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高速切削刀具材料介紹

高速切削刀具指的是數(shù)控機(jī)床在高速運(yùn)轉(zhuǎn)工作的條件下進(jìn)行切削加工的刀具，適用于各種機(jī)床。要實(shí)現(xiàn)高速切削，刀具材料是關(guān)鍵。高速切削材料主要有硬質(zhì)合金、涂層刀具、金屬陶瓷、陶瓷、立方氮化硼和金剛石刀具。
硬質(zhì)合金、涂層刀具、金屬陶瓷、陶瓷、立方氮化硼和金剛石刀具。它們各有優(yōu)點(diǎn)，適合不同的工件材料和不同的切削速度范圍。必須注意的是刀具材料和工件材料副之間有一個(gè)適配性問題，即一種刀具材料與工件材料時(shí)性能良好，但加工另一種工件材料時(shí)卻不理想，換句話說，不存在一種萬能刀具材料可適用于所有工件材料的高速加工。
高速切削數(shù)控刀具材料必須根據(jù)所加工的工件材料和加工性質(zhì)來選擇。一般而言，陶瓷刀具、涂層刀具及CBN刀具適合于加工鋼鐵等黑色金屬的高速加工；PCD刀具適合于對(duì)鋁、鎂、銅等有色金屬高速加工。

高速切削加工的切削速度是常規(guī)切削的5～10倍，對(duì)刀具材料以及刀具結(jié)構(gòu)、幾何參數(shù)等都提出了新的要求，尤其是對(duì)刀具的材料有更高的要求，高速切削刀具的材料要具有高的強(qiáng)度、韌性和硬度，良好的熱穩(wěn)定性和熱硬性、良好的高溫力學(xué)性能、較小的化學(xué)親合力和耐磨性。

刀具材料各項(xiàng)力學(xué)性質(zhì)大小順序

硬度：

PCD>PCBN>(Al2O3基陶瓷>Si3N4基陶瓷>TiC(N)基硬質(zhì)合金>WC基超細(xì)晶粒硬質(zhì)舍金>高速鋼(HSS)。

抗彎強(qiáng)度：

HSS>WC基硬質(zhì)舍金>TiC(N)基硬質(zhì)合金>Si3N4基陶瓷>Al2O3基陶瓷>PCD>PCBN斷裂韌性HSS>WC基硬質(zhì)舍金>TiC(N)基硬質(zhì)合金>PCBN>PCD>Si3N4基陶瓷>Al2O3基陶瓷。

高速切削的刀具主要有以下幾類：

1.涂層刀具：涂層刀具是在刀具基體上涂覆硬質(zhì)耐磨金屬化合物薄膜，以達(dá)到提高刀具表面的硬度和耐磨性的目的。常用的刀具基體材料主要有高速鋼、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷和陶瓷等。涂層刀具可以分成硬涂層刀具和軟涂層刀具。硬涂層刀具的涂層材料主要有氮化鈦（TiN）、碳化鈦（TiC）、氧化鋁（Al2O3）、碳氮化鈦（TiCN）、氮化鋁鈦（TiAlN），碳氮化鋁鈦（TiAlCN）等。軟涂層刀具是以 MoS2和 WS2作為涂層材料的高速鋼刀具。涂層可以是單涂層，也可以是雙涂層或多涂層，甚至是幾種涂層材料復(fù)合而成的復(fù)合涂層。適于高速切削的涂層物質(zhì)主要有CVD法的TiCN+Al2O3+TiN、TiCN+Al2O3、TiCN+Al2O3+HfN以及PVD法的TiAlN/TiN、TiAlN等。

2.陶瓷刀具：陶瓷刀具的材料主要有氧化鋁基和氮化硅基兩大類，陶瓷刀具具有高硬度(HRA91~95)、高強(qiáng)度(抗彎強(qiáng)度為750~1000MPa)，耐磨性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，抗粘結(jié)性能良好，摩擦系數(shù)低且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。陶瓷刀具能以200~1000m/min的切削速度高速加工鋼、鑄鐵及其合金等材料，刀具壽命比硬質(zhì)合金高幾倍、甚至幾十倍。陶瓷刀具的缺點(diǎn)主要是強(qiáng)度和斷裂韌性較低、脆性較大。

3.硬質(zhì)合金（金屬陶瓷）刀具：金屬陶瓷刀具的材料主要包括高耐磨性能的TiC基硬質(zhì)合金(TiC+Ni或Mo)、高韌性的TiC基硬質(zhì)合金( TiC+TaC+WC)、強(qiáng)韌的TiN基硬質(zhì)合金和高強(qiáng)韌性的TiCN基硬質(zhì)合金(TiCN＋NbC)等。與WC硬質(zhì)合金相比，強(qiáng)度、硬度、韌性和抗崩刃性能得到明顯提高，抗月牙洼磨損和抗粘結(jié)能力也顯著增強(qiáng)。

4.立方氮化硼（CBN）刀具：立方氮化硼是純?nèi)斯ず铣刹牧?，化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)于金剛石，是高速切削黑色金屬的理想刀具材料，聚晶立方氮化硼(PCBN)刀坯有2種：①高CBN含量的刀具(CBN含量80%一90%)，它具有高硬度、高導(dǎo)熱性；②低CBN含量的刀具(CBN含量50%一65%)，它具有較好的強(qiáng)度和韌性。立方氮化硼（CBN）刀具具有較高的硬度，僅次于金剛石（可達(dá)8000HV～9000HV），并且熱穩(wěn)定性高（達(dá)1250℃～1350℃），對(duì)鐵族元素化學(xué)惰性大，抗粘結(jié)能力強(qiáng)，而且用金剛石砂輪即可磨削開刃，故適于加工各種淬硬鋼、熱噴涂材料、冷硬鑄鐵和35HRC以上的鈷基和鎳基等難切削材料。

5.金剛石：有天然金剛石和人造金剛石，天然金剛石刀具主要用于超精密鏡面切削，而更多的金剛石刀具是人造金剛石。人造金剛石又分為3種：①聚晶金剛石(PCD)，聚晶金剛石(PCD)（微粉）是利用獨(dú)特的定向爆破法由石墨制得，高爆速炸藥定向爆破的沖擊波使金屬飛片加速飛行，撞擊石墨片從而導(dǎo)致石墨轉(zhuǎn)化為聚晶金剛石。這種金剛石刀具焊接性、機(jī)械磨削性和斷裂韌性最高，抗磨損性和刃口質(zhì)量較好，抗腐蝕性差；②化學(xué)氣相沉積金剛石(CVD)，化學(xué)氣相沉積金剛石厚膜抗腐蝕性好，機(jī)械磨削性、刃口質(zhì)量和斷裂韌性較好，可焊性差；③利用超高壓裝置，在1400～1600℃高溫下，人工合成的單晶金剛石，人工合成單晶金剛石刀口質(zhì)量的抗磨損性和抗噴蝕性好，焊接性、機(jī)械磨削性和斷裂韌性差。

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