國外螺紋刀具現狀及發展初探

　　螺紋刀具是用于加工各種內外螺紋的專用工具，在機械加工領域使用廣泛，需求量大。螺紋刀具在國際刀具市場占有重要地位，美國、德國、日本等發達國家的螺紋刀具銷售量約占刀具總銷售額的25%，僅次于麻花鉆(約30%)。

近年來，隨著切削加工條件的變化以及對高生產率的重視，對螺紋刀具的材料、表面處理、結構參數等提出了更高要求。了解國外螺紋刀具的現狀及發展趨勢，對于我國螺紋刀具生產企業調整產品結構、提高產品水平、積極參與市場競爭具有積極意義。本文對螺紋刀具的刀具材料、表面涂層、品種規格、加工設備、產品質量、營銷技術等六個方面對國外螺紋刀具的現狀及發展趨勢進行初步探討，希望對國內同行有所裨益。

　　1 刀具材料

　　國外絕大部分工業用螺紋刀具均采用高速鋼制造，用合金工具鋼制造的螺紋刀具通常只限于家庭使用。如德國GUHRING精密工具公司生產的絲錐82%以上采用高性能高速鋼材料制造，約6%采用硬質合金制造，約8%采用粉末冶金高速鋼制造；僅占絲錐總產量約4%的手用絲錐也大量采用普通高速鋼制造，合金工具鋼已很少使用。該公司90%以上的圓板牙采用普通高速鋼制造，其余采用高性能高速鋼制造。日本OSG公司、德國EMUGE公司等著名的螺紋刀具制造商約有50%的螺紋刀具采用高速鋼制造，其余50%則采用粉末冶金鈷高速鋼、硬質合金、高性能高速鋼等高性能優質材料制造。在難加工材料、硬材料工件的螺紋加工中，粉末冶金鈷高速鋼刀具材料日益受到重視，其抗彎強度、耐磨性、熱硬度等性能指標可比普通含鈷高速鋼提高2～3倍。但由于粉末冶金高速鋼加工成本較高，目前在螺紋刀具選材時尚不能普遍使用。

 

　　2 表面涂層

　　高速鋼螺紋刀具進行表面涂層后，可有效降低切削摩擦力，減少刀具磨損，大大提高刀具切削性能和使用壽命(一般可提高刀具使用壽命2～3倍)。目前TiN涂層及復合涂層工藝在國外螺紋刀具生產中已得到廣泛采用，如德國GUHRINR、EMUGE等公司的各種涂層產品已占其螺紋刀具產量的40%左右。

硬度是高速鋼螺紋刀具切削性能的重要參數之一。在加工螺紋過程中，會產生較高切削熱并傳遞給刀具，從而使刀具硬度降低。據有關資料介紹，當切削區溫度超過550℃后，刀具的金相組織將發生變化，導致刀具硬度快速下降；溫度每升高100℃，硬度下降幅度可達300～400HV；若刀具硬度降至59～60HRC，將基本喪失切削能力。螺紋刀具經涂層后其表面硬度可明顯增高：TiN涂層硬度可達2300HV以上；TiCN涂層硬度可達3000HV以上。螺紋刀具的表面涂層各具特色，并有不同的適用范圍：經TiCN涂層的高速鋼螺紋刀具硬度較高，可達到與未涂層硬質合金刀具相當的切削性能；此外，在某些切削場合，TiCN涂層高速鋼絲錐與未涂層硬質合金刀具相比具有費用較低的優勢。用TiCN涂層絲錐攻削黃銅板或鑄鋁工件時，刀具使用壽命可提高10倍以上；用TiAlN涂層絲錐攻削灰鑄鐵或過共析鋁合金工件時，刀具使用壽命可提高4倍以上。與TiN涂層相比，TiAIN涂層可使刀具具有更高硬度和更好的抗氧化性能，因此TiAIN涂層刀具更適合用于高速切削加工。

 

　　3 品種規格

　　為適應不同材料、不同型式、不同精度的螺紋加工需要，國外螺紋刀具制造商不斷改進刀具結構和幾何參數，開發出大量新產品。以絲錐為例，就有可改變切屑排出方向的帶刃傾角絲錐、螺旋槽絲錐、不產生切屑的擠壓絲錐、可噴屑或帶內冷卻功能的中心帶孔絲錐、具有容屑功能的內容屑絲錐、具有防折斷功能的帶六角頸絲錐、高精度拉削絲錐、帶導柱絲錐、前端帶鉆鉸刃的組合絲錐等，品種繁多，功能各異。其中僅帶冷卻液輸入孔的絲錐就有20多個品種，最小規格僅為φ3mm。

　　此類絲錐使用時，冷卻潤滑劑通過冷卻孔直接噴向切削區，通過降低切削區溫度，可有效防止刀瘤的形成，同時便于切屑隨冷卻液從容屑槽中排出；由于切屑被冷卻，可降低對工件的溫度影響，改善被加工表面質量。用此類絲錐加工難切削材料，絲錐使用壽命可提高一倍以上。據1998 年EMUGE 公司產品樣本統計，EMUGE公司的螺紋刀具品種規格總數近10萬個，僅M6絲錐的品種(不同材料、不同型式)和規格(不同螺距、外形尺寸)就有200多個，M6板牙的品種規格有50多個。國外制造的不同結構絲錐的數量構成比大約為：直槽30%，螺旋槽40%，螺尖20%，擠壓10%。 

　　發達國家不僅重視開發螺紋刀具新產品，同時大力研究開發螺紋加工新工藝，如：①利用雙輥子法滾壓加工錐形、梯形(包括多頭)螺紋和特殊螺紋；②采用軸向滾絲頭和自動滾絲機在壁厚0.8～3mm 的空心毛坯上自動滾壓M5～M60外螺紋；③高效率、高精度、多功能MC行星絲錐，可由加工中心三軸同時控制加工，同一螺距的絲錐可加工不同直徑的螺紋，切屑細小，易于排除，加工尺寸的調整可由NC程序自動進行。

4 加工設備

　　隨著微電子技術和計算機技術的飛速發展與廣泛應用，近十年來國外螺紋刀具制造技術與裝備水平發生了巨大變革和提高。如絲錐制造已廣泛采用整體磨削工藝，利用高速磨削、高壓冷卻、自動操作及自動上下料等先進工藝手段使絲錐外形一次成型，生產效率大幅度提高。

德國JUNKER公司生產的快速點磨削式外圓磨床采用立方氮化硼(CBN)砂輪，僅需6秒鐘即可完成包括絲錐頂尖、刃部、頸部、柄部的一次磨削成型(如需磨方頭，只需增加0.5秒即可完成)。該公司還生產可磨溝、磨刃傾角、磨螺紋的高速、高效NC、CNC磨床，其中520CNC磨床加工一個M10絲錐的螺紋僅需20秒鐘。瑞士REISHAVER生產的RGB25 CNC螺紋磨床既可在機床上直接編程加工各種絲錐，也可與設計中心的計算機聯接，根據設計中心的指令加工各種絲錐，大大提高了“小批量、多品種、短周期”的柔性生產能力，供貨周期一般僅為一個星期，特殊刀具最快可在2～3天內交貨。日本OSG公司擁有數十臺德國JUNKER公司制造的絲錐螺紋磨床；德國EMUGE公司擁有瑞士REISHAVER公司制造的14臺GBA機床和多臺RGB2510機床。國外螺紋刀具制造商一方面十分重視在關鍵工序上重點引進加工效率高、自動化程度高及本國缺少的高精尖設備(一般占全部設備的3%～5%)；另一方面強調立足自身，依靠技術進步，開發具有獨自特色的工藝裝備。通過研制開發高效專用設備，將計算機技術應用于專用設備，提高專用設備的自動化程度，滿足操作簡單、調整方便、產品質量穩定的要求，同時最大限度地發揮引進設備的效能，使國外不少螺紋刀具制造商的工藝水平和裝備水平達到世界一流。如日本OSG公司的自制專用設備占全部設備的約60%，可很好滿足開發新產品的特殊需要。

　　5 產品質量

　　國外螺紋刀具制造商非常重視產品質量，將不斷提高產品質量作為企業發展戰略的重要內容。為保證產品質量的可靠性，大量采用先進的加工設備和加工工藝。如對絲錐毛坯先熱處理后成型，以消除冷熱加工產生的變形，保證產品的內在質量；采用先進的檢測手段，輔以計算機數據處理，使產品檢測準確、方便、直觀；不斷進行產品性能試驗，建立切削數據庫，及時向用戶提供準確、完整的切削數據，保證用戶獲得最佳效益。此外，國外螺紋刀具制造商的產品樣本，對于如何根據不同的被加工材料確定絲錐結構型式、切削參數、冷卻液的選用等都有詳盡介紹，以幫助用戶進行選擇和使用；產品標記一般采用激光刻印，美觀、清晰；產品包裝也各具特色，讓用戶一目了然。保證產品從里到外全方位的高質量是國外螺紋刀具制造商贏得市場的重要法寶之一。

　　6 營銷技術

　　在市場競爭不斷加劇的今天，國外螺紋刀具制造商將產品營銷方式作為重要的技術訣竅，營銷工作受到高度重視。國外廠商把為用戶提供最佳服務、最大限度地滿足用戶需要視為企業生存發展的首要條件，將建設強有力的售后服務系統作為占領市場的重要法寶，因此非常重視建立技術水平高、服務力量雄厚的營銷隊伍，其數量一般占企業人數的10%左右，其中銷售工程師占60%以上。銷售服務人員面向市場，直接與用戶見面，根據用戶的不同需要提供不同材質的螺紋刀具和各種切削刃幾何參數，盡量滿足用戶切削高質量螺紋、獲得最佳經濟效益的需求。國外制造商還十分重視價格競爭以及客戶購買心理研究，將制定動態的價格政策作為營銷的有效手段。德國、日本的螺紋刀具制造商的產品價目本印刷得與產品樣本一樣精美而詳細，根據用戶希望購買價廉物美產品的心理，價目本上的產品報價通常較高且每年按3%～5%的比例增加，但實際成交時給予客戶的折扣總是讓客戶覺得物超所值。

　　進入21世紀后，高速切削技術及工廠自動化、智能化加工技術的發展對螺紋刀具提出了更高要求。國外目前已批量生產主軸轉速達2000～3500r/min的加工中心，但配套刀具的切削能力尚不能滿足這些先進設備的要求。因此，必須加快對螺紋刀具(包括刀具材料、結構型式、幾何參數等)的研制和開發，使“每一把刀具都調整到適用于每一個具體加工對象”。應特別重視對超硬刀具材料及刀具表面涂層技術的開發，改善螺紋刀具的切削性能，提高其使用壽命，以滿足高速切削的需要。工廠自動化和無人化加工要求刀具產品除具有較高的可靠性、較長的刀具壽命和良好的排屑結構外，還必須具有較高的質量穩定性和切削刃重復精度。此外，為適應機械制造業未來發展的需要，還必須開發螺紋刀具識別系統、在線監控系統及刀具運輸、刃磨、調整等全方位管理系統。