筆者于2000年訪問考察了歐洲部分國家的齒輪刀具、拉削刀具制造廠，同時(shí)參觀了一些刀具用戶廠家，對(duì)歐洲國家的齒輪刀具及其它刀具的生產(chǎn)與使用情況作了一些調(diào)研，現(xiàn)對(duì)歐洲地區(qū)齒輪刀具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展近況作一簡評(píng)。
1 齒輪刀具材料與結(jié)構(gòu)
（1）齒輪滾刀
通過對(duì)歐洲齒輪刀具制造廠和主要用戶企業(yè)（如變速箱制造廠）的考察可知，目前齒輪滾刀的使用方式可分為傳統(tǒng)的濕式切削工藝和干式切削工藝兩大類。用于濕式切削的齒輪滾刀材料主要采用M35+TiN和M35+TiNC，其中M35+TiN為主流材料，滾切速度通常為90～110m/min。用于干式切削的齒輪滾刀材料主要為ASP60+TiAlN，其滾切速度為160m/min。硬質(zhì)合金滾刀主要用于干式切削，其滾切速度可達(dá)260m/min。根據(jù)滾切試驗(yàn)結(jié)果，ASP60+TiAlN滾刀用于干式切削的綜合加工效能優(yōu)于硬質(zhì)合金滾刀。因此，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中ASP60+TiAlN滾刀的使用量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硬質(zhì)合金滾刀。
隨著數(shù)控滾齒技術(shù)和刀具涂層技術(shù)的快速發(fā)展，齒輪滾刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也在不斷變化，主要體現(xiàn)在以下方面：①由于滾齒速度的不斷提高，正前角滾刀的切削性能優(yōu)勢已不明顯，加上正前角滾刀的齒形較復(fù)雜，制造精度不易保證，因此正前角滾刀結(jié)構(gòu)正逐漸被淘汰，而代之以零前角滾刀結(jié)構(gòu)。目前除日本NACHI公司還少量生產(chǎn)正前角滾刀外，國外其它齒輪生產(chǎn)廠幾乎已不生產(chǎn)正前角滾刀。②滾刀頭數(shù)的確定主要考慮滾齒加工效率的要求，滾刀的外徑、長度、槽數(shù)等參數(shù)則需根據(jù)刀具壽命要求來確定。設(shè)計(jì)滾刀時(shí)，通常首先確定每個(gè)刀齒的切削長度，再按重磨一次需加工的工件數(shù)確定滾刀的有效切削齒數(shù)，最后確定滾刀的外徑、長度、槽數(shù)等。③近年來，由于滾齒機(jī)快進(jìn)、快退速度的提高，小徑滾刀進(jìn)退刀耗時(shí)少的優(yōu)勢已不明顯，因此滾刀直徑的確定主要取決于齒輪結(jié)構(gòu)和槽數(shù)的要求。④為提高加工效率，對(duì)于同一齒輪軸上需滾齒加工的不同齒輪，要求可在同一臺(tái)機(jī)床上一次安裝依次加工完成，這就要求一把滾刀上有多段不同規(guī)格的滾刀齒形，即將多把滾刀集成為一體。
由于滾刀圓周齒數(shù)的增多，滾齒加工已可視為近似連續(xù)切削加工，加上滾刀重磨后重新涂層技術(shù)的應(yīng)用，M35+TiN滾刀與ASP30+TiN滾刀相比其壽命差別已不是很大，但卻具有成本較低的優(yōu)勢，因此M35+TiN滾刀的使用數(shù)量已在明顯回升，這一趨勢無論從滾刀制造廠還是齒輪生產(chǎn)廠均可得到證實(shí)。但對(duì)于圓周齒數(shù)較少的滾刀和重磨后不涂層的滾刀，ASP30+TiN滾刀與M35+TiN滾刀相比仍具有較明顯的壽命優(yōu)勢。
在對(duì)環(huán)境污染限制極其嚴(yán)格的歐洲，干式切削具有廣闊的應(yīng)用前景。目前大量應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)的干式切削滾刀主要為ASP60+TiAlN滾刀。同時(shí)也有少量ASP60+TiAlN+WC/C滾刀應(yīng)用，其切削速度為180m/min。用于干式切削的硬質(zhì)合金滾刀和金屬陶瓷滾刀由于制造難度較大、材料及制造成本較高等原因，在加工生產(chǎn)線上的應(yīng)用還不多。由于涂層材料和涂層技術(shù)的快速發(fā)展，涂層粉末冶金高速鋼滾刀在干式切削中的應(yīng)用卻在不斷擴(kuò)大。
（2）插齒、剃齒刀具
歐洲生產(chǎn)的插齒刀產(chǎn)品主要采用M35+TiN和ASP30+TiN材質(zhì)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與國內(nèi)區(qū)別不大。由于插齒加工屬于斷續(xù)切削，因此在高速插齒機(jī)上使用的插齒刀大多為ASP30+TiN插齒刀。
歐洲生產(chǎn)的剃齒刀產(chǎn)品主要采用M2或ASP23材料（M2材料占主導(dǎo)地位）。剃齒刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與國內(nèi)差別較大。對(duì)于模數(shù)小于4mm的剃齒刀，容屑槽底梳采用直線形；模數(shù)大于4mm的剃齒刀的容屑槽底梳則采用漸開線形。剃齒刀的退刀槽均采用銑制（或磨制）加工，刀具內(nèi)孔配合面較短（一般約為齒面寬的1/3），徑向剃齒刀的邊牙全部銑去。
目前德國開發(fā)出一種不同于傳統(tǒng)剃齒工藝的強(qiáng)力剃齒工藝。該機(jī)床在剃齒過程中，剃齒刀與被剃齒輪均可驅(qū)動(dòng)，剃第一面齒時(shí)剃齒刀為主動(dòng)輪，被剃齒輪為從動(dòng)輪；剃第二面齒時(shí)則相反。無論剃哪一面齒，剃齒刀與被剃齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)方向始終不變，且裝卸齒輪時(shí)剃齒刀不停止轉(zhuǎn)動(dòng)。該機(jī)床采用自動(dòng)對(duì)刀，齒輪轉(zhuǎn)速可達(dá)4000r/min，切削速度高，加工效率高。由于可對(duì)齒形實(shí)行強(qiáng)力修整，因此剃齒加工精度高。強(qiáng)力剃齒工藝對(duì)剃齒刀的性能、壽命和可靠性提出了更高要求。
（3）拉削刀具
歐洲刀具制造廠生產(chǎn)的拉刀材料大多采用M2或M35，部分拉刀采用TiN涂層，具體根據(jù)加工要求和使用條件選用。拉刀的切削齒均無刃帶。圓拉刀、花鍵拉刀等的容屑槽不少采用雙頭螺旋槽結(jié)構(gòu)。
2 齒輪刀具制造工藝
歐洲目前使用的刀具制造設(shè)備基本上已實(shí)現(xiàn)數(shù)控化。刀具的設(shè)計(jì)、制造已普遍采用CAD/CAM/CAPP技術(shù)，操作者只需輸入刀具圖號(hào)，數(shù)控加工機(jī)床即可自動(dòng)從中央計(jì)算機(jī)中提取機(jī)床調(diào)整和加工工藝數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工。
刀具磨削均采用帶數(shù)控砂輪修整器的數(shù)控工具磨床，并配備了完善的加工軟件，可根據(jù)刀具廓形自動(dòng)計(jì)算及修整砂輪形狀。齒輪滾刀的車齒、鏟齒工序均在數(shù)控車床和數(shù)控鏟齒機(jī)上進(jìn)行；鏟磨齒形用數(shù)控滾刀鏟磨機(jī)床采用數(shù)控砂輪修整器修整砂輪，對(duì)于模數(shù)小于6mm的滾刀，其齒形的兩側(cè)面、齒頂面、齒底面以及齒頂圓弧、齒底圓弧均可通過一次修整砂輪一次加工完成。插齒刀齒形磨削采用錐面砂輪磨削原理（不同于我國Y7125磨床的磨削方式），可保證插齒刀修緣、沉割參數(shù)的加工精度，準(zhǔn)確加工出齒頂圓角，同時(shí)可保證插齒刀重磨后的加工精度。剃齒刀的容屑槽采用數(shù)控梳槽機(jī)加工，該機(jī)床剛性好、沖程快，可保證剃齒刀容屑槽兩側(cè)面的加工質(zhì)量，從而延長剃齒刀的使用壽命；剃齒刀齒形采用數(shù)控剃齒刀磨床加工，可磨削各種類型的修形剃齒刀。成形拉刀和花鍵拉刀的廓形面分別在數(shù)控平面磨床和數(shù)控花鍵磨床上加工，采用數(shù)控砂輪修整器修形，鏟背磨削。

刀具熱處理方面，齒輪滾刀和插齒刀均采用真空爐淬火、回火；剃齒刀、拉刀等采用鹽浴淬火。刀具標(biāo)志大多采用數(shù)控激光打標(biāo)機(jī)刻字，精致美觀。刀具包裝質(zhì)量很高。
3 刀具涂層材料
在歐洲，刀具涂層材料和涂層技術(shù)發(fā)展很快，水平較高，應(yīng)用也較為普及。目前在刀具制造中應(yīng)用較廣的涂層材料主要有TiN、TiCN、WC/C、TiAlN、TiAlN+WC/C等，其主要特性見表1。表中，TiAlN（1）為單層涂層，TiAlN（2）為復(fù)合涂層。在歐洲，刀具復(fù)合涂層（如TiAlN 復(fù)合涂層）的應(yīng)用范圍很廣。涂覆時(shí)，涂層爐中有多個(gè)Ti靶和TiAl靶，兩種靶交替工作，在刀具表面交替涂覆TiN涂層和TiAlN涂層，以獲得所需的多層復(fù)合涂層。
表1 涂層材料特性
涂層材料：TiN－TiCN－WC/C－TiAlN（1）－TiAlN（2）－TiAlN+WC/C
微觀硬度（HV0.05）：2300－3000－1000－3500－3000－3000
與鋼的摩擦系數(shù)（干式）：0.4－0.4－0.2－0.4－0.4－0.2
涂層厚度（μm）：1～4－1～4－1～4－1～3－2～5－2～6
最高工作溫度（℃）：600－400－300－800－800－800
涂層顏色：金黃－青灰－深灰－紫灰－紫灰－深灰
通過調(diào)研考察，感到目前國內(nèi)刀具技術(shù)的整體發(fā)展水平與歐洲國家仍有較大差距。但近年來國內(nèi)工具廠通過不斷進(jìn)行技術(shù)改造，刀具設(shè)計(jì)制造水平已有長足進(jìn)步，某些技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)品品種已接近或達(dá)到國外先進(jìn)水平，如汽車變速箱齒輪滾刀、發(fā)動(dòng)機(jī)連桿拉刀、壓縮機(jī)專用拉刀、復(fù)合齒形漸開線花鍵拉刀、剃齒刀等刀具品種已達(dá)到較高質(zhì)量水平，具有了一定的市場競爭能力。中國加入WTO后，國內(nèi)工具行業(yè)機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，為了抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，國內(nèi)工具制造廠必須進(jìn)一步加大技術(shù)改造力度，盡快提高自身發(fā)展水平，縮小與發(fā)達(dá)國家的差距，通過市場競爭求生存、圖發(fā)展。