現今刀具公司再也不能只制造賣刀具。為了成功他們必定同全球化制造趨勢保持一致,通過提高效率、同客戶合作來降低成本。這個近乎瞬間全球競爭后NAFTA、后WTO時代,全世界公司正對相同感覺作出更快、更輕、更便宜反應。 
     換句話說,他們制造產品零件包含能高速下運轉,由于成本壓力最好更輕而且要制造更便宜。取得這些目標一個最佳途徑通過發展應用新材料,但這些新改進材料通常都難以加工。這種商業上動力技術上困難組合汽車航空工業尤其突出,并已成為有見識刀具公司研發部門首要驅動力。
     例如,拿球墨鑄鐵來說,它已成為發動機零件其它汽車、農用設備機床工業上零件日益見材料。這種合金提供較低生產成本良好機械性能組合。他們比鋼材便宜,而比鑄鐵有更高強度韌性。但同時球墨鑄鐵非常耐磨,有快速磨壞刀具材料傾向。這種耐磨性很大程度上受珠光體含量影響。某一已知球墨鑄鐵珠光體含量越高,它耐磨性越好而且它可加工性越差。另外,球墨鑄鐵多孔性導致斷續切削,這更加降低壽命。可以預計,高硬度高耐磨切削材質需考慮球墨鑄鐵高耐磨性。并且事實上材質包含極硬TiC(碳化鈦)或TiCN(碳氮化鈦)厚涂層切削速度每分鐘300米時加工球墨鑄鐵被證明通常有效。但隨著切削速度增加,切屑/刀具結合面溫度也增加。當發生這樣情況,TiC涂層傾向于鐵發生化學反應并軟化,更多壓力作用抗月牙洼磨損涂層上。這些條件下,希望有一種化學穩定性更好涂層,如Al2O3(雖然較低速度下不如TiC硬或耐磨)。
    化學穩定性比耐磨性更成為一個重要表現性能分界確切速度溫度取決于被加工球墨鑄鐵晶粒結構性能。但通常厚涂層TiC或TiCN僅有氧化物較薄涂層針對球墨鑄鐵應用,因為今天大部分這類被加工材料切削速度每分鐘150到335米之間。對于速度高于每分鐘300米應用,人們對這種材料滿意。為了使這個范圍性能最優,山高研發推出了針對球墨鑄鐵加工材質TX150。這種材質有一個硬且抗變形基體,對于加工球墨鑄鐵很理想。它涂層由一層較厚很耐磨碳氮化鈦一層較薄抗月牙洼磨損氧化物涂層,頂面一薄層TiN。這種涂層運用目前工藝水平產生耐磨性抗月牙洼磨損需要CVD涂層全部硬度而且韌性平滑性增加溫化學氣相沉積(MTCVD)工藝。基體/涂層組合性能給予很高抗塑性變形刃口微崩能力,使之成為正常速度下加工球墨鑄鐵理想材質。涂層陶瓷也表現出能有效加工球墨鑄鐵。過去,未涂層韌性較好諸如氮化硅碳化硅纖維強化氧化鋁陶瓷應用受工件材料化學親性限制。但今天通過使用能抵抗切屑變形過程產生高熱量涂層刀具壽命已經顯著增加。而某些早期這個領域工件加工使用氧化鋁涂層晶須強化陶瓷,今天多數研究活動集于TiN涂層氮化硅。這種涂層能顯著拓寬韌性較好陶瓷應用范圍。
      刀具熱強合金應用 
      航空加工也變化迅速。例如,鎳基高溫合金如幾年前多數人未聽說過Rene88現占到航空發動機制造使用總金屬量10~25%。對于這個有很好表現商業理由。例如,這些熱強合金能增加發動機壽命而且允許較小發動機工作大飛機上,那將提高燃燒效率并降低運營成本。這些韌性好材料也把費用呈現刀具上。它們耐熱性導致刀尖上溫度更高,從而降低了刀具壽命。相似地,這些合金里碳化物顆粒顯著增加了摩擦,從而縮短刀具壽命。作為這些條件改變結果,曾經能很滿意地加工很多鈦合金鎳基合金硬質合金材質C-2應用到當今合金時遭受切削刃壓碎切削深度線處嚴重溝槽磨損。但用最新細顆粒硬質合金能有效加工高溫合金,刀具壽命得到提高,更重要提高高溫合金應用時可靠性。細顆粒硬質合金有比傳統硬質合金材質更高壓縮強度硬度,只韌性方面增加少量成本。而結果高溫合金加工上比傳統硬質合金抵抗常見失效模式更有效。
     PVD(物理氣相沉積)涂層也被證明有效加工高溫合金。TiN(氮化鈦)PVD涂層最早使用并仍然最受歡迎。最近,TiAlN(氮鋁化鈦)TiCN(碳氮化鈦)涂層也能很好使用。過去TiAlN涂層應用范圍TiN相比限制更多。但當切削速度提高后它們一個很好選擇,那些應用提高生產率達40%。另一方面,較低切削速度下取決于涂層表面工況TiAlN會導致積屑瘤、隨后微崩溝槽磨損。
     近來,用于高溫合金應用材質已經發展了,這些涂層由幾層組合而成。大量實驗室現場測試已經論證了這種組合其它任何一種單一涂層相比很寬范圍應用時很有效。因此針對高溫合金應用PVD復合涂層可能成為硬質合金新材質研發持續焦點。MTCVD涂層、涂層陶瓷集合一起,它們有望成為更有效加工正研發新更難加工工件材料主要沖擊力量。
      干切削
    包括冷卻液內問題刀具制造科技商業擴大產業化趨勢另一個領域。北美歐洲嚴格冷卻液管理要求最大三家汽車制造商強制它們核心供應商取得ISO14000認證(ISO9000環境管理版本),這使得冷卻液處理成本上升。對汽車公司他們核心供應商來說明顯受歡迎反應之一特定加工應用里完全免除冷卻液使用。這種干加工新世界(行情,論壇)給刀具供應商提出了一系列挑戰。
    最近,已經出現了一些有關這個專題揭示速度、進給、涂層化學成分其它參數很充實綜合性很強有用技術文章。這里我想集論述操作商業含義上汽車制造商新‘干干加工觀點’。
    金屬加工從業人員能很好理解有關冷卻液使用問題,但大多數不能理解有關除刀具-工件接觸面間技術挑戰(例如排屑)之外干加工問題。通常可以觀察到流出冷卻液分散切屑,但壓力超過3000磅/英寸2高速冷卻液也能幫助斷屑,特別軟且連續切屑會引起刀具-工件接觸面上麻煩。采用干切削工藝零件結果機床比采用濕式加工零件更熱。你否允許它們測量前露天自然冷卻?如果新加工熱零件經常放到周轉箱,升高周圍環境溫度,否零件充分冷卻并正好足夠允許精度檢測?還有處置身邊幾十上百零件會對操作工人增加額外負擔。
    同許多刀具/工件技術問題一起,這些潛問題需要陳述否干加工能行。幸運地,有很多途徑闡述這些問題。例如,壓縮空氣被證明很多應用里排屑成為問題場合有成功反響。
    另一個方案叫做MQL(最小量潤滑)技術,它由應用代替傳統冷卻液相當少量油霧構成。這一個公認折方案,這種最小量技術會大幅度減少冷卻液頭疼事,而且許多應用里加工出光潔度也很好。這個領域仍然有很多研究做,而且刀具公司積極參與這樣研究絕對必要。如果他們不做將落后于競爭對手,處于不利地位。
      根據世界上工廠內具體情況設計出別也許更好方案。制造業從業人員可能仍然會問為什么他們要努力使用新發展技術代替傳統已經經歷數代人改進提高冷卻液方法,尤其因為實施干加工或半干加工產生試驗失敗可能引起更高短期刀具成本。簡明答案當刀片大約占典型加工零件成本3%時,冷卻液成本(從購買到維護、儲存、處理)會占零件成本15%。
    干加工也許不對每個應用都適合,但象上面討論其它加工問題一樣,需要從更寬操作、環境商業角度來評價。能幫助客戶這樣做刀具公司將有競爭優勢,而那些不能提供將不斷處于被動地位。
    刀具納米技術
    一個能劇烈改變刀具工業迷人新領域微型制造,或處理微小粒子形成所需產品。要談及關于刀具微型制造第一件事它這里還沒有；第二件要說事它并不遙遠。
    為什么微型制造刀具相關。因為最主要顆粒尺寸越小,硬質合金材料韌性越好且更耐磨。用納米級顆粒(一些專家定義為小于0.2um,而其他人堅持納米顆粒要小于0.1um)制造硬質合金刀具原型已經做好并測試,據稱耐磨性戲劇性地增加。問題納米級硬質合金顆粒不能靠粉碎較大材料形成,它們一定得通過更小材料構成,而處理分子級粒子還不一件容易經濟事情。