刀具制造业：日本刀具制造业在航天领域的领先技术

以低航运成本和乘坐舒适度为优势的三菱航空株式会社的新型喷气式客机MRJ迎来首飞，人们开始惊讶于作为“综合工具工坊”三菱公司的先进的加工能力和技术的创新。喷气式客机的零件约300~600万种，尤其是结构零件，大部分都通过切削加工制作而成。大部分使用轻质强韧的材料，喷气式发动机中使用耐高温高压燃烧的特殊合金。为了对这些零件进行高效率、高精度、高品质的加工，应对这些切削材料的专用切削刀具必不可少。以三菱为首的刀具制造商不仅占领了日本国内航天材料加工市场，同时欧美航天零件制造商也在采用日本刀具。

飞机构成材料和切削加工

铝合金：机体的外板及肋部骨骼大多使用硬铝合金（A7075），需要从大块材料中加工成薄壁的零件，将90%的材料切成切屑。当今，切削速度5000m/min（时速300km/h)每分钟排屑量10000cm3/min的超高速加工已经实用化。

钛合金：400℃以下环境中，具有金属材料中最高的强度重量比，具有轻质强韧、不易生锈的特性。钛合金Ti-6AL-4V已被用于机体的舱门四周及机翼的安装部、起落架等要求的高强度的部位。由于钛合金的热传导性低、切削热集中在刀头，高效加工非常困难。

CFRP（碳纤维）：具有铁的10倍强度重量比，轻质强韧、不易生锈的材料。机身大型结构件是通过将集束碳纤维浸渍在塑料后的薄片层叠卷成圆筒状，并真空加热，实现一体成型。由于强度极高，因此切削性差，必须使用金刚石刀具或带有金刚石涂层的工具加工。

超耐热合金：飞机发动机中，主要用于燃烧、排气等部位的超耐热合金适用于常温到1000℃前后的高温下重复使用的高性能金属材料。采用以镍基德INCONEL及WASPALOY等。这类材料高温下强度不会降低，被切削性差，加工品质要求高。

任何刀具制造商进入国际航空加工业需要通过AMRC认可，由谢菲尔德大学和波音公司联合创办，研究加工、铸造、焊接、复合材料、3D打印技术等领域。该研究同DMG、Renishaw、Starrag等世界一流公司，实现和达成国际航空公司目标的技术革新。以三菱为首的刀具制造商与2014年加盟该研究中心。AMRC的制造现场均采用最新的制造技术，使用切削工具是工具制造商及航空产业的主体制造商提供的高创新性工具。切削油、切削工具、刀柄类、CAM软件、机械加工程序及新材料加工等新技术均在AMRC进行极限测试。

日本刀具先进技术

刀头可换型立铣刀实现“硬质合金和硬质合金的两面固定”，同时保证刀具的强度、刚度、切削性能。现在，市场上铣刀分为刀头可换型和整体立铣刀，只需更换刀头就可以获得全新的切削刃，通过刀头的材料及形状的更换，可以应对各种被切削材料的加工，非常经济。下图为三菱推出的IMAX可换型铣刀，采用两面固定使锥部发生弹性形变，从而使刀头和刀柄两个端面同时接触。

涂层技术

含AL丰富的（AL，Ti）N涂层膜在1988年日本刀具厂商开始采用，在1990年以硬质合金钻头很快占领切削市场，涂层的长寿命可以压缩制造成本。日本刀具厂商又在涂层添加Si，结合新开发的硬质合金母材和形状，使得60HRC的高硬度钢加工成为可能性，在整体立铣刀领域，开发出了（AL，Ti，Si）N中融入了单相纳米结晶技术的涂层，实现用硬质合金切削高速工具钢。在PVD涂层领域，日本刀具厂商利用最新技术成膜（AL，Cr）N类涂层在Ni基合金及Ti合金加工方面拥有长寿命。利用涂层技术解决铣削加工的磨损和热龟裂问题，大幅降低棱边磨损。

陶瓷刀具

以耐热性优异的陶瓷为母材，在超耐热合金的切削加工领域发挥极其出色的性能。陶瓷立铣刀是通过切削热来软化被切削材料，切削速度会设定在5000m/min，对超耐热合金加工后刀尖没有明显的损伤和熔敷现象。在高切深高进给的条件下，从效率观点出发，其优势明显。但有一个问题限制其在加工设备上应用，那就是提高切削速度以便在加工时得到较高的切削热，因此，需要就有高转速规格主轴的机床。随着日本对陶瓷材料的研究和高性能机床，在超耐切削领域，日本的陶瓷刀具处于研发阶段。

硬质合金钻头和刀片

“必须根据原材料进行材料设计”，材料是一切的基础，来不得半点虚假。硬质合金钻头和刀片是日本刀具的所擅长的主力技术，属于脆性材料的硬质合金的强度取决于残留的极微小内部缺陷，日本刀具制造商改良原材料，开发了粒度分布极窄的超微粒WC粉末，改进烧结技术，成功将微小气孔减小至极限，兼具刚性和强度。2000年神户制钢的刀具加入三菱，开发出平均粒径为0.1um级的超超微粒WC粉末，确保母材硬度来实现刀具刃尖的韧性。

总结

日本刀具厂商参与到世界的竞争中，同时，在与客户的沟通中对机械加工技术、切削工具的动向、金属加工行业的技术革新变革自己的刀具形状及刀具材料。国内的刀具制造商一般处于刀具形状制造加工，硬质合金原材料一般占据中低端市场，而高端刀具市场被日本和德国所占据，航天领域占据份额更少。 随着不少国内刀具制造厂商对新技术和新材料的研究和涉足，中国与国际航天刀具制造距离会不断缩小。