當前我國國內刀具整硬鑽頭的現狀

　　鑽削加工是在冷卻和排屑條件較差情況下的成型加工，技術二手刀片要求高，所以鑽頭產品附加值也高。高端整硬鑽頭的產品主要被用於汽車、航空、工程機械、高鐵、電力設備、動力設備、制冷設備和其它高端的精密機械加工領域。

　　國內只有少數幾家刀具的產品能進入這些高端制造領域，與國際一線品牌進行競爭。例如，在對刀具要求最為嚴格的汽車發動機制造領域裡，能經常見到的國內品牌也大致只有蘇州阿諾、株洲鑽石和上海工具廠等幾家企業。近幾年，蘇州阿諾發展很快，除生產非標鑽頭外，已在2011年開始生銑刀產和銷售標准整硬鑽頭。即使在其它精密制造領域裡，也只有株洲鑽石和蘇州阿諾的整硬鑽頭與國際一線品牌在同台競爭。據粗略統計，2010年中國約有9億元高端整硬鑽頭的市場需求規模，而高端整硬鑽頭的國產化率大致只有15%左右。

　　目前中國市場上常見的高端整硬鑽頭主要來自歐、美、日等工業發達國家，如山特維克、肯納、鈷領、蒂泰克絲、瑪帕和日本的、住友、歐士機等。

　　這些企業大多在新加坡或大陸備有大量的標准鑽頭庫存，而且把一些非標鑽頭的生產也放到中國。韓國、台灣的鑽頭產品質量也不強，所以市場上也不多見。

　　大部分國內刀具企業與國際一線刀具品牌在整硬鑽頭方面的差距主要在於設計理念、制造細節、材料選擇和塗層處理等。國內外鑽頭性能差距最大的具體產品有：加工鋼件的鑽頭、替代槍鑽的深孔麻花鑽、加工高溫合金、高硬度鋼等材料的鑽頭。在這些領域，國內只有個別企業掌握了設計和制造技術。

　　目前面對的挑戰及需要改進的地方主要包括：機械和結構特性：硬度、強度、耐磨性；熱和化學特性：耐熱性、絕緣性、催化性；生物特性：適應性、殺蟲特性；電子和光學特性：反射性、透明性等。近年來，(Ti，Al)塗層的硬質合金刀具在高性能刀具市場上已經占據了主導地位。在某些特殊應用場合的高需求促進了特殊塗層或精確塗層的發展。

　　當前，必須正視中國刀具企業和國外企業間的差距，包括基礎技術、創新能力、推廣能力和服務能力等。應該讓用戶需求和刀具企業成為創新主導，龍頭企業應在技術應用領域做好帶頭示範作用。不過沈壯行表示，國內部分重點骨干企業和新型優秀民營企業在發展現代高效刀具方面跨出了非常可喜的一步，如株洲鑽石、廈門金鷺以及阿諾刀具等，這些企業重視技術進步，將服務放在首位，在相關領域取得了明顯成效。

中國將成世界刀具大市場

　　在快速發展的背後，企業也清醒地認識到，國內工切削工具具行業高增長率中含金量並不高，其中相當一部分企業以犧牲環境為代價銑刀，以廉價勞動力為基礎，生產劣質產品獲取暴利。麻花鑽、錐柄鑽、絲錐、鋸片銑刀等低端市場一片混戰，而高端產品增長緩慢，汽車行業、模具行業、航空航天等行業的高、精、尖的復雜刀具大部分依賴進口。

　　近10年來，我銑床夾具國刀具行業持續高速增長，經歷了2009年冬天和2010年春天金融風暴的洗禮，雖然倒閉了不少小企業，但又增加了不少新伙伴，現在仍以強勁的勢頭迅猛發展，是喜是憂，業內人士看法不一。

　　目前，我國的金屬切削刀具已經開始從高速鋼刀具轉向硬質合金刀具的開發生產，但力度還不夠，仍以低檔居多。因鑽石刀片此，把高端產品過渡作為一個非常重要的任務來抓勢在必行，尤其是美國經濟增長放緩，歐洲市場疲軟，低檔工具出口受阻，從能源和原材料角度看，大量出口低檔工具已不合時宜，政府也不會給力。從中國機床工具工業協會統計數據表明：我國消耗了全世界40%的工具材料，銷售收入卻只占全世界工具的12%~15%。

　　為此，“十二五”期間我國工具行業的發展將呈現以下幾個態勢：

　　(1)高速發展勢頭銳不可擋，由於宏觀調控，但仍處於持續發展階段。

　　(2)“速度、精度、效率、環保”成為行業共識。

　　(3)群雄逐鹿，競爭異常激烈。國企改制重組，外資企業紛紛入駐，民企崛起，優勝劣汰，經營不善，破產倒閉實屬難免。

　　針對上述嚴峻的形勢，國內工具行業應審時度勢，以市場為導向，積極調整產業結構、提升產品檔次，開發適應汽車、高鐵、家電等有關民生的新刀具。環顧近年的機械、模具、能源等熱門行業，我國的刀具市場前景十分廣闊。時下我國已成為世界機械制造大國，將來世界的工具市場在哪裡?就在中國，占領了中國市場即是占領了國際市場。

單晶金剛石刀具材料

　　單晶金剛石與PCD(或PCD/CC)以及PCD鑽石刀片(或PCD/CC)與CVD金剛石之間能很好地相互補充，也存在著一些相互交叉的應用領域。

　　單晶金剛石切出的工件表面呈連續狀，而用PCD切出的工件表面呈現出微米量級的不連續狀態，因此PCD只適用於普通的機械加工領域，對於一些有特殊要求的拋光工藝，如制備Al2O3鏡面時，只有使用天然單晶金剛石才能達到所要求的表面粗糙度和尺寸公差。

　　天然金剛石中較少見大尺寸金剛石，但人工合成大尺寸金剛石目前已經成為可能。用其加工高耐磨的層狀木板時，其性能要優於PCD金剛石，不會引起刃口過早鈍化。在加工鋁基復合材料時，既可采用PCD也可使用TFD(CVD厚膜)。圖3所示為用PCD與TFD兩種金剛石加工40%SiCυA356MMC材料時的刀具磨損曲綫銑刀。圖3試驗時采用的切削條件為：切削速度400m/min，進給量銑床夾具為0。05mm/r，背吃刀量(切削深切削工具度)0。5mm，加切削液。由實驗可知，加工40%SiCυ鋁基復合材料，使用厚膜金剛石TFD的效果最好，PCD025次之，PCD002刀具的使用壽命最低。

　　由於各類金剛石在適應面上的互補性，金剛石刀具可加工範圍有所擴展，人工合成金剛石替代天然金剛石，CVD金剛石替代PCD金剛石的趨勢也日漸明顯。切削加工也由此而進入了一個可實現高效、經濟加工的新時期，其替代程度決定於技術二手刀片和經濟兩方面因素，尤其是刀片的成型、刃磨和焊的難易程度將直接影響金剛石刀具的價格和性能。

　　通常PCD刀具適合於粗加工和要求刀具有較高斷裂韌性的生產中，CVD厚膜和單晶金剛石刀具多用於高速精加工和半精加工。

當前我國國內刀具整硬立銑刀的現狀

　　目前，在我國市場常見的刀具有高速鋼刀具、硬銑床夾具質合金刀具、金屬陶瓷刀具及PCD/PCBN超硬刀具等。高速鋼刀具除復雜成型刀具(葉根銑刀，齒輪滾刀，拉刀，絲錐)以外，大多屬於量大價值低的低端刀具。國際模協秘書長指出，隨著中國制造業的產業快速升級，先進切削工藝及硬質合銑刀金刀具的不斷推廣，高速鋼刀具在國內市場日益萎縮。

　　目前其份額已不足60%；金屬鑽石刀片陶瓷在鋼及鑄鐵的精密車削中保持優勢，其市場份額約為2%；陶瓷刀具在高速銑削，尤其是航空難加工材料領域中得到推廣，約占市場份額的1%；超硬材料PCD/PCBN的市場份額約為2%，主要集中在有色金屬及黑色金屬的加工。

　　整硬立銑刀可分為通用型和高端型二類。一般來說，通用整硬立銑刀的技術難度相對較切削工具小，產品質量與國外的差距不是很大。事實上，中國的絕大部分硬質合金刀具企業，包括民營刀企、國有工具廠和在大陸的台灣刀企都以生產整硬立銑刀為主業。國產整硬立銑刀以較低的價格占領中國的大部分中低端市場，競爭也十分激烈。

　　但在一些難加工、高速銑削等高端制造領域裡，中國整硬立銑刀的質量與世界一線品牌刀具之間仍有一定的差距，例如：高硬度材料加工用銑刀、高速銑刀、鈦合金銑刀、石墨銑刀、航空合成材料銑刀、精密銑刀等。這些整硬立銑刀的附加值較高，且主要市場份額由國外廠商二手刀片占據，如山特維克，肯納，黛傑，日立，Frasa，Prototyp，SGS，Jabro，OSG，Hanita，LMT等。據不完全統計，2010年中國市場約有15億元左右的高端整硬立銑刀需求量，國產化率接近30%。

如何正確選用金剛石刀具材料

　　目前，單晶金剛石、PCD(或PCD/CC)、以及CVD金剛銑刀石均成功用作車刀、鏜刀、鑽頭、鉸刀、銑刀、成形刀和切齒刀具等切削部分的制作材料。

　　金剛石材料的品種必須根據所加工材料的性質和加工要求來選擇，除滿足技術要求外，還應滿足經濟和環保性能的要求。

　　PCD和PCD/CC材料

　　PCD和PCD/CC是生產中最常用的金剛石材料，它不僅適用通常機械加工領域，還廣泛地應用在汽車、摩托車、高速列車、石油、化工、建築、木材加工以及航空航天等工業部門。在汽車和摩托車領域中，PCD和PCD/CC適用於加工發動機鋁合金活塞的裙部、銷孔、汽缸體、變速箱、化油器等耐磨零部件。而這些零部件大多是含矽量較高(Si>12%)的鋁基復合材料，其內高硬度的硬質顆粒(如SiC的硬度高達3000~3500HV)分布在鋁合金基體中，猶如砂輪中的磨粒一樣會對刀具的切削刃起刮磨和衝擊作用，而使切削刃很快磨損銑床夾具。硬質顆粒的硬度越高、顆粒的尺寸越大、顆粒的數量越多，則鑽石刀片刀具磨損越快。因此，用傳統的硬質合金刀具很難進行加工，刀具壽命很低或根本無法使用。金剛石是世界上已知的最硬物質，實際使用證明，它是加工鋁基復合材料的最佳刀具材料。

　　用PCD金剛石加工鋁基復合材料，其切削速度可達800~1000m/min，刀具壽命可比硬質合金高幾倍甚至幾十倍，加工表面粗糙度值可達Ra0。025~0。012μm。圖2所示為用PCD刀具鑽加工20%SiCυ的鋁基復合材料螺旋泵殼的應用實例。

　　用PCD(或PCD/CC)刀具加工碳纖維和玻璃纖維增強塑料(FRP)時，切屑成粉狀，切削溫度低，且切削長度為K類硬質合金刀具的10倍，而磨損卻不到硬質合金刀具的1/3。

　　PCD(或PCD/CC)刀具也適用於加工預燒後的硬質合金和耐磨的非金屬材料，如陶瓷、橡膠、石墨、玻璃和各種耐磨木材等。

　　PCD刀具的性能主要取決於它的應用場合和所涉及的加工過程，但選擇適當的牌號和顆粒尺寸也會對其產生影響。不同品種的PCD刀片，由於其組成成份不同，切削性能有很大的差異，選用時須加以注意。

　　目前PCD刀片不像硬質合金那樣在國際切削工具上有統一的分類，各生產廠都有各自的品種與牌號，使用時須參照廠家樣品來選擇。

　　DeBeers生產的PCD刀片有002、010和025幾種，晶粒的平均尺寸分別為2μm(細晶粒)、10μm(中晶粒)和25μm(粗晶粒)。晶粒尺寸越大則磨性越好，刀具壽命越高，但切削刃較粗糙，刃口質量差，難以制成高精度刀具；中晶粒一般作為機械加工的通用牌號；細晶粒刀具的切削刃的刃口鈍圓半徑小，易加工出良好的表面質量。因而目前聚晶的晶粒不斷細化，並已有1μm甚至有0。二手刀片5μm以下的細晶，需根據粗、精加工等不同工序要求，選用不同大小的晶粒。

陽極氧化預處理工藝更新

陽極氧化預處理目的是去除表面自然氧化膜、油脂和發色處理雜質，獲得均勻潔淨的鋁表面，有利於優質陽極氧化膜的形成。我國用戶還要求去除擠壓條紋，獲得均一美觀表面。早期采用堿浸蝕法得到啞光表面，但過度浸蝕使鋁損耗很大，一般達到3%～5。5%，不僅增加成本，而且引起嚴重的環境問題，形成啞光表面又伴隨暴露型材本身固有的組織缺陷。此後日本在我國推出酸浸蝕法（日本國內基本上不用於鋁型材），由於鋁耗低（可達到約1%），表面細致一度受到我國廠商歡迎。但由於以氟離子為主體的槽液，帶來了更為嚴重的污染，一度引起沸沸揚揚的議論。機械浸蝕法具有操作成本低、環境效益好和表面細致無條痕的優點，首先在法國和意大利等歐洲國家推廣應用。我國在90年代中期，福建三源鋁業和浙江棟梁鋁業分別從意大利和西班牙引進機構拋丸機和機械拋光（掃紋）機及相關工藝，順利運轉至今並收到極好的效益。此後廣東和等省多家工廠陸續從國外進口多台設備，同時我國自制設備也已進入市場，價格只有進口設備的1/5～1/8左右。不論機械拋丸（或稱噴砂）還是機構拋光（鏡面或緞面拋光）都可以使鋁耗控制在1%以下，而且外觀均勻細致，裝飾效果好。作者根據國內外生產實踐，推薦機械浸蝕處理替代傳統的化學浸蝕（酸或堿浸蝕），以提升我國鋁型材的外觀檔次。

1。2陽極氧化的工藝和設備進步。陽極氧化工藝在過去的20年中沒有根本性的變化。硬質陽極氧化技術在這期間有不少進步。突破陽極氧化法拉第區的“火花”陽極氧化和微弧氧化已經商品化。而鋁型材近期開發的高速高效陽極氧化技術（HEA技術）還未獲得廣泛工業應用。

電鍍工件電解和化學除油

普通的生產以采用通用型的配方較為有利，硬陽處理因為適應性強，增加生產線的柔性。至於專用的流水線或自動機，可以有針對性地調整而采用最有效的溶液。配方的選擇宜以總體的經濟效益和效果及質量為依據，例如，加表面活性劑可以提高除油的效率，降低工作溫度來節能、但是，不加表面活性劑的溶液成本低且壽命長，經常性地清除表面上漂浮的油便可長期使用。表面活性劑使進入的油較難消除，也增加污水處理的負擔，並且有的材料吸附後較難清洗，以致會污染鍍液和干擾電鍍質量。高含量的表面活性劑易致泡沫溢流、裹脅易燃易爆氣體，也使溶液的壽命縮短。

電解除油著重在利用前生氣泡的效果，彌散的氣泡更為有效。陰極析氮量比陽極氧量多一倍所陽極處理以總是用陰極除油，但陰極上會沉積溶液內可能有的金屬或其他雜質，所以最終要做短時的陽極處理。然而，有些兩性金屬在堿液內陽極電解時會溶解破壞，如鉻層或電鍍含鉻多的合金，帶錫、鉛的零件等便不能利用陽極清理。同時氫也會在陰極除油時穿透薄的材料或滲入材料表面而生氫脆。所以高強材料(強度在1300MPa以上的高強鋼)、彈簧鋼、薄型零件和細的線材都不能給與陰極處理，只能利用陽極。所以具體產品的工藝須有針對性地按具體零件和材料來確定。

鋁表面處理目前的潮流，對許多含磷或含氯等的物質、表面活性材料的環保限制已日趨嚴峻，因而要研發零排放和洗液循環使用的系統。利用配方和材料盡量少而簡單、沒有難處理物質的方案勢必更受歡迎，更有助於當前汗發的閉路循環方案。也有人嘗試用細菌(生物)方法除油。除油以後須用至40-45度的熱水清洗，以便清除堿液，繼之以冷流水洗淨。一般在洗過之後都要檢查零件表面是否以水完全潤濕，用來作為油已除淨的標志。如果零件表面上的水膜開裂或甚至形成水珠滴落，便須檢查除油的工藝和重新處理。嚴格的工藝檢測可用儀器來監控，例如配有電腦的接觸角測量儀可以量化檢測的結果，而清洗水也能監控，以便水回收來重復使用。

電鍍後處理的工藝環節：陽極氧化膜的封閉

因為陽極氧化膜是多孔結構，表面鋁表面處理活性大，污染物或侵蝕性物質易進入孔隙中，同時染色或著色的色素體也易流出，從而使膜層的性能大為降低。因此陽極氧化膜必須進行封閉處理。封閉後膜層的抗蝕性、抗污染能力、耐光性、電絕緣和耐磨性均有所提高。

陽極氧化膜封閉可以分為高溫封閉(含熱水封閉、水蒸氣封閉等)、常溫封閉等方法。高溫封閉的主要缺點是能耗大、陽極處理封閉時間長，膜層易發霧，硬度降低，而常溫封閉是基於吸附阻化原理，主要是鹽的水解沉澱、氧化膜的水化反應和生成化學轉化膜三個作用的綜合結果，能夠克服高電鍍溫封閉的部分缺點。

一般鍍件在接收並開始進入生產前，須做鍍前的檢查。大量小件一般抽查，大件或重要的產品每件均須仔細查檢，以防止有缺陷的產品進入生產線。有些零件須預先回火，已見前述。組裝的部件一般不宜入槽電鍍，以免溶液滲入縫隙形成隱患。如必須組裝後處理就要附加特別的絕緣防護，或者采用刷鍍等局部的處理方法。

大批量的硬陽處理小件流水生產，鍍前鍍後的質檢往往發色處理易於放松。經驗證明這些似非重要的小件質檢尤須加強，因為產品散播的面很廣，而且難於跟蹤，在商品經濟中造成質量問題後很難維修或召回。因此這些小件對整體產品質量的影響特別是產品信譽的影響甚於大件，許多生產部門都有過這類經驗或者說是慘痛教訓。

鋁合金鋁材表面陽極氧化著色封孔處理工藝

　　鋁的陽極氧化膜有大量孔洞，其表面吸附性很強，手觸摸有黏電鍍手的感覺。為提高氧化膜的防污染和抗腐蝕性能，封孔是必不可少的步驟。鋁材陽極氧化膜的封孔主要有熱封孔和冷封孔兩種，目前我國基本上使用冷封孔。隨著膜厚增加和封孔質量提高。每噸鋁型材的冷封孔劑消耗從0。8～1。2kg增加到1。5～2。0kg。氟化鎳是目前冷封孔劑的主要成分，因此氟化鎳質量決定了冷封孔劑質量。氟化鎳中鐵、鋅、銅等雜質，在新配槽液中影響不明顯，但生陽極處理產一段時間後，封孔質量就很難保證。

　　冷封孔的pH值 以前認為以5。5～6。5為宜，實際上還應根據冷封孔劑的配方特點確定。新配槽液pH鋁表面處理值一般在5。3～7。0都可以成功，但對於用氟化銨或氟化氫銨調節氟離子的舊槽，由於銨離子的影響，pH值應控制在6。5～7。1最佳。此時封孔速度快，氟消耗少，也不出現“白頭”現像。封孔槽中銨離子比鈉離子不易起粉，但封孔速度較慢。為保證封孔質量，工藝操作要點如下：

　　（1）陽極氧化溫度一般小於23℃，溫度過高，冷封孔劑消耗大，表面“發綠”。

　　（2）陽極氧化之後應及時水洗，停留在氧化槽中會影響以後的封孔。洗不干淨易造成竄液污染，增加封孔槽的氟消耗。

　　（3）脫落在封孔槽中的鋁材和鋁絲應及時硬陽處理取出，不然會加快pH上升和氟的消耗。

　　（4）用氟化銨調氟的封孔槽，每立方米通過20t鋁材後，應倒槽清底一次。

　　（5）用氫氟酸調氟的封孔槽，添加之後應經過5～10min才生產，最好以10%稀溶液的形式加入。

發色處理　　（6）為提高封孔質量並加快干燥速度，冷封孔後，推薦55±5℃熱水洗 10～15min，也稱冷封孔後處理。

鋁及鋁合金塗裝前表面處理技術分析

學轉化膜處理是目前在鋁和鋁合金抗腐蝕表面處理中使用最陽極處理廣泛的工藝，半個多世紀的發展使電鍍化學轉化膜工藝日趨成熟，並鋁表面處理不斷派生出其他新的硬陽處理處理方法。無疑，化學氧化處理在今後仍將發揮重要作用。然而，由於環境污染日益嚴重，對表面處理工藝的清潔性、無公害性提出了更高要求。這可從以下方向著手進行完善。
　　1、金屬表面預處理的低溫化開發出節能型的表面處理工藝。
　　2、低鉻化和無鉻化處理　
　　3、無水洗處理：取消整個工藝過程的水洗工藝，除了可以從根本上解決廢水排放對環境的污染問題，還可節約水資源。日本：鉻酸型表面處發色處理理劑，是Cr3+、Cr6+和水溶性有機樹脂的混合物，運用於鋁板，采用噴塗成膜法，不必水洗，即使含鉻離子也不會污染環境；自然干燥，便於封閉系統處理；膜層耐蝕性和塗膜附著性與過去的表面處理效果相同，甚至更好。
　　4、預處理工藝與成膜處理工藝采取互閉合循環方式，系統中所有化學藥劑實現循環使用，不更換原液，只需定期添加被消耗藥品；水洗處理或非水洗處理均可實現封閉。封閉的工藝流程可極大地改善現場作業環境，減少廢渣、廢液排放，節約能源和資源，經濟和社會環境效益顯而易見。