1、金剛石刀具材料金剛石是碳的同素異構(gòu)體，它是自然界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的＊硬的一種材料。金剛石刀具具有高硬度、高耐磨性和高導(dǎo)熱性能，在有色金屬和非金屬材料加工中得到廣泛的應(yīng)用。尤其在鋁和硅鋁合金高速切削加工中，金剛石刀具是難以替代的主要切削刀具品種?？蓪崿F(xiàn)高效率、高穩(wěn)定性、長壽命加工的金剛石刀具是現(xiàn)代數(shù)控加工中不可缺少的重要工具。（1）金剛石刀具的種類① 天然金剛石刀具：天然金剛石作為切削刀具已有上百年的歷史了，天然單晶金剛石刀具經(jīng)過精細研磨，刃口能磨得極其鋒利，刃口半徑可達0.002μm，能實現(xiàn)超薄切削，可以加工出極高的工件精度和極低的表面粗糙度，是公認的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。② PCD金剛石刀具：天然金剛石價格昂貴，廣泛應(yīng)用于切削加工的金剛石還是聚晶金剛石，自20世紀70年代初，采用高溫高壓合成技術(shù)制備的聚晶金剛石研制成功以后，在很多場合下天然金剛石刀具已經(jīng)被人造聚晶金剛石所代替。PCD原料來源豐富，其價格只有天然金剛石的幾十分之一至十幾分之一。PCD刀具無法磨出極其鋒利的刃口，加工的工件表面質(zhì)量也不如天然金剛石，現(xiàn)在工業(yè)中還不能方便地制造帶有斷屑槽的PCD刀片。因此，PCD只能用于有色金屬和非金屬的精切，很難達到超精密鏡面切削。③ CVD金剛石刀具：自從20世紀70年代末至80年代初，CVD金剛石技術(shù)在日本出現(xiàn)。CVD金剛石是指用化學(xué)氣相沉積法在異質(zhì)基體上合成金剛石膜，CVD金剛石具有與天然金剛石完全相同的結(jié)構(gòu)和特性。CVD金剛石的性能與天然金剛石相比十分接近，兼有天然單晶金剛石和聚晶金剛石的優(yōu)點，在一定程度上又克服了它們的不足。（2）金剛石刀具的性能特點① 極高的硬度和耐磨性：天然金剛石是自然界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的＊硬的物質(zhì)。金剛石具有極高的耐磨性，加工高硬度材料時，金剛石刀具的壽命為硬質(zhì)合金刀具的10～100倍，甚至高達幾百倍。② 具有很低的摩擦系數(shù)：金剛石與一些有色金屬之間的摩擦系數(shù)比其他刀具都低，摩擦系數(shù)低，加工時變形小，可減小切削力。③ 切削刃非常鋒利：金剛石刀具的切削刃可以磨得非常鋒利，天然單晶金剛石刀具可達0.002～0.008μm，能進行超薄切削和超精密加工。④ 具有很高的導(dǎo)熱性能：金剛石的導(dǎo)熱系數(shù)及熱擴散率高，切削熱容易散出，刀具切削部分溫度低。⑤ 具有較低的熱膨脹系數(shù)：金剛石的熱膨脹系數(shù)比硬質(zhì)合金小幾倍，由切削熱引起的刀具尺寸的變化很小，這對尺寸精度要求很高的精密和超精密加工來說尤為重要。（3）金剛石刀具的應(yīng)用金剛石刀具多用于在高速下對有色金屬及非金屬材料進行精細切削及鏜孔。適合加工各種耐磨非金屬，如玻璃鋼粉末冶金毛坯，陶瓷材料等；各種耐磨有色金屬，如各種硅鋁合金；各種有色金屬光整加工。金剛石刀具的不足之處是熱穩(wěn)定性較差，切削溫度超過700℃～800℃時，就會完全失去其硬度；此外，它不適于切削黑色金屬，因為金剛石（碳）在高溫下容易與鐵原子作用，使碳原子轉(zhuǎn)化為石墨結(jié)構(gòu)，刀具極易損壞。

刀具磨損原因主要有以下幾種：1、硬質(zhì)點磨損，因為材料中含有一些碳化物、氮化物、積屑瘤殘留物等質(zhì)點雜質(zhì)。  2、粘結(jié)磨損，加工過程中，切屑與刀具接觸面在一定的溫度與壓力下，產(chǎn)生塑性變形而發(fā)生冷焊現(xiàn)象，刀具表面粘結(jié)點被切屑帶走而發(fā)生的磨損。  3、擴散磨損，由于切削時高溫作用，刀具與工件材料中的合金元素相互擴散，而造成刀具磨損。   4、氧化磨損，硬質(zhì)合金刀具切削溫度達到700-800℃時，刀具中一些碳、鈷、碳化鈦等被空氣氧化，在刀具表層形成一層硬度較低的氧化膜，當(dāng)氧化膜磨損掉后在刀具表面造成的磨損。  5、相變磨損，在切削的高溫下，刀具金相組織發(fā)生改變，從而引起硬度降低造成的磨損。刀具在斷續(xù)切削條件下，由于強烈的機械與熱沖擊，超過刀具材料強度，將引起刀具破損。在機械載荷作用下，降低了刀具材料疲勞強度，容易引起機械裂紋而破損。  影響刀具壽命的因素較多，主要歸納為5個方面：工件材料、刀具材料及其幾何參數(shù)、切削用量、刀具的刃磨質(zhì)量、切削液冷卻。切削速度對切削溫度影響＊大，因而切削速度對刀具壽命的影響＊大。在制定切削用量時，需確定具體切削工序的切削深度、進給量、切削速度及刀具壽命。需綜合考慮生產(chǎn)率、加工質(zhì)量和加工成本。切削深度的選擇，進給量的選擇，切削速度的選擇需科學(xué)合理。  從介質(zhì)方面考慮，切削液選擇也需多方面考量，重點關(guān)注切削液的潤滑性能、冷卻性能。通常在粗加工過程中，切削量大，易出現(xiàn)刀具磨損嚴重，現(xiàn)場煙霧較多問題?？梢酝ㄟ^調(diào)整切削液濃度或使用冷卻性能優(yōu)異的切削液。加工過程中出現(xiàn)崩刀，重點核查刀具材質(zhì)、強度等幾何參數(shù)是否滿足要求。

刀具行業(yè)細分市場研究按照材料不同，目前切削刀具主要分為硬質(zhì)合金刀具、工具鋼（碳素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼）刀具、陶瓷刀具和超硬材料（聚晶金剛石和立方氮化硼）刀具。刀具材料的選擇既影響加工精度和工件表面質(zhì)量，也影響切削加工效率和生產(chǎn)成本。隨著工業(yè)技術(shù)的進步，各種刀具材料各自發(fā)展，相互配合，又彼此競爭，通過組合應(yīng)用，為現(xiàn)代切削加工提供解決方案。全球切削刀具細分市場結(jié)構(gòu)分析硬質(zhì)合金及工具鋼是目前國內(nèi)主流刀具材料：從材料的角度劃分，刀具產(chǎn)品所使用的材料分為硬質(zhì)合金、工具鋼、陶瓷、立方氮化硼、金剛石等，不同材料適應(yīng)于不同的加工場景。我國機械加工行業(yè)使用硬質(zhì)合金切削刀具占比約 53%，使用工具鋼切削刀具占比約 21%，硬質(zhì)合金及高速鋼刀具系目前國內(nèi)主要刀具材料，按照 2021年市場規(guī)模477億元及2021-2030期間年復(fù)合增長率3%進行推算，2022年至2025年我國硬質(zhì)合金刀具市場規(guī)模約 260 億元至 285 億元，高速鋼刀具市場規(guī)模約103 億元至 113 億元。刀具行業(yè)的下游應(yīng)用廣泛，包括鋼結(jié)構(gòu)工程、軌道交通、造船業(yè)、能源裝備、機械制造、石油工程等，根據(jù)加工對象、加工環(huán)境、加工用途、加工效率等不同，具有極多的細分領(lǐng)域；在各細分領(lǐng)域內(nèi)，根據(jù)客戶需求不同，刀具企業(yè)還需研制各系列、各規(guī)格的產(chǎn)品。因此，行業(yè)內(nèi)刀具企業(yè)結(jié)合自身技術(shù)特點，在特定的細分領(lǐng)域進行產(chǎn)品開發(fā)和技術(shù)積累，其主要產(chǎn)品具有較大的差異。

在機加工行業(yè)中，評估刀具的合理壽命是非常重要的，因為它可以幫助控制生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率和保障產(chǎn)品質(zhì)量。以下是一些常見的方法，用于評估刀具的合理壽命：1.增加切削時間：記錄刀具在切削操作中的總運行時間，通常以分鐘為單位。通過對比該運行時間與刀具制造商提供的刀具壽命時間指導(dǎo)，從而評估刀具的合理壽命，若到達設(shè)定時間后加工表現(xiàn)無異常，正?？梢栽黾?%-10%的時間，循環(huán)幾次可評估合理的時間壽命。2.刀具磨損和損傷：定期檢查和評估刀具的磨損程度和損傷情況。如果刀具表面磨損過多、切削邊緣產(chǎn)生明顯缺口或刃口開始出現(xiàn)裂紋等，這可能意味著刀具需要更換，也意味著刀具在當(dāng)前的加工參數(shù)情況下，已經(jīng)到達壽命。同時要將該壽命通過工件數(shù)、加工時長兩個維度進行記錄。3.切削力和功耗：通過監(jiān)測切削力和功耗變化來評估刀具的狀況。當(dāng)?shù)毒吣p或損壞時，切削力和功耗通常會增加（通常叫做切削阻力，這時候切削阻力會變大，有切不動的感覺，具體表現(xiàn)在機床的聲音變大，或者機床主軸的震動會大）。定期進行切削力和功耗的測量，并對其進行比較，可以幫助確定刀具何時需要更換。4.產(chǎn)品質(zhì)量：刀具磨損或失效可能會對產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。通過監(jiān)測產(chǎn)品的尺寸精度、表面質(zhì)量和其他關(guān)鍵指標(biāo)，可以評估刀具是否影響了。

刀具是車間生產(chǎn)的重要資源，由于刀具種類繁多、數(shù)量龐大、參數(shù)繁多、借入借出過程頻繁，因此導(dǎo)致車間對其缺乏有效管理。隨著信息化技術(shù)以及智能裝備的不斷發(fā)展，并在制造業(yè)中深度應(yīng)用，多品種小批量正成為制造業(yè)的主要生產(chǎn)模式，而傳統(tǒng)機械加工車間也逐步向數(shù)字化車間轉(zhuǎn)型，傳統(tǒng)的人工的刀具管理方式已不再滿足數(shù)字化車間的運行環(huán)境，嚴重阻礙了數(shù)字化車間的運行和發(fā)展。對于數(shù)字化車間而言，傳統(tǒng)的刀具管理模式存在以下問題：(1) 刀具信息管理困難：由于利用人工來管理刀具相關(guān)的信息，勞動強度大，出錯率高。(2) 確定刀具的需求計劃困難：由于刀具需求計劃經(jīng)常與實際生產(chǎn)脫節(jié)，使得各機床加工站中工件的調(diào)度與刀具的供應(yīng)不一致，影響了工件加工的連續(xù)性。(3) 刀具查詢困難：在大量的刀具中僅靠查找明細表、使用資料查詢某種型號的刀具，既費時又容易出錯。(4) 工藝選刀困難：工藝人員無法方便的知道刀具的庫存信息以及刀具的組件信息，另外新的生產(chǎn)線選配刀的時候。(5) 刀具采購困難：由于得不到刀具庫存和使用的準(zhǔn)確信息，往往造成重復(fù)采購。(6) 刀具壽命統(tǒng)計困難：刀具在生產(chǎn)現(xiàn)場閑置散落造成了刀具資源的浪費。只能由各機床控制器對自己已到壽命的刀具提出更換要求。這樣使得系統(tǒng)中各機床頻繁地更換新刀具，增加了刀具更換時間。(7) 刀具庫存管理困難：沒有對刀具庫存進行合理的管理，機床刀具庫的刀具庫存量控制不合理，需要的刀具沒有，而不需要的刀具卻可能多余，占用了企業(yè)大量流動資金。刀具管理是信息化建設(shè)的重要組成部分，特別是對于機械類生產(chǎn)車間，刀具管理的合理性、科學(xué)性，在很大程度上決定了制造系統(tǒng)的可靠性與生產(chǎn)效率的高低。