首先高速切削加工技術(shù)是近幾十年來發(fā)展迅猛的一項先進制造技術(shù)，已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點之一。刀具材料影響著高速切削加工技術(shù)的廣泛應用。刀具材料經(jīng)歷了高速鋼一硬質(zhì)合金一陶瓷一超硬材料等不斷發(fā)展的過程，切削速度和加工效率得以不斷提高。本文分析了在高速切削加工中常用的刀具材料，并針對常用的被加工材料闡述了高速切削刀具材料的選擇方法。
一、高速切削對刀具材料的要求
由于高速切削加工的切削速度是常規(guī)切削的5～10倍，因此對刀具材料以及刀具結(jié)構(gòu)、幾何參數(shù)等都提出了新的更高的要求。刀具材料的選擇對加工效率、加工質(zhì)量、加工成本和刀具壽命等都有著重要的影響。高速切削加工除了要求刀具材料具備普通刀具材料的一些基本性能之外，還對刀具材料有更高的要求，主要包括：①高的硬度和耐磨性：高速切削加工刀具材料的硬度必須高于普通加工刀具材料的硬度，一般在60HRC以上。刀具材料的硬度愈高，其耐磨性愈好。②高的強度和韌性：刀具材料要有很高的強度和韌性，以便承受切削力、振動和沖擊，防止刀具脆性斷裂。③良好的熱穩(wěn)定性和熱硬性：刀具材料要有很好的耐熱性，要能承受高溫，具備良好的抗氧化能力。④良好的高溫力學性能：刀具材料要有很高的高溫強度、高溫硬度和高溫韌性。⑤較小的化學親和力：刀具材料與工件材料的化學親和力要較小。
目前適用于高速切削的刀具主要有：涂層刀具、陶瓷刀具、金屬陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)刀具、聚晶金剛石(PCD)刀具以及性能優(yōu)異的高速鋼和硬質(zhì)合金刀具等。
二、高速切削常用的刀具材料
1涂層刀具
涂層刀具是在韌性較好的刀體上，涂覆一層或多層耐磨性好的難熔化合物，使刀具既有較高的韌性又有很高的硬度和耐磨性，涂層刀具的壽命比未涂層的刀具要高2—5倍。涂層刀具可分為兩大類：一類是“硬”涂層刀具如TiC、TLN、Al2O3涂層刀具，硬涂層刀具的主要優(yōu)點是硬度高、耐磨性能好。另一類是“軟”涂層刀具，這種涂層刀具也稱為自潤滑刀具，其表面摩擦因數(shù)低可以減少摩擦，降低切削力和切削溫度，軟涂層刀具的涂層材料主要有MoS2和WS2。應用較廣泛的涂層工藝有化學氣相沉積法和物理氣相沉積法。涂層硬質(zhì)合金一般采用化學氣相沉積法(CVD)，沉積溫度在100℃左右。涂層高速鋼刀具一般采用物理氣相沉積法(PVD)，沉積溫度在500℃左右。
2陶瓷刀具
陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能和良好的高溫力學性能，與金屬的親合力小，不易與金屬產(chǎn)生粘結(jié)，并且化學穩(wěn)定性好。因此，陶瓷刀具可以加工傳統(tǒng)刀具難以加工或根本不能加工的超硬材料，實現(xiàn)以車代磨，從而可以免除退火，簡化工藝，大幅度地節(jié)省工時和電力；陶瓷刀具的最佳切削速度可以比硬質(zhì)合金刀具高3-10倍，而且刀具壽命長，可減少換刀次數(shù)，從而大大提高切削加工生產(chǎn)效率。近年來，由于控制了原料的純度和晶粒尺寸，添加了各種碳化物、氮化物、硼化物、氧化物和晶須等，采用多種增韌機制進行增韌補強，使得陶瓷刀具材料的抗彎強度、斷裂韌性和抗沖擊性能都大幅度提高，應用范圍日益廣泛，可以用于高速切削、干切削和硬切削，切削效率大大提高。
3金屬陶瓷刀具
金屬陶瓷有較高室溫硬度、高溫硬度及良好的耐磨性、抗氧化能力強和化學穩(wěn)定性好。金屬陶瓷材料主要包括高耐磨性TiC基硬質(zhì)合金(Tic+Ni或No)、高韌性TiC基硬質(zhì)合金(TiC+TaC+wc)、強韌TiN基硬質(zhì)合金(以TiN為主體)、高強韌性TiCN基硬質(zhì)合金(TicN+NbC)等。金屬陶瓷刀具可在300—500m／min的切削速度范圍內(nèi)高速加工鋼和合金鋼，精加工鑄鐵。此外金屬陶瓷還可制成鉆頭、銑刀和滾刀。
4立方氮化硼(CBN)刀具
立方氮化硼具有超硬特性、高熱穩(wěn)定性和高化學穩(wěn)定性。立方氮化硼刀具是高速精加工或半精加工淬硬鋼、冷硬鑄鐵和高溫合金等的理想刀具材料。
5金剛石刀具
金剛石刀具有兩種：天然金剛石刀具和人造金剛石刀具。天然金剛石的價格昂貴，目前已經(jīng)被人造金剛石所代替。人造聚晶金剛石(PCD)是以石墨為原料，加入催化劑經(jīng)高溫高壓燒結(jié)而成。在燒結(jié)過程中由于添加劑的加入，使金剛石晶體間形成以TiC、SiC、Fe、Co和Ni等為主要成分的結(jié)合橋，金剛石以共價鍵的結(jié)合形式牢固地嵌于結(jié)合橋構(gòu)成堅固的骨架中，使PCD的強度和韌性都有了很大提高。
由于PCD結(jié)合橋具有導電性使得PCD便于切割成形，且成本低于天然金剛石PCD刀片可分為整體聚晶金剛石刀片和聚晶金剛石復合刀片。
6性能優(yōu)異的高速鋼和硬質(zhì)合金復雜刀具
高性能鈷高速鋼、粉末冶金高速鋼和整體硬質(zhì)合金材料已成為制造滾刀、剃齒刀、插齒刀等齒輪刀具的主流刀具材料，可用于齒輪的高速切削。用硬質(zhì)合金粉末和高速鋼粉末配制成的新型粉末冶金材料制成的齒輪滾刀，滾切速度可達到150—180m／min。再對其進行TiAIN涂層處理后，可用于高速干切齒輪。
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