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好的加工設備(bèi)與數控(kòng)刀(dāo)具相(xiàng)配合，才(cái)能(néng)發揮其應(yīng)有的效能，取得良好(hǎo)的經(jīng)濟效益。随(suí)着(zhe)刀(dāo)具材料的(de)發展(zhǎn)，各種新(xīn)型刀具(jù)材料，其物理、力學性能和切削(xuē)加工性能(néng)都(dōu)有(yǒu)了很(hěn)大的(de)提高(gāo)，應用範圍也不(bú)斷擴(kuò)大。

一(yī)、刀具(jù)材料應(yīng)具備基本性能

刀具材料的選擇(zé)對刀具壽命(mìng)、加工效率、加工質量和(hé)加(jiā)工(gōng)成本(běn)等的(de)影響很大(dà)。刀具(jù)切削(xuē)時要(yào)承受(shòu)高壓、高(gāo)溫、摩擦、沖擊(jī)和振動等作用。因(yīn)此(cǐ)，刀具材料(liào)應具備如下一些基(jī)本性能：

(1)硬度(dù)和耐磨(mó)性。刀(dāo)具材料的(de)硬度必須高于(yú)工件材料(liào)的硬(yìng)度，一般(bān)要求在60hrc以上(shàng)。刀(dāo)具(jù)材料的硬(yìng)度(dù)越高，耐磨(mó)性就越好。

(2) 強(qiáng)度和韌性。刀具材料應具(jù)備較高的(de)強(qiáng)度和韌(rèn)性，以便承受切(qiē)削力、沖(chòng)擊(jī)和振(zhèn)動,防止刀具脆(cuì)性斷裂和崩刃(rèn)。

(3) 耐熱性。刀具材料的(de)耐(nài)熱性要(yào)好，能承受高的(de)切削溫度，具備(bèi)良好(hǎo)的抗(kàng)氧化(huà)能力(lì)。

(4) 工藝性能(néng)和經濟性(xìng)。刀具(jù)材料(liào)應具備好(hǎo)的鍛(duàn)造性能、熱處理性能、焊接(jiē)性能;磨(mó)削加工(gōng)性能等(děng)，而且要(yào)追求高的性能(néng)價格(gé)比。

二、刀(dāo)具(jù)材料(liào)的種(zhǒng)類、性能、特點、應用

1.金(jīn)剛石刀(dāo)具(jù)材料(liào)的種類、性能和(hé)特點及刀具(jù)應(yīng)用

金(jīn)剛石(shí)是碳(tàn)的同素(sù)異(yì)構體(tǐ)，它是自然界已(yǐ)經(jīng)發現的(de)比較(jiào)硬的(de)一種材(cái)料(liào)。金剛石刀(dāo)具具(jù)有高硬度、高耐(nài)磨性(xìng)和(hé)高導熱性能(néng)，在有色金(jīn)屬和(hé)非金(jīn)屬材(cái)料加工中(zhōng)得到(dào)廣泛的應用。尤其在(zài)鋁(lǚ)和矽鋁合金高速切削(xuē)加工(gōng)中，金剛石(shí)刀具是難(nán)以替(tì)代的(de)主要切削(xuē)刀具(jù)品種。可實(shí)現高(gāo)效率、高穩(wěn)定性、長壽(shòu)命(mìng)加(jiā)工的(de)金剛(gāng)石刀(dāo)具是(shì)現代(dài)數控加工(gōng)中不(bú)可缺(quē)少的重要工具(jù)。

⑴ 金剛石刀具的(de)種類

① 天然金剛石刀具：天然金剛石作(zuò)爲切削刀(dāo)具(jù)已(yǐ)有上百(bǎi)年的(de)曆史了，天然單(dān)晶(jīng)金(jīn)剛石(shí)刀具經(jīng)過(guò)精細研磨(mó)，刃口(kǒu)能磨(mó)得(dé)極(jí)其鋒(fēng)利，刃(rèn)口半徑可(kě)達0.002μm，能實現超薄切削(xuē)，可以加(jiā)工(gōng)出極(jí)高的工件(jiàn)精度(dù)和極低的表面(miàn)粗糙度(dù)，是(shì)公認的、理(lǐ)想(xiǎng)的和不能代替的(de)超精密加(jiā)工刀具。

② pcd金剛石刀具：天然金剛(gāng)石(shí)價格昂(áng)貴，金剛石廣泛(fàn)應用于切(qiē)削加(jiā)工的(de)還(hái)是(shì)聚晶(jīng)金剛石(pcd)，自20世紀(jì)70年代初，采(cǎi)用高(gāo)溫高壓合(hé)成技(jì)術制備(bèi)的聚晶金剛(gāng)石(polycrystauine diamond，簡稱pcd刀(dāo)片研(yán)制成功以(yǐ)後，在很多場合(hé)下天然金剛石(shí)刀具(jù)已經(jīng)被人造聚(jù)晶金剛石(shí)所代(dài)替(tì)。pcd原料來(lái)源豐富，其價格(gé)隻有天然金剛(gāng)石的(de)幾十分之一至(zhì)十幾分之(zhī)一。

pcd刀具無法磨(mó)出極(jí)其鋒(fēng)利的(de)刃口，加工的工(gōng)件表面(miàn)質量也(yě)不如(rú)天然(rán)金剛(gāng)石，現在工業中(zhōng)還不能方(fāng)便地(dì)制造帶(dài)有(yǒu)斷屑(xiè)槽的(de)pcd刀片。因此(cǐ)，pcd隻能(néng)用于有色金(jīn)屬和非金屬(shǔ)的精切(qiē)，很難(nán)達(dá)到超精密(mì)鏡面(miàn)切削。

③ cvd金剛石刀(dāo)具：自從20世紀70年(nián)代末至80年代初(chū)，cvd金剛石技(jì)術在日本出現。cvd金剛(gāng)石是指(zhǐ)用(yòng)化學氣相(xiàng)沉積法(cvd)在異質基體(tǐ)(如硬質合金(jīn)、陶瓷等)上合成金(jīn)剛石膜，cvd金剛石(shí)具有(yǒu)與天(tiān)然金剛石(shí)完(wán)全相同的結(jié)構和特性。

cvd金剛(gāng)石的(de)性能與天(tiān)然金剛石相比(bǐ)十分(fèn)接近(jìn)，兼有(yǒu)天然單(dān)晶金剛(gāng)石和聚(jù)晶(jīng)金(jīn)剛石(pcd)的優點(diǎn)，在一定程(chéng)度(dù)上又克(kè)服了(le)它們(men)的不足。

⑵ 金剛石刀具(jù)的性能特(tè)點：

① 極(jí)高的硬度和耐(nài)磨性(xìng)：天然(rán)金剛(gāng)石是自然界已(yǐ)經發現的最硬(yìng)的物質(zhì)。金剛石(shí)具有(yǒu)極高的耐(nài)磨性(xìng)，加工(gōng)高硬度材料時，金剛(gāng)石刀(dāo)具的壽命(mìng)爲硬質合(hé)金刀(dāo)具的lo～100倍，甚(shèn)至高(gāo)達幾百(bǎi)倍(bèi)。

② 具有(yǒu)很低(dī)的(de)摩擦系數：金剛石與一(yī)些有色(sè)金(jīn)屬之(zhī)間的摩(mó)擦(cā)系數比其(qí)他刀具都(dōu)低，摩擦系數低(dī)，加工時變形小(xiǎo)，可減(jiǎn)小切削力(lì)。

③ 切削刃非(fēi)常鋒(fēng)利：金剛石(shí)刀具(jù)的切削刃可以(yǐ)磨得非常鋒利(lì)，天然單晶金剛(gāng)石刀具(jù)可(kě)高達(dá)0.002～0.008μm，能進行超薄切(qiē)削和超(chāo)精密加(jiā)工。

④ 具有很高的(de)導熱性能(néng)：金剛(gāng)石的導(dǎo)熱系數及熱擴(kuò)散率高(gāo)，切削(xuē)熱容(róng)易散(sàn)出，刀具切削部(bù)分溫(wēn)度低(dī)。

⑤ 具有(yǒu)較低的熱膨脹系數(shù)：金(jīn)剛石的(de)熱膨脹系數比(bǐ)硬質合金(jīn)小幾(jǐ)倍，由(yóu)切削(xuē)熱引(yǐn)起的(de)刀具尺寸(cùn)的變化很小，這對尺(chǐ)寸精度要求很高的(de)精密(mì)和超(chāo)精(jīng)密(mì)加工(gōng)來說尤爲(wèi)重要(yào)。

⑶ 金剛(gāng)石(shí)刀具的應用。

金剛(gāng)石刀(dāo)具(jù)多(duō)用于在高(gāo)速下對有色(sè)金屬及非(fēi)金(jīn)屬材(cái)料進(jìn)行精(jīng)細切(qiē)削及镗孔。适合(hé)加工(gōng)各(gè)種(zhǒng)耐磨非金屬，如玻(bō)璃鋼粉末冶(yě)金毛(máo)坯，陶瓷材料等(děng);各種耐磨(mó)有色(sè)金屬(shǔ)，如各種矽(xī)鋁合金;各種有色金屬光整加(jiā)工。

金剛石(shí)刀具(jù)的不(bú)足(zú)之處是(shì)熱(rè)穩(wěn)定性(xìng)較差(chà)，切削(xuē)溫度超(chāo)過(guò)700℃～800℃時，就(jiù)會完全失去其(qí)硬度;此外(wài)，它不适(shì)于切削黑色金屬，因爲(wèi)金剛石(碳)在(zài)高溫下(xià)容易(yì)與鐵(tiě)原子(zǐ)作用，使碳(tàn)原子(zǐ)轉化爲石(shí)墨結構(gòu)，刀具極(jí)易損(sǔn)壞。

2.立方氮化硼刀具(jù)材料(liào)的種類、性能和(hé)特點及(jí)刀具應(yīng)用

用與金(jīn)剛石(shí)制造方法相似的方(fāng)法(fǎ)合成的(de)第二種超硬材料—立(lì)方(fāng)氮化硼(péng)(cbn)，在硬度和熱導(dǎo)率方面僅次于(yú)金剛石，熱(rè)穩定(dìng)性極好，在(zài)大氣(qì)中加熱至10000c也不發生氧化。cbn對于(yú)黑色金屬(shǔ)具(jù)有極爲(wèi)穩(wěn)定的化(huà)學性能(néng)，可(kě)以廣(guǎng)泛用(yòng)于鋼鐵制(zhì)品的加工(gōng)。

⑴ 立方(fāng)氮化硼刀具的(de)種類

立方氮化(huà)硼(cbn)是(shì)自然界中(zhōng)不存在的物質，有單晶體和多(duō)晶體(tǐ)之分(fèn)，即cbn單(dān)晶和(hé)聚晶立方(fāng)氮化(huà)硼(polycrystalline cubic bornnitride，簡稱pcbn)。cbn是(shì)氮化(huà)硼(bn)的(de)同素異構體之(zhī)一，結(jié)構與金(jīn)剛石相(xiàng)似。

pcbn(聚晶立(lì)方氮(dàn)化硼)是在高溫(wēn)高壓下将微細的cbn材(cái)料(liào)通過結(jié)合相(tic、tin、al、ti等)燒結在一起的多晶材(cái)料，是目(mù)前(qián)利用人工(gōng)合成的硬(yìng)度僅次于(yú)金剛(gāng)石的(de)刀具(jù)材料(liào)，它與(yǔ)金剛(gāng)石統(tǒng)稱爲超硬(yìng)刀具(jù)材料。pcbn主(zhǔ)要(yào)用于制(zhì)作刀具或其(qí)他工具(jù)。

pcbn刀(dāo)具(jù)可分爲整體pcbn刀片(piàn)和與硬質(zhì)合金複合燒結(jié)的pcbn複(fú)合(hé)刀片。

pcbn複合刀(dāo)片是(shì)在強度和(hé)韌性較好(hǎo)的硬(yìng)質合金(jīn)上燒結一層(céng)o.5～1.0mm厚的pcbn而成的，其(qí)性能(néng)兼有(yǒu)較好(hǎo)的韌性和(hé)較高的硬(yìng)度及(jí)耐磨性(xìng)，它(tā)解決(jué)了cbn刀片抗彎強度(dù)低和(hé)焊接困(kùn)難等問(wèn)題。

⑵ 立方氮化硼的(de)主要(yào)性能、特(tè)點(diǎn)

立方(fāng)氮化(huà)硼(péng)的硬度(dù)雖略(luè)次于金剛(gāng)石，但卻(què)遠遠高于其他高(gāo)硬度材料。cbn的突(tū)出優(yōu)點是(shì)熱穩定性(xìng)比金剛石高得(dé)多，可達1200℃以上(shàng)(金(jīn)剛石爲700～800℃)，另一個突出優(yōu)點是化(huà)學惰性(xìng)大，與鐵(tiě)元素(sù)在1200～1300℃下也不(bú)起化學反應(yīng)。立方氮化硼(péng)的主(zhǔ)要性能特(tè)點如下。

① 高(gāo)的(de)硬度和(hé)耐磨性：cbn晶體結(jié)構與金剛(gāng)石相(xiàng)似，具(jù)有(yǒu)與(yǔ)金剛石相(xiàng)近的硬度和強度。pcbn特别适合(hé)于加工(gōng)從前(qián)隻能磨(mó)削的高硬度材料，能獲(huò)得較好的(de)工件表面(miàn)質量。

② 具有(yǒu)很高的(de)熱穩定(dìng)性：cbn的耐熱(rè)性可(kě)達1400～1500℃，比(bǐ)金剛(gāng)石的耐熱性(700～800℃)幾乎高(gāo)l倍。pcbn刀(dāo)具可(kě)用比硬質合金刀具(jù)高3～5倍的速度(dù)高速切削高(gāo)溫合(hé)金和淬(cuì)硬(yìng)鋼。

③ 優良的(de)化學(xué)穩定(dìng)性：與鐵系(xì)材料到1200—1300℃時也不起化(huà)學作用，不(bú)會像(xiàng)金剛(gāng)石那樣急劇磨損，這時它(tā)仍能保持硬質(zhì)合金的硬度;pcbn刀(dāo)具适(shì)合于切削(xuē)淬火鋼零件和(hé)冷硬鑄鐵，可廣(guǎng)泛應用于(yú)鑄鐵的高速切削。

④ 具有較好的(de)熱導(dǎo)性：cbn的熱(rè)導性雖(suī)然趕(gǎn)不上金剛(gāng)石，但(dàn)是在各類(lèi)刀具材(cái)料(liào)中pcbn的熱導性僅(jǐn)次于(yú)金剛石(shí)，遠(yuǎn)高于(yú)高速鋼和硬質(zhì)合金

⑤ 具有(yǒu)較低(dī)的摩擦(cā)系數：低(dī)的摩擦系(xì)數可(kě)導緻切削時切(qiē)削力減小，切削(xuē)溫度降低，加工(gōng)表面(miàn)質量(liàng)提高(gāo)。

⑶ 立方(fāng)氮化硼刀(dāo)具應用：

立方氮(dàn)化硼(péng)适于(yú)用來(lái)精加工各種淬(cuì)火鋼、硬鑄鐵、高溫合金、硬(yìng)質合(hé)金、表面(miàn)噴塗材(cái)料等難切削材料。加工(gōng)精(jīng)度可(kě)達it5(孔爲it6)，表面粗(cū)糙度值可(kě)小至(zhì)ra1.25～0.20μm。

立方(fāng)氮化硼刀具材(cái)料韌性和(hé)抗(kàng)彎強(qiáng)度較差(chà)。因此，立(lì)方氮化(huà)硼車(chē)刀不宜用(yòng)于低速(sù)、沖(chòng)擊載(zǎi)荷大的粗加工(gōng);同時不适合切(qiē)削塑性(xìng)大的材料(如鋁合(hé)金、銅(tóng)合金、鎳(niè)基(jī)合金、塑性(xìng)大的(de)鋼等(děng))，因爲切削這些金屬(shǔ)時會(huì)産生嚴重的積(jī)屑瘤，而使(shǐ)加(jiā)工表面(miàn)惡化。

3.陶(táo)瓷(cí)刀具(jù)材料(liào)的種(zhǒng)類、性(xìng)能和(hé)特點(diǎn)及刀(dāo)具應用

陶瓷刀(dāo)具具有(yǒu)硬(yìng)度高、耐磨(mó)性能好、耐(nài)熱性和化學穩(wěn)定性(xìng)優良等特(tè)點，且(qiě)不易(yì)與金屬産(chǎn)生(shēng)粘接。陶(táo)瓷刀具在數控加工中占有十(shí)分重要的地位(wèi)，陶瓷(cí)刀具已成(chéng)爲高速切削及(jí)難加工材料加(jiā)工的主要刀具(jù)之一。陶瓷(cí)刀具(jù)廣泛(fàn)應(yīng)用(yòng)于高(gāo)速切削、幹(gàn)切削(xuē)、硬切削以(yǐ)及難(nán)加工(gōng)材料的切(qiē)削加工。陶(táo)瓷刀(dāo)具可(kě)以高效加(jiā)工傳(chuán)統刀具根(gēn)本不(bú)能加工的(de)高硬材料，實現“以車(chē)代磨”;陶瓷(cí)刀具(jù)的切(qiē)削速(sù)度可(kě)以(yǐ)比硬質(zhì)合金(jīn)刀具高2～lo倍(bèi)，從而大大提高(gāo)了切削加(jiā)工生(shēng)産效(xiào)率;陶瓷刀(dāo)具材料使用的(de)主要(yào)原料是地(dì)殼中最(zuì)豐富的元素(sù)，因此，陶瓷(cí)刀具的推(tuī)廣應(yīng)用對(duì)提高(gāo)生産(chǎn)率、降(jiàng)低加(jiā)工成(chéng)本、節省戰略性(xìng)貴重金屬具有十分重(zhòng)要的意(yì)義，也将(jiāng)極大促(cù)進切削技術的(de)進(jìn)步(bù)。

⑴ 陶(táo)瓷(cí)刀具材料的種類

陶(táo)瓷刀具材(cái)料種類一般(bān)可分爲(wèi)氧化鋁基陶瓷(cí)、氮化矽基陶瓷(cí)、複合氮化(huà)矽一氧化鋁基陶瓷三大類(lèi)。其中以(yǐ)氧化(huà)鋁(lǚ)基(jī)和氮(dàn)化矽基(jī)陶(táo)瓷刀(dāo)具材料應用最(zuì)爲廣(guǎng)泛。氮(dàn)化矽(xī)基陶(táo)瓷的性能更優越(yuè)于(yú)氧化鋁基(jī)陶瓷.

⑵ 陶瓷(cí)刀具的性(xìng)能、特點

陶(táo)瓷刀具的(de)性能特(tè)點(diǎn)如下：

① 硬度(dù)高、耐(nài)磨性(xìng)能(néng)好：陶瓷刀具(jù)的硬度雖(suī)然不(bú)及pcd和pcbn高，但大大(dà)高于(yú)硬(yìng)質(zhì)合金(jīn)和高(gāo)速鋼刀具，達到93-95hra。陶瓷刀具(jù)可以加工傳統刀具難以加工(gōng)的高硬(yìng)材料，适合于高速切削(xuē)和硬切削。

② 耐高(gāo)溫、耐熱性好：陶瓷刀具(jù)在(zài)1200℃以上(shàng)的高溫(wēn)下(xià)仍能(néng)進行(háng)切削。陶瓷(cí)刀具具有很好(hǎo)的高溫力(lì)學性(xìng)能， a12o3陶瓷刀具的(de)抗氧化性(xìng)能特别好，切削刃即使處于(yú)赤熱狀(zhuàng)态，也(yě)能連續使用。因(yīn)此(cǐ)，陶瓷刀(dāo)具可以實現幹(gàn)切削(xuē)，從而可省去切削液。

③ 化學(xué)穩定性好：陶瓷(cí)刀具(jù)不易(yì)與金屬産生粘(zhān)接，且耐腐(fǔ)蝕、化學穩定性好，可減小(xiǎo)刀具(jù)的粘接磨(mó)損。

④ 摩擦(cā)系(xì)數低(dī)：陶瓷(cí)刀具與金屬的親(qīn)合(hé)力小，摩擦(cā)系數低，可(kě)降低切削(xuē)力(lì)和(hé)切削溫度。

⑶ 陶瓷(cí)刀具有(yǒu)應(yīng)用

陶瓷是主要用于(yú)高速精加工和(hé)半精(jīng)加工(gōng)的刀(dāo)具材料之一。陶(táo)瓷刀具(jù)适用于(yú)切削加工各種(zhǒng)鑄鐵(灰(huī)鑄鐵、球(qiú)墨鑄鐵(tiě)、可(kě)鍛(duàn)鑄(zhù)鐵、冷硬鑄(zhù)鐵、高(gāo)合金耐磨鑄鐵(tiě))和鋼材(cái)(碳素結構鋼、合(hé)金結構(gòu)鋼、高強度(dù)鋼、高(gāo)錳鋼、淬(cuì)火(huǒ)鋼等)，也可(kě)用(yòng)來切削(xuē)銅合金、石墨、工(gōng)程塑料和複合(hé)材料。

陶(táo)瓷刀具(jù)材料(liào)性能(néng)上存(cún)在着(zhe)抗(kàng)彎強度(dù)低、沖擊韌(rèn)性差(chà)問題，不适于在(zài)低速(sù)、沖擊負荷(hé)下切削(xuē)。

4.塗層刀(dāo)具材料的性能和特點及刀具(jù)的應(yīng)用

對刀具(jù)進行塗層(céng)處理(lǐ)是提(tí)高刀(dāo)具性(xìng)能的重(zhòng)要途徑(jìng)之一(yī)。塗層刀具(jù)的出現，使(shǐ)刀具(jù)切削(xuē)性能(néng)有了重大突(tū)破(pò)。塗層(céng)刀具(jù)是(shì)在韌性(xìng)較好刀體上，塗(tú)覆一層或多層(céng)耐磨性好(hǎo)的難熔化合物(wù)，它将刀具(jù)基體(tǐ)與硬質塗(tú)層相結合(hé)，從而使刀具性能大大提高。塗(tú)層刀(dāo)具可(kě)以提高加工效率、提(tí)高加工精度、延長刀(dāo)具(jù)使用壽(shòu)命、降低加(jiā)工成(chéng)本。

新(xīn)型(xíng)數控機床所(suǒ)用切削刀(dāo)具中(zhōng)有80%左(zuǒ)右使用(yòng)塗層刀(dāo)具。塗(tú)層刀具将是今(jīn)後數控加工領(lǐng)域中(zhōng)最重要的刀具品(pǐn)種(zhǒng)。

⑴ 塗層刀(dāo)具的(de)種類

根(gēn)據塗層方法不(bú)同，塗(tú)層刀具可分爲(wèi)化(huà)學(xué)氣相沉積(cvd)塗層(céng)刀具(jù)和物(wù)理(lǐ)氣(qì)相沉(chén)積(pvd)塗層刀具。塗(tú)層硬質合金刀(dāo)具一般(bān)采用化(huà)學氣(qì)相沉積法，沉積(jī)溫度在1000℃左(zuǒ)右。塗層高(gāo)速鋼刀具一般采用(yòng)物理氣(qì)相(xiàng)沉積(jī)法，沉(chén)積溫(wēn)度在(zài)500℃左右;

根據塗層(céng)刀具(jù)基體(tǐ)材料(liào)的不同，塗層刀(dāo)具可分(fèn)爲(wèi)硬質(zhì)合金(jīn)塗層(céng)刀具(jù)、高(gāo)速鋼塗層刀(dāo)具、以及在陶瓷(cí)和超(chāo)硬材(cái)料(金(jīn)剛石和(hé)立(lì)方氮(dàn)化硼(péng))上(shàng)的塗層(céng)刀具等。

根據塗(tú)層材(cái)料的性質(zhì)，塗層刀具(jù)又可分爲兩大類，即(jí)“硬”塗層刀(dāo)具和(hé) ‘軟”塗層刀具。“硬(yìng)”塗層刀具追(zhuī)求(qiú)的主要目(mù)标是(shì)高的硬度和耐磨性，其主要優(yōu)點是硬度(dù)高、耐(nài)磨性(xìng)能好，典型(xíng)的是tic和tin塗(tú)層。“軟(ruǎn)”塗層刀具追求(qiú)的目(mù)标是低摩(mó)擦系(xì)數(shù)，也稱爲(wèi)自潤(rùn)滑刀具，它與工件材料的(de)摩擦(cā)系(xì)數(shù)很低，隻有0.1左右(yòu)，可減(jiǎn)小粘(zhān)接(jiē)，減(jiǎn)輕摩(mó)擦，降低切削力(lì)和切削溫(wēn)度。

最近開發了納米(mǐ)塗層(céng) (nanoeoating)刀具。這種(zhǒng)塗(tú)層(céng)刀(dāo)具可采(cǎi)用多種塗層材(cái)料的不同組合 (如金屬/金屬、金屬/陶瓷、陶瓷/陶(táo)瓷等)，以滿(mǎn)足不同的(de)功(gōng)能和性(xìng)能要求(qiú)。設計合理的(de)納米塗層(céng)可使刀(dāo)具材料具有優(yōu)異的減(jiǎn)摩抗磨功能和自潤(rùn)滑性(xìng)能，适合于高速幹切(qiē)削。

⑵ 塗層刀具的(de)特(tè)點

塗(tú)層(céng)刀具(jù)的性(xìng)能(néng)特點如(rú)下：

① 力(lì)學和(hé)切削性能好：塗層刀(dāo)具将基(jī)體(tǐ)材料(liào)和塗(tú)層材料的(de)優良性能結(jié)合(hé)起來，既(jì)保(bǎo)持了(le)基體良(liáng)好的韌(rèn)性和(hé)較高的強(qiáng)度(dù)，又具有塗層(céng)的高硬度(dù)、高耐(nài)磨性和低(dī)摩擦系數(shù)。因(yīn)此，塗層(céng)刀具(jù)的切削速(sù)度(dù)比未(wèi)塗層刀(dāo)具可提高2倍以上，并允許有較(jiào)高的進(jìn)給量。塗層刀(dāo)具的壽命(mìng)也得到提高。

② 通(tōng)用性強：塗(tú)層刀(dāo)具通用性廣，加(jiā)工範圍明顯擴(kuò)大，一(yī)種(zhǒng)塗(tú)層刀(dāo)具(jù)可以代(dài)替數(shù)種非(fēi)塗層刀具(jù)使用。

③ 塗層厚度(dù)：随塗層(céng)厚(hòu)度的增加刀具壽命(mìng)也會(huì)增加，但當塗層厚度達到(dào)飽和，刀具(jù)壽命不再(zài)增加。塗層(céng)太厚時，易引起剝離;塗層太薄(báo)時，則耐磨性能(néng)差。

④ 重磨性：塗層(céng)刀片(piàn)重(zhòng)磨(mó)性差(chà)、塗層(céng)設備複雜(zá)、工藝要(yào)求高、塗(tú)層時間長。

⑤ 塗(tú)層(céng)材料(liào)：不同(tóng)塗層(céng)材料的刀具，切(qiē)削性能不一樣。如：低速切(qiē)削時(shí)，tic塗層占(zhàn)有優勢(shì);高速切削時，tin 較(jiào)合适(shì)。

⑶ 塗(tú)層刀具(jù)的應(yīng)用

塗層刀(dāo)具(jù)在數控加工(gōng)領域(yù)有(yǒu)巨大潛(qián)力，将是今(jīn)後數(shù)控加工領域中(zhōng)最重(zhòng)要的刀具(jù)品種(zhǒng)。塗層技術(shù)已應(yīng)用于立銑(xǐ)刀、鉸(jiǎo)刀、鑽頭、複合孔加工刀具、齒輪(lún)滾刀、插齒(chǐ)刀、剃齒刀、成形(xíng)拉刀(dāo)及各種機(jī)夾可轉位(wèi)刀片，滿足(zú)高(gāo)速切削(xuē)加工各(gè)種鋼和(hé)鑄(zhù)鐵(tiě)、耐熱合金(jīn)和有(yǒu)色金(jīn)屬等材料的(de)需(xū)要。

5.硬質合金(jīn)刀具材料的(de)種類、性能(néng)和(hé)特(tè)點及應用

硬質合金刀具(jù)，特别是可轉位硬質合金刀具，是數控加工刀(dāo)具的主(zhǔ)導産品(pǐn),20世紀80年代以來(lái)，各種(zhǒng)整體式和(hé)可轉(zhuǎn)位(wèi)式硬質(zhì)合金(jīn)刀具或刀(dāo)片的品種已經擴展(zhǎn)到各種切(qiē)削刀(dāo)具領(lǐng)域，其(qí)中可(kě)轉位硬質合金(jīn)刀(dāo)具(jù)由簡單的車刀、面銑(xǐ)刀擴大到各種(zhǒng)精密(mì)、複雜、成形(xíng)刀具領(lǐng)域。

⑴ 硬質合金刀具的種(zhǒng)類

按主要(yào)化學(xué)成分(fèn)區分，硬質(zhì)合金可分爲碳(tàn)化鎢基(jī)硬質合(hé)金和碳(tàn)(氮)化钛(tài)(tic(n))基硬質合金。

碳(tàn)化鎢基硬(yìng)質合金包括鎢钴類(lèi)(yg)、鎢钴(gǔ)钛(tài)類(lèi)(yt)、添加稀有(yǒu)碳化物類(lèi)(yw)三(sān)類，它們各有(yǒu)優缺點，主要成(chéng)分爲碳化鎢 (wc)、碳化钛(tic)、碳(tàn)化(huà)钽(tac)、碳化铌(nbc)等，常用的金(jīn)屬粘接相是(shì)co。

碳(氮)化钛基硬(yìng)質合金是以tic爲(wèi)主要成(chéng)分(有些加入了(le)其(qí)他碳(tàn)化(huà)物(wù)或氮(dàn)化物(wù))的硬質(zhì)合金，常(cháng)用的金(jīn)屬(shǔ)粘接(jiē)相是mo和(hé)ni。

iso(國際标準化組織(zhī))将切削用硬質合金(jīn)分爲三類(lèi)：

k類(lèi)，包(bāo)括kl0～k40，相當(dāng)于(yú)我國(guó)的yg類(主要成分爲wc.co)。

p類(lèi)，包括p01～p50，相當于我國的yt類(主要成(chéng)分爲wc.tic.co)。

m類，包(bāo)括m10～m40，相當于(yú)我國(guó)的yw類(主要成分爲wc-tic-tac(nbc)-co)。

各個(gè)牌(pái)号分(fèn)别(bié)以(yǐ)01～50之間的數(shù)字表示從高(gāo)硬度到最大韌性(xìng)之間的一系列(liè)合金。 ⑵ 硬(yìng)質合金(jīn)刀具的性(xìng)能特點

硬質合金(jīn)刀具的性能特點(diǎn)如下：

① 高硬度：硬質合金刀具是由硬度和熔點(diǎn)很高的(de)碳(tàn)化物(wù)(稱硬質相)和金(jīn)屬粘結(jié)劑(稱粘(zhān)接相(xiàng))經粉末冶(yě)金方法而(ér)制成(chéng)的，其硬度達89～93hra，遠(yuǎn)高于(yú)高速(sù)鋼，在(zài)5400c時，硬度仍可達(dá)82～87hra，與高(gāo)速鋼常溫時硬度(83～86hra)相同。硬(yìng)質合金的硬(yìng)度(dù)值随碳化物的(de)性質(zhì)、數(shù)量(liàng)、粒度(dù)和金屬粘接相(xiàng)的含量而(ér)變化(huà)，一般随粘(zhān)接(jiē)金(jīn)屬相含量(liàng)的增多而降(jiàng)低。在粘接相含量相同時，yt類(lèi)合金(jīn)的硬(yìng)度高于yg類合金，添加(jiā)tac(nbc)的(de)合金具(jù)有較高的(de)高溫(wēn)硬度(dù)。

② 抗彎(wān)強度和(hé)韌(rèn)性：常(cháng)用硬(yìng)質合金的抗彎(wān)強度在(zài)900～1500mpa範(fàn)圍内。金屬粘接相含(hán)量越高，則(zé)抗彎(wān)強度(dù)也就(jiù)越高(gāo)。當粘(zhān)接劑含量(liàng)相同時，yg類(lèi)(wc-co)合金(jīn)的強度高(gāo)于yt類(lèi)(wc-tic-co)合金，并(bìng)随着tic含(hán)量的(de)增加(jiā)，強度降低。硬質合金(jīn)是脆性(xìng)材(cái)料，常溫下其(qí)沖擊韌(rèn)度僅爲高速鋼的(de)1/30～1/8。

⑶ 常(cháng)用硬質合(hé)金刀具的應用(yòng)

yg類合金主要用(yòng)于加工(gōng)鑄(zhù)鐵、有色金(jīn)屬和非金(jīn)屬材料(liào)。細晶粒(lì)硬質(zhì)合金(如yg3x、yg6x)在(zài)含钴量相同時(shí)比中晶(jīng)粒(lì)的硬(yìng)度和(hé)耐磨性要高些，适用于加(jiā)工一(yī)些特殊的(de)硬鑄(zhù)鐵(tiě)、奧氏體不鏽鋼、耐熱合(hé)金、钛(tài)合金(jīn)、硬青銅(tóng)和耐磨的絕緣材料等。

yt類(lèi)硬(yìng)質合金的(de)突出(chū)優點是硬度高、耐熱性(xìng)好、高溫時的硬度和抗(kàng)壓強度比yg類高、抗氧(yǎng)化性能好(hǎo)。因此，當要求刀具有較高的耐熱性及(jí)耐磨性(xìng)時，應選用(yòng)tic含量(liàng)較高(gāo)的牌号。yt類(lèi)合金适(shì)合于加(jiā)工塑性材料如鋼材(cái)，但不宜加(jiā)工钛合金、矽鋁合金(jīn)。

yw類合金兼(jiān)具yg、yt類合金的性能，綜合性能好，它既可(kě)用(yòng)于加工鋼料，又可用(yòng)于加工(gōng)鑄鐵和有色(sè)金(jīn)屬。這類(lèi)合金(jīn)如适當增(zēng)加(jiā)钴含量，強度(dù)可很高(gāo)，可用于各種(zhǒng)難加(jiā)工材(cái)料的粗加(jiā)工和(hé)斷續切削(xuē)。

6.高速(sù)鋼刀具的種類(lèi)和特(tè)點及應用(yòng)

高速鋼(high speed steel，簡(jiǎn)稱hss)是一種加入(rù)了較(jiào)多的w、mo、cr、v等(děng)合金元(yuán)素(sù)的(de)高合金工(gōng)具鋼。高(gāo)速鋼(gāng)刀具在強(qiáng)度、韌性及工(gōng)藝性(xìng)等方面具(jù)有優(yōu)良的綜合性(xìng)能，在複(fú)雜刀具，尤其是(shì)制造孔加(jiā)工刀(dāo)具、銑(xǐ)刀、螺紋刀(dāo)具、拉刀、切(qiē)齒刀具等(děng)一些刃形(xíng)複雜刀具，高速鋼仍占據主要(yào)地位(wèi)。高速(sù)鋼刀(dāo)具易(yì)于磨出鋒(fēng)利(lì)的切削刃。

按(àn)用途不同，高速(sù)鋼可分爲(wèi)通用(yòng)型高速鋼和高性能高(gāo)速鋼。

⑴ 通(tōng)用(yòng)型高速(sù)鋼刀(dāo)具

通用(yòng)型高速(sù)鋼。一般(bān)可分鎢(wū)鋼、鎢钼(mù)鋼(gāng)兩類。這類(lèi)高速鋼含(hán)加(c)爲0.7%～0.9%。按鋼(gāng)中含鎢量(liàng)的(de)不同，可分爲(wèi)含w爲(wèi)12%或18%的(de)鎢鋼，含w爲6%或8%的(de)鎢钼系(xì)鋼(gāng)，含w爲(wèi)2%或不(bú)含w的(de)钼鋼(gāng)。通用型高(gāo)速鋼(gāng)具有(yǒu)一(yī)定(dìng)的硬(yìng)度(63-66hrc)和耐(nài)磨性、高(gāo)的強度和韌性(xìng)、良好的塑性和(hé)加工(gōng)工藝(yì)性，因(yīn)此用于制(zhì)造各種複雜(zá)刀具。

① 鎢(wū)鋼：通用(yòng)型高速鋼鎢鋼的典型(xíng)牌号爲w18cr4v，(簡(jiǎn)稱w18)，具有較(jiào)好的(de)綜合(hé)性能，在6000c 時的高(gāo)溫硬度爲48.5hrc，可用(yòng)于制造各種複雜刀具。它有可(kě)磨削性好(hǎo)、脫碳(tàn)敏感性小等優點，但(dàn)由于(yú)碳化(huà)物含(hán)量較高，分(fèn)布較不均勻，顆(kē)粒較(jiào)大(dà)，強(qiáng)度和(hé)韌性不高(gāo)。

② 鎢钼鋼：是指(zhǐ)将鎢鋼(gāng)中的一部分鎢(wū)用钼代替所獲得的一種(zhǒng)高速鋼。鎢钼鋼(gāng)的典型牌号是w6mo5cr4v2，(簡稱(chēng)m2)。m2的碳化物顆粒(lì)細小均(jun1)勻(yún)，強度、韌性和高溫塑性都比w18cr4v好。另一種鎢(wū)钼(mù)鋼爲w9mo3cr4v(簡(jiǎn)稱w9)，其熱(rè)穩(wěn)定性(xìng)略高于m2鋼，抗(kàng)彎(wān)強度和韌(rèn)性都(dōu)比w6m05cr4v2好，具有良好(hǎo)的可加工性能。

⑵ 高性能高速鋼(gāng)刀具

高性能高速鋼是指在通(tōng)用型高速(sù)鋼成(chéng)分中再增加一(yī)些含碳量(liàng)、含釩(fán)量及(jí)添加(jiā)co、al等合(hé)金元素的(de)新鋼種，從(cóng)而可(kě)提高(gāo)它的(de)耐熱(rè)性和(hé)耐磨(mó)性。主要有(yǒu)以下幾大(dà)類：

① 高(gāo)碳高(gāo)速鋼(gāng)。高碳高速鋼(gāng)(如95w18cr4v)，常溫和高(gāo)溫(wēn)硬度較(jiào)高，适于制造加工普通鋼和鑄(zhù)鐵、耐磨性(xìng)要求較高的(de)鑽頭、鉸(jiǎo)刀、絲錐和銑刀(dāo)等或加工較硬(yìng)材料的刀具，不宜承受大的沖(chòng)擊。

② 高釩高速鋼(gāng)。典型牌号，如，w12cr4v4mo，(簡稱ev4)，含v提高(gāo)到3%一(yī)5%，耐磨性(xìng)好，适合(hé)切削對刀(dāo)具磨(mó)損極大的(de)材料，如纖(xiān)維、硬(yìng)橡膠(jiāo)、塑(sù)料等，也(yě)可用(yòng)于加(jiā)工不鏽鋼(gāng)、高強(qiáng)度鋼(gāng)和高溫合金等(děng)材料(liào)。

③ 钴高速鋼。屬含(hán)钴超硬高(gāo)速鋼(gāng)，典型牌号，如，w2mo9cr4vco8 ，(簡(jiǎn)稱m42)，有很高(gāo)的硬(yìng)度，其(qí)硬度可達(dá)69-70hrc，适合于(yú)加工高(gāo)強度(dù)耐熱鋼、高(gāo)溫合金、钛合金(jīn)等難加工材料(liào)，m42可磨削性(xìng)好，适于制(zhì)作精密複(fú)雜刀具，但(dàn)不宜在沖(chòng)擊切削條件下工(gōng)作。

④ 鋁高速鋼(gāng)。屬(shǔ)含(hán)鋁超(chāo)硬高速鋼，典型牌号，如，w6mo5cr4v2al，(簡(jiǎn)稱501)，6000c時(shí)的高溫硬(yìng)度(dù)也達到(dào)54hrc，切削(xuē)性能(néng)相當于(yú)m42，适(shì)宜制(zhì)造銑刀、鑽(zuàn)頭、鉸(jiǎo)刀、齒輪(lún)刀(dāo)具、拉(lā)刀等，用于加工(gōng)合金(jīn)鋼、不鏽鋼(gāng)、高強(qiáng)度鋼(gāng)和高(gāo)溫合(hé)金等材料(liào)。

⑤ 氮超硬高速鋼(gāng)。典型牌号(hào)，如，w12m03cr4v3n，簡稱(v3n)，屬含氮(dàn)超硬高速鋼(gāng)，硬(yìng)度、強(qiáng)度、韌(rèn)性與(yǔ)m42相當(dāng)，可作爲含(hán)钴高(gāo)速鋼(gāng)的替代品(pǐn)，用于低(dī)速切削(xuē)難加工材料和(hé)低速(sù)高(gāo)精加工。

⑶ 熔煉高速鋼和(hé)粉末冶金(jīn)高速(sù)鋼

按(àn)制(zhì)造(zào)工藝(yì)不同，高(gāo)速鋼可(kě)分爲(wèi)熔煉高速(sù)鋼(gāng)和粉末冶金(jīn)高速鋼。

① 熔煉高(gāo)速鋼：普通高速(sù)鋼和高(gāo)性能高(gāo)速鋼(gāng)都是(shì)用熔(róng)煉方法制(zhì)造的(de)。它們經過(guò)冶煉(liàn)、鑄錠和鍍軋等(děng)工藝制(zhì)成(chéng)刀具。熔煉(liàn)高速鋼容(róng)易出現的嚴重(zhòng)問題是碳化物(wù)偏析，硬而(ér)脆的碳化(huà)物(wù)在高速鋼中(zhōng)分布(bù)不均勻，且晶(jīng)粒(lì)粗大(dà) (可達幾十(shí)個微米)，對高速(sù)鋼刀(dāo)具的耐磨(mó)性、韌(rèn)性及切削性能産生不利(lì)影響(xiǎng)。

② 粉末(mò)冶(yě)金高速(sù)鋼(pm hss)：粉末冶(yě)金高(gāo)速鋼(pm hss)是将高頻(pín)感應爐熔煉出(chū)的鋼液，用高壓(yā)氩氣(qì)或純(chún)氮(dàn)氣使之霧化，再急(jí)冷而得到細小均勻(yún)的(de)結晶組(zǔ)織(高速鋼(gāng)粉末(mò))，再将(jiāng)所得的粉末在高溫(wēn)、高壓(yā)下壓制成刀坯(pī)，或先制成鋼坯(pī)再經(jīng)過鍛造、軋(zhá)制成刀具(jù)形狀。與熔融(róng)法制造的高速鋼(gāng)相比(bǐ)，pm hss具有優點(diǎn)是：碳(tàn)化物晶粒細小(xiǎo)均勻(yún),強度(dù)和韌(rèn)性、耐磨性(xìng)相對(duì)熔煉高速鋼都(dōu)提高(gāo)不少。在複(fú)雜數控刀具領(lǐng)域pm hss刀具将(jiāng)會進(jìn)一步發展(zhǎn)而占(zhàn)重要地位。典型(xíng)牌号(hào)，如f15、fr71、gfl、gf2、gf3、pt1 、pvn等，可用(yòng)來制造大(dà)尺寸(cùn)、承受重載(zǎi)、沖擊(jī)性大的刀(dāo)具，也(yě)可用(yòng)來(lái)制造精密刀具。

三. 數控刀具(jù)材料的選(xuǎn)用原則

目前廣(guǎng)泛應(yīng)用的數控(kòng)刀具材料(liào)主要(yào)有金(jīn)剛石刀具(jù)、立方氮化(huà)硼刀(dāo)具、陶瓷刀(dāo)具、塗(tú)層刀具(jù)、硬(yìng)質合(hé)金刀具和高速(sù)鋼刀具等。刀具(jù)材料(liào)總牌号多(duō)，其性能相(xiàng)差很大。如下表

各種(zhǒng)刀具材料的主(zhǔ)要性(xìng)能指(zhǐ)标。