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1、金刚石刀具材料金刚石是碳的同素异构体，它是自然界已经发现的＊硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能，在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。（1）金刚石刀具的种类① 天然金刚石刀具：天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了，天然单晶金刚石刀具经过精细研磨，刃口能磨得极其锋利，刃口半径可达0.002μm，能实现超薄切削，可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度，是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。② PCD金刚石刀具：天然金刚石价格昂贵，广泛应用于切削加工的金刚石还是聚晶金刚石，自20世纪70年代初，采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石研制成功以后，在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石所代替。PCD原料来源丰富，其价格只有天然金刚石的几十分之一至十几分之一。PCD刀具无法磨出极其锋利的刃口，加工的工件表面质量也不如天然金刚石，现在工业中还不能方便地制造带有断屑槽的PCD刀片。因此，PCD只能用于有色金属和非金属的精切，很难达到超精密镜面切削。③ CVD金刚石刀具：自从20世纪70年代末至80年代初，CVD金刚石技术在日本出现。CVD金刚石是指用化学气相沉积法在异质基体上合成金刚石膜，CVD金刚石具有与天然金刚石完全相同的结构和特性。CVD金刚石的性能与天然金刚石相比十分接近，兼有天然单晶金刚石和聚晶金刚石的优点，在一定程度上又克服了它们的不足。（2）金刚石刀具的性能特点① 极高的硬度和耐磨性：天然金刚石是自然界已经发现的＊硬的物质。金刚石具有极高的耐磨性，加工高硬度材料时，金刚石刀具的寿命为硬质合金刀具的10～100倍，甚至高达几百倍。② 具有很低的摩擦系数：金刚石与一些有色金属之间的摩擦系数比其他刀具都低，摩擦系数低，加工时变形小，可减小切削力。③ 切削刃非常锋利：金刚石刀具的切削刃可以磨得非常锋利，天然单晶金刚石刀具可达0.002～0.008μm，能进行超薄切削和超精密加工。④ 具有很高的导热性能：金刚石的导热系数及热扩散率高，切削热容易散出，刀具切削部分温度低。⑤ 具有较低的热膨胀系数：金刚石的热膨胀系数比硬质合金小几倍，由切削热引起的刀具尺寸的变化很小，这对尺寸精度要求很高的精密和超精密加工来说尤为重要。（3）金刚石刀具的应用金刚石刀具多用于在高速下对有色金属及非金属材料进行精细切削及镗孔。适合加工各种耐磨非金属，如玻璃钢粉末冶金毛坯，陶瓷材料等；各种耐磨有色金属，如各种硅铝合金；各种有色金属光整加工。金刚石刀具的不足之处是热稳定性较差，切削温度超过700℃～800℃时，就会完全失去其硬度；此外，它不适于切削黑色金属，因为金刚石（碳）在高温下容易与铁原子作用，使碳原子转化为石墨结构，刀具极易损坏。

刀具磨损原因主要有以下几种：1、硬质点磨损，因为材料中含有一些碳化物、氮化物、积屑瘤残留物等质点杂质。  2、粘结磨损，加工过程中，切屑与刀具接触面在一定的温度与压力下，产生塑性变形而发生冷焊现象，刀具表面粘结点被切屑带走而发生的磨损。  3、扩散磨损，由于切削时高温作用，刀具与工件材料中的合金元素相互扩散，而造成刀具磨损。   4、氧化磨损，硬质合金刀具切削温度达到700-800℃时，刀具中一些碳、钴、碳化钛等被空气氧化，在刀具表层形成一层硬度较低的氧化膜，当氧化膜磨损掉后在刀具表面造成的磨损。  5、相变磨损，在切削的高温下，刀具金相组织发生改变，从而引起硬度降低造成的磨损。刀具在断续切削条件下，由于强烈的机械与热冲击，超过刀具材料强度，将引起刀具破损。在机械载荷作用下，降低了刀具材料疲劳强度，容易引起机械裂纹而破损。  影响刀具寿命的因素较多，主要归纳为5个方面：工件材料、刀具材料及其几何参数、切削用量、刀具的刃磨质量、切削液冷却。切削速度对切削温度影响＊大，因而切削速度对刀具寿命的影响＊大。在制定切削用量时，需确定具体切削工序的切削深度、进给量、切削速度及刀具寿命。需综合考虑生产率、加工质量和加工成本。切削深度的选择，进给量的选择，切削速度的选择需科学合理。  从介质方面考虑，切削液选择也需多方面考量，重点关注切削液的润滑性能、冷却性能。通常在粗加工过程中，切削量大，易出现刀具磨损严重，现场烟雾较多问题。可以通过调整切削液浓度或使用冷却性能优异的切削液。加工过程中出现崩刀，重点核查刀具材质、强度等几何参数是否满足要求。

刀具行业细分市场研究按照材料不同，目前切削刀具主要分为硬质合金刀具、工具钢（碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢）刀具、陶瓷刀具和超硬材料（聚晶金刚石和立方氮化硼）刀具。刀具材料的选择既影响加工精度和工件表面质量，也影响切削加工效率和生产成本。随着工业技术的进步，各种刀具材料各自发展，相互配合，又彼此竞争，通过组合应用，为现代切削加工提供解决方案。全球切削刀具细分市场结构分析硬质合金及工具钢是目前国内主流刀具材料：从材料的角度划分，刀具产品所使用的材料分为硬质合金、工具钢、陶瓷、立方氮化硼、金刚石等，不同材料适应于不同的加工场景。我国机械加工行业使用硬质合金切削刀具占比约 53%，使用工具钢切削刀具占比约 21%，硬质合金及高速钢刀具系目前国内主要刀具材料，按照 2021年市场规模477亿元及2021-2030期间年复合增长率3%进行推算，2022年至2025年我国硬质合金刀具市场规模约 260 亿元至 285 亿元，高速钢刀具市场规模约103 亿元至 113 亿元。刀具行业的下游应用广泛，包括钢结构工程、轨道交通、造船业、能源装备、机械制造、石油工程等，根据加工对象、加工环境、加工用途、加工效率等不同，具有极多的细分领域；在各细分领域内，根据客户需求不同，刀具企业还需研制各系列、各规格的产品。因此，行业内刀具企业结合自身技术特点，在特定的细分领域进行产品开发和技术积累，其主要产品具有较大的差异。

在机加工行业中，评估刀具的合理寿命是非常重要的，因为它可以帮助控制生产成本、提高生产效率和保障产品质量。以下是一些常见的方法，用于评估刀具的合理寿命：1.增加切削时间：记录刀具在切削操作中的总运行时间，通常以分钟为单位。通过对比该运行时间与刀具制造商提供的刀具寿命时间指导，从而评估刀具的合理寿命，若到达设定时间后加工表现无异常，正常可以增加5%-10%的时间，循环几次可评估合理的时间寿命。2.刀具磨损和损伤：定期检查和评估刀具的磨损程度和损伤情况。如果刀具表面磨损过多、切削边缘产生明显缺口或刃口开始出现裂纹等，这可能意味着刀具需要更换，也意味着刀具在当前的加工参数情况下，已经到达寿命。同时要将该寿命通过工件数、加工时长两个维度进行记录。3.切削力和功耗：通过监测切削力和功耗变化来评估刀具的状况。当刀具磨损或损坏时，切削力和功耗通常会增加（通常叫做切削阻力，这时候切削阻力会变大，有切不动的感觉，具体表现在机床的声音变大，或者机床主轴的震动会大）。定期进行切削力和功耗的测量，并对其进行比较，可以帮助确定刀具何时需要更换。4.产品质量：刀具磨损或失效可能会对产品质量产生直接影响。通过监测产品的尺寸精度、表面质量和其他关键指标，可以评估刀具是否影响了。

刀具是车间生产的重要资源，由于刀具种类繁多、数量庞大、参数繁多、借入借出过程频繁，因此导致车间对其缺乏有效管理。随着信息化技术以及智能装备的不断发展，并在制造业中深度应用，多品种小批量正成为制造业的主要生产模式，而传统机械加工车间也逐步向数字化车间转型，传统的人工的刀具管理方式已不再满足数字化车间的运行环境，严重阻碍了数字化车间的运行和发展。对于数字化车间而言，传统的刀具管理模式存在以下问题：(1) 刀具信息管理困难：由于利用人工来管理刀具相关的信息，劳动强度大，出错率高。(2) 确定刀具的需求计划困难：由于刀具需求计划经常与实际生产脱节，使得各机床加工站中工件的调度与刀具的供应不一致，影响了工件加工的连续性。(3) 刀具查询困难：在大量的刀具中仅靠查找明细表、使用资料查询某种型号的刀具，既费时又容易出错。(4) 工艺选刀困难：工艺人员无法方便的知道刀具的库存信息以及刀具的组件信息，另外新的生产线选配刀的时候。(5) 刀具采购困难：由于得不到刀具库存和使用的准确信息，往往造成重复采购。(6) 刀具寿命统计困难：刀具在生产现场闲置散落造成了刀具资源的浪费。只能由各机床控制器对自己已到寿命的刀具提出更换要求。这样使得系统中各机床频繁地更换新刀具，增加了刀具更换时间。(7) 刀具库存管理困难：没有对刀具库存进行合理的管理，机床刀具库的刀具库存量控制不合理，需要的刀具没有，而不需要的刀具却可能多余，占用了企业大量流动资金。刀具管理是信息化建设的重要组成部分，特别是对于机械类生产车间，刀具管理的合理性、科学性，在很大程度上决定了制造系统的可靠性与生产效率的高低。