具的生产及应用也越来越广泛。PCD和PCBN刀具已广泛应用于机械加工的各个行业，在共同的努力下，我国的超硬刀具产业必将引来蓬勃发展的春天。

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