1 汽車工業(yè)快速發(fā)展對刀具的需求
近年來中國汽車制造業(yè)發(fā)展異常迅速，國內(nèi)各大汽車集團都在加大投資，不少民營企業(yè)也加入了汽車或其零部件制造的行列，世界各大汽車公司及著名的汽車零部件廠商幾乎都已來到中國，或是合資或是獨資，都設法加入在中國制造汽車及其零部件的熱潮，與汽車制造特別是汽車所需的發(fā)動機、變速箱、傳動軸、車橋等零部件制造相關(guān)的機械加工及金屬切削工作量激增，從而對與機械加工和金屬切削緊密相關(guān)的刀具的需求不斷上升，同時也出現(xiàn)了很多新的要求。當前汽車工業(yè)發(fā)展的特點是競爭加劇，對客戶滿意度的要求進一步提高，要求能夠根據(jù)市場的需求及時推出新的產(chǎn)品或轉(zhuǎn)換新的型號生產(chǎn)，生產(chǎn)的柔性化要求提高，當市場對某種產(chǎn)品有需求時必須抓隹機遇生產(chǎn)出足夠滿足市場需要的產(chǎn)品，生產(chǎn)量的增長可能是陡增的，要求為生產(chǎn)作支持的刀具也必須適應這種要求和變化，能夠及時地提供并在數(shù)量和質(zhì)量上保證滿足生產(chǎn)的需要。汽車零部件制造的質(zhì)量要求也在不斷提高，無論是加工精度、形位要求還是表面質(zhì)量要求都有了新的提高，同時為了滿足新的產(chǎn)品量控制的要求，要求對所生產(chǎn)的產(chǎn)品有很好的追溯性，也就是對產(chǎn)品制造的全過程進行控制并當發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品有質(zhì)量問題時能清楚地了解在哪個環(huán)節(jié)出的問題以及受到影響的產(chǎn)品有多少以及發(fā)生在什么地方，要求對產(chǎn)品制造過程中的重要影響因素刀具進行完善的控制和追溯，刀具方面必須能能對生產(chǎn)現(xiàn)場的問題作出及時快速的響應，提供有力高效的技術(shù)支持，并能控制和追溯刀具的制造過程。面對激烈的市場競爭，汽車工業(yè)正在全面實行精益生產(chǎn)，同時要求不斷降低刀具成本，對刀具物流、庫存等的要求也提高了。與此同時，由于環(huán)境保護、健康和職業(yè)衛(wèi)生等方面標準和要求的提高，汽車工業(yè)對這些方面的考慮和控制也更多了，對金屬切削及刀具就有了新的更高的要求。所有這一切都要求切削及刀具行業(yè)不斷開發(fā)新技術(shù)、新材料、新工藝及新的管理方法，以適應汽車制造過程中不斷出現(xiàn)的新技術(shù)、新材料和新工藝及新的管理體系。
2 向柔性化和高速加工發(fā)展
為適應市場變化的需求，汽車產(chǎn)品及其零部件更新變化越來越快，過去大量采用的專機或剛性自動線由于其不便更換生產(chǎn)品種或改造費用昂貴，已不能適應這種快速變化的市場需求，所以現(xiàn)在汽車零部件加工的生產(chǎn)線已越來越多地采用柔性生產(chǎn)線，或柔性加工設備與專機結(jié)合組成的加工生產(chǎn)線，特別是在新的項目中更是傾向于采用柔性加工線，大量采用加工中心，在一條生產(chǎn)線上可生產(chǎn)不同規(guī)格的零件以滿足不同的產(chǎn)品生產(chǎn)的需要，而且在產(chǎn)品更新?lián)Q代時僅需改變加工程序及相關(guān)的刀具、夾具就可很方便地轉(zhuǎn)換為新的生產(chǎn)線，工序的調(diào)整和改進、刀具的增加和減少也很方便。在車間平面布置方面，盡量使車間地面保持完整，已很少開挖為集中冷卻而設置的地溝，機床等設備可很方便地安裝及根據(jù)需要移動到新的位置，組成新的生產(chǎn)線。如上海通用汽車有限公司在建廠以來的幾年中已根據(jù)需要多次移動機床，減少能力高的生產(chǎn)線的設備，用于新項目的生產(chǎn)，或增加能力相對薄弱的生產(chǎn)線的設備，以*大限度地利用設備能力，以極高的柔性快速地滿足市場的需要，與此相適應的就要求刀具能適應這種高度柔性化的生產(chǎn)及快速變化的生產(chǎn)產(chǎn)量和生產(chǎn)品種，數(shù)控機床和加工中心用刀具因而獲得了極大的市場和高速發(fā)展，也引起了越來越多的企業(yè)和研究單位不斷投入巨大的人力物力進行切削新技術(shù)和新刀具的研究和開發(fā)。
由于汽車及其零部件的生產(chǎn)量大、品種多，節(jié)拍時間短，盡管采用了柔性生產(chǎn)線，但節(jié)拍要求仍需滿足，故提高切削參數(shù)，采用高速切削就成為必然，而加工中心設備的采用也為同時實現(xiàn)柔性和高效率生產(chǎn)提供了可能。汽車及其零部件制造特別是新工廠、新項目的制造過程正向著高速加工的方向發(fā)展，越來越多地采用數(shù)控高速加工中心，很多加工中心機床的主軸轉(zhuǎn)速已可達數(shù)萬轉(zhuǎn)，如鉆鏜鋁質(zhì)汽缸蓋的進排氣導管底孔、座圈底孔的刀具轉(zhuǎn)速不少在一萬轉(zhuǎn)以上，線速度可達1500m/min左右，有的面的銑削線速度可達4000m/min，半精鏜、精鏜鑄鐵汽缸體缸孔的刀具轉(zhuǎn)速也已達300轉(zhuǎn)，線速度可達800m/min，上海通用汽車有限公司的1.6L發(fā)動機鑄鐵缸體加工中不少面的銑削線速度都已達到了1000ｍ/min以上. 同時高性能切削也獲得很大發(fā)展，一次切削切除相當大的余量，特別是在粗加工中大余量切削，切削效率提高，減少切削工序，在某些工位的加工中將半精加工和精加工合并， 與此相適應，刀具及切削技術(shù)也出現(xiàn)了很多新的變化。
3 超硬刀具獲得廣泛應用
刀具材料發(fā)生了很大變化，CBN(立方氮化硼)，PCD(聚晶金剛石)、陶瓷刀具等超硬刀具獲得了廣泛應用。PCD刀具由于其極高的硬度，在加工鋁制工件及其他有色金屬及其合金時使用壽命極高，近年來隨著汽車制造業(yè)大量應用輕型材料(如鋁合金、復合材料、塑料等)，PCD刀具的應用也大量增加�，F(xiàn)在汽車發(fā)動機的汽缸體、汽缸蓋、變速箱的殼體、閥體、槽體、側(cè)蓋等零件很多都采用鋁件，這些零件的加工中就大量采用了PCD刀具，取得很好的效果，一般每把刀的壽命都在加工幾千件工件左右，長的可達1.5至2萬件。
CBN刀片的特點是，硬度極高僅次于金剛石，特別是其紅硬性好，在1000多度的高溫下仍能保持其硬度和良好的切削性能，適應了高速切削的需要，也滿足了一些高硬度難加工零件的加工需要、在發(fā)動機缸體等鑄鐵類零件和氣門閥座等
粉末冶金零件的加工中獲得了較好的應用效果。如氣缸體缸孔的加工在半精鏜和精鏜工序中很多就采用了CBN刀片，切削速度可達800m/min，刀具壽命是硬質(zhì)合金刀具的一倍以上，在氣缸體的缸蓋結(jié)合面的加工中，CBN銑刀切削線速度可達1200m/min以上，高的甚至可以達到2000m/min，進給速度可達1000-2000mm/min。
目前已有汽車零部件制造廠為降低一次性設備投資，減少生產(chǎn)線中的設備數(shù)量，同時又希望保證生產(chǎn)節(jié)拍，就采用具有高速加工能力的加工中心，顯著地提高切削用量，同時采用適合這種高速切削的CBN刀具，如在直列四缸發(fā)動機缸體的加工中，幾乎所有各個面的銑削都采用了CBN刀具，盡管CBN刀具價格較貴，但如考慮到其對于加工效率的提高和在投資成本上的節(jié)約，總的算起來還是很經(jīng)濟的。上海通用汽車公司在變速箱殼體的加工中，將一把原來采用的硬質(zhì)合金鏜刀改為PCD刀具，刀具壽命從原來的3000件提高到7萬件，其經(jīng)濟效益是非常明顯的。
CBN刀具可用于加工淬硬工件，因而可以實現(xiàn)以車代磨，如大宇汽車公司就在變速箱輸入輸出軸的加工中，用CBN刀具進行軸上槽的車加工，代替了原來要用成型砂輪進行的磨削加工。
作為高硬材料刀具中的又一種刀具，陶瓷刀具也是一種值得關(guān)注和正在不斷擴大應用領(lǐng)域的刀具，陶瓷刀具過去存在的脆性正在得到改進，現(xiàn)在已有了增韌型的陶瓷刀具，可應用于鑄鐵工件的粗加工，如在發(fā)動機氣缸體缸孔的粗加工中，不論是V型6缸發(fā)動機還是直列4缸發(fā)動機都采用了陶瓷刀具進行缸孔的粗加工，顯著提高了加工效率，其鏜孔切削線速度可達700m/min至800m/min。
4 涂層技術(shù)和涂層刀具不斷發(fā)展
伴隨表面工程和摩擦學的發(fā)展，涂層技術(shù)在近十多年來獲得了突飛猛進的發(fā)展，技術(shù)和設備都越來越成熟，在刀具上的應用也越來越廣泛，成效明顯，并且有越來越多的新型涂層開發(fā)出來。
目前在汽車工業(yè)所用刀具上采用較多的涂層有TiN， TiC、TiCN、TiAlN、ZrCN等等，在鉆頭、鉸刀、齒輪滾刀、絲錐上都獲得很好的應用效果，刀具壽命明顯提高。現(xiàn)在汽車行業(yè)所用的硬質(zhì)合金刀具中幾乎75%的刀具進行了涂層，而且隨著對刀具重磨要求的提高，越來越多的重磨后的刀具需要進行重新涂層，使涂層的應用有了更廣闊的前景，同時如何使修磨后重新涂層的刀具達到原有新刀具的性能水平，還需要涂層廠家和涂層刀具用戶共同付出更大的努力．由于單一涂層材料難以滿足提高刀具綜合性能的要求，因此涂成份將趨于多元化、復合化；在復合涂層中，各單一成分涂層的厚度將越來越薄，并逐步趨于納米化；涂層工工藝將為滿足不同的切削加工要求，更具針對性．目前涂層行業(yè)還在做更多的工作，以進一步改進各類涂層的性能，如把多弧工藝和濺射工藝組合起來，優(yōu)化涂層的結(jié)構(gòu)，開發(fā)多層涂層以提高韌性和結(jié)合力，添加其它合金元素如鉻、鋯、釩、硼、鉿以及硅等以進一步提高韌性硬度和化學穩(wěn)定性等各方面性能，同時努力開發(fā)納米多層涂層。
涂層領(lǐng)域新近的發(fā)展是將金剛石薄膜用CVD等方法將其涂覆于硬質(zhì)合金刀具上，使具有復雜形狀、或開有斷屑槽的刀具也能具有金剛石刀具的性能
另外現(xiàn)在也在嘗試將如MoS2這樣的軟涂層應用至刀具上，以改善切削過程中的潤滑狀態(tài)，提高金屬切削的性能。
5 新型刀柄和刀具夾持技術(shù)的應用
與數(shù)控機床的應用和高速加工的發(fā)展相適應，切削過程中很多問題都要從高速的角度重新加以考慮，如刀具和刀柄的連接、刀柄和機床主軸的連接、快速換刀問題、切削系統(tǒng)的振動問題以及相應的刀具系統(tǒng)的動平衡問題，由此各種新型刀柄和刀具夾持技術(shù)也迅速發(fā)展起來。
目前在汽車工業(yè)中用得比較多的有德國的HSK系列刀柄，HSK刀柄是一種新型的高速錐型刀柄，其接口采用了錐面和端面同時定位的過定位方式，消除了軸向定位誤差，刀柄為中空，錐體長度較短，有利于加工中心換刀輕型化及高速化，有比較高的重復安裝精度，刀柄與主軸間由擴張爪鎖緊，在高速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力作用下，刀柄能牢固鎖緊，在高速加工中心上應用很普遍。
CAPTO刀柄也是一種新型的刀柄，這種刀柄不是圓錐型，而是三角體錐，其棱為圓弧型，錐度為1:20的空心短錐結(jié)構(gòu)，也同樣實現(xiàn)錐面與端面同時接觸定位，錐型多角體結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)兩個方向都無滑動的轉(zhuǎn)矩傳遞，不再需要傳動鍵，有利于動平衡，這種刀柄不易變形，磨損小
