2.2.1切削加工的基本知識

金屬切削刀具

機(jī)械制造系統(tǒng)：單臺加工設(shè)備或加工中心；多臺加工設(shè)備、工具和輔助系統(tǒng)組成的制造單元。輸入：毛坯、刀具、夾具、量具等；經(jīng)儲運(yùn)、加工、檢驗輸出：成品或半成品。機(jī)械加工工藝系統(tǒng)：是機(jī)械制造系統(tǒng)的一部分，由機(jī)床、夾具、刀具和工件四要素組成。金屬切削加工必須具備三個條件：刀具與工件之間要有相對運(yùn)動；刀具具有適當(dāng)?shù)膸缀螀?shù)，即切削角度等；刀具材料應(yīng)具有一定的切削性能。2.2.1切削加工的基本知識1.切削運(yùn)動刀具與工件間的相對運(yùn)動，即表面成形運(yùn)動。分1）主運(yùn)動是刀具與工件之間最主要的相對運(yùn)動，消耗功率最大，速度最高。有且僅有一個。運(yùn)動形式：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，如車削、鏜削的主軸運(yùn)動，直線運(yùn)動，如刨削、拉削的刀具運(yùn)動；運(yùn)動主體：工件，如車削，

刀具，如銑削。2）進(jìn)給運(yùn)動使新切削層不斷投入切削。速度較低，消耗功率較少。運(yùn)動形式：

旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、直線運(yùn)動或兩者組合。連續(xù)的，如車削；間歇的，如刨削。一個運(yùn)動，如鉆削；多個運(yùn)動，如車削時的縱向與橫向進(jìn)給運(yùn)動；沒有進(jìn)給運(yùn)動，如拉削。運(yùn)動主體：

工件，如銑削、磨削，

刀具，如車削、鉆削。1.切削運(yùn)動1.切削運(yùn)動3）合成切削運(yùn)動Ve主運(yùn)動與進(jìn)給運(yùn)動同時進(jìn)行時，刀具切削刃上一點(diǎn)相對工件的運(yùn)動。

合成速度向量等于主運(yùn)動速度與進(jìn)給運(yùn)動速度的向量和。Ve=Vc+Vf

切削過程中，工件上有三個不斷變化的表面，如圖。待加工表面工件上即將被切除的表面。過渡表面正被切削的表面。下一切削行程將被切除。己加工表面切削后形成的新表面。2.切削時的工件表面3.切削用量

切削用量即切削三要素：切削速度、進(jìn)給量和切削深度。

1）切削速度Vc

指切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的主運(yùn)動的瞬時速度。各點(diǎn)不同，取最大，m/s。主運(yùn)動為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(如車、鉆、銑、鏜、磨等)，Vc＝πnd/10d—刀具或工件的最大回轉(zhuǎn)直徑mm；

n—主運(yùn)動轉(zhuǎn)速r/s。3.切削用量2）進(jìn)給量f或進(jìn)給速度Vff—刀具在進(jìn)給運(yùn)動方向上相對工件的位移量。mm/r或mm/str。Vf—切削刃上選定點(diǎn)相對于工件的進(jìn)給運(yùn)動瞬時速度。mm/s。每齒進(jìn)給量fz：mm/z，多刃刀具，如銑刀，有z齒。

則Vf、fz與f的關(guān)系為：Vf=f·n=fz·z·n合成切削速度ve按平行四邊形法則求。3.切削用量3）切削深度ap

（背吃刀量）是工件上已加工表面與待加工表面間的垂直距離，mm。在與主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動方向所組成的平面的法線方向上度量。車外圓時：ap=(dw－dm)/2鉆孔時：ap=dw/2金屬切除率Q＝1000·Vc·f·apmm3/min即單位時間內(nèi)切除金屬的體積，衡量切削效率。4.切削層參數(shù)切削層：切削過程中，刀具相對于工件沿進(jìn)給運(yùn)動方向每移動f或fz時，一個刀齒切下的工件材料層。切削層參數(shù)公稱厚度hD在過渡表面法線方向度量，即相鄰兩過渡表面間距離。反映切削刃單位長度上的切削負(fù)荷。越小，單位負(fù)荷越小。公稱寬度bD沿過渡表面測量。反映切削刃參加切削的長度。越大，散熱越好。公稱橫截面積ADhD=fsinkr，bD=ap/sinkr，AD=hD*bD=fsinkr*ap/sinkr=f*ap假設(shè)：刀尖為主、副切削刃的實際交點(diǎn)，且λs＝0，Kr’=0，則切削層截面為平行四邊形；切削層參數(shù)測量平面為基面。4.切削層參數(shù)切削厚度

切削寬度

圖2-7切削層截面bDhD=ffdwDmapa）ΚrhDbD

=apb）c）殘留面積⊿A=名義切削層面積AD－實際切削層面積Ae即刀具副偏角Kr′≠0時，殘留在已加工表面上的不平部分面積。

公稱截面積AD=hD＊bD=f＊sinkr＊ap/sinkr=f＊ap切削刀具種類很多，形狀各異，但其切削部分都有共同的特征?？煽醋魇峭鈭A車刀的演變和組合。刀具由刀頭和刀體組成2.2.2刀具的幾何參數(shù)

圖2-47各種刀具切削部分形狀1.刀具切削部分的組成

車刀的結(jié)構(gòu)a）焊接式車刀b）整體式車刀c）機(jī)夾式車刀圖2-48車刀的結(jié)構(gòu)2.2.2刀具的幾何參數(shù)

1.刀具切削部分的組成

車刀由刀頭和刀桿組成。刀桿用于裝夾，刀頭用于切削。結(jié)構(gòu)形式有：

1.刀具切削部分的組成

2.2.2刀具的幾何參數(shù)

基本定義：前刀面Aγ

控制切屑流向。主后面Aα

與工件過渡表面相對。副后面Aα’

與工件已加工表面相對。主切削刃S

前刀面與主后面的交線。承擔(dān)主要切削工作。副切削刃S’

前刀面與副后面的交線。修光已加工表面。刀尖主、副切削刃交匯處。一小段直線或圓弧。由一尖二刃三面組成。2.2.2刀具的幾何參數(shù)2.刀具角度參考系：有2類

1)刀具標(biāo)注角度參考系：是刀具設(shè)計、標(biāo)注、刃磨和測量角度時的基準(zhǔn)；靜止參考系。

2)刀具工作角度參考系：是在實際切削運(yùn)動條件下確定刀具角度的基準(zhǔn)。建立刀具標(biāo)注角度參考系時，假定：

1)運(yùn)動條件：不考慮進(jìn)給運(yùn)動，用平行或垂直于主運(yùn)動方向的平面構(gòu)成參考系。主運(yùn)動方向與刀桿底面垂直，進(jìn)給運(yùn)動方向與刀桿中心線垂直。

2)安裝條件：刀尖與工件回轉(zhuǎn)軸線等高，刀桿中心線垂直于工件軸線。2.2.2刀具的幾何參數(shù)刀具標(biāo)注角度坐標(biāo)系主剖面參考系

主切削刃主后刀面前刀面副切削刃主剖面PoA切削平面Ps基面Pr圖2-49車刀標(biāo)注角度坐標(biāo)系1）基面Pr：過切削刃上選定點(diǎn)，以該點(diǎn)切削速度為法線。與刀具底面平行。2）切削平面Ps：過切削刃上選定點(diǎn)，與工件過渡表面相切，與基面垂直。3）主剖面Po：過切削刃上選定點(diǎn)，同時垂直于基面和切削平面。2.2.2刀具的幾何參數(shù)刀具標(biāo)注角度坐標(biāo)系正交平面參考系

1）基面Pr：過切削刃上選定點(diǎn)，以該點(diǎn)切削速度為法線。與刀具底面平行。2）切削平面Ps：過切削刃上選定點(diǎn)，與工件過渡表面相切，與基面垂直。3）正交平面Po：過切削刃上選定點(diǎn)，同時垂直于基面和切削平面。1）前角γo

在正交平面內(nèi)測量，前刀面與基面間夾角。有正、負(fù)和零。實體減小時為正。

前角增大，刀具鋒利，切削輕快。但過大，刀具強(qiáng)度下降，導(dǎo)熱體積減小，刀具壽命短。Aκr′A向f圖2-50車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsγ02.2.2刀具的幾何參數(shù)刀具角度標(biāo)注硬質(zhì)合金車刀切削鋼件，10～20°切削灰鑄鐵，5～15°；切削鋁及鋁合金，25～35°；切削高強(qiáng)度鋼，-5～-10°。Aκr′A向f圖2-50車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs2）后角αo

在正交平面內(nèi)測量，主后面與切削平面間夾角。為正值。作用：減小主后刀面與工件加工表面間的摩擦、主后刀面的磨損。過大，刀刃強(qiáng)度下降，導(dǎo)熱體積減小，主后刀面磨損加快。α02.2.2刀具的幾何參數(shù)

粗加工和承受沖擊載荷時，選小值4°～6°，保證強(qiáng)度；精加工時，選大值8°～12°，保證表面質(zhì)量。車刀常用主偏角有45、60、75、90°3）主偏角κr

在基面內(nèi)測量，主切削刃在基面的投影與進(jìn)給運(yùn)動方向的夾角。為正值。

κr小，參加切削的刃長增加，單位長度負(fù)荷小，刀尖強(qiáng)度大，散熱面積大，刀具壽命長。但吃刀抗力增大，工件剛性弱時，易變形和振動。2.2.2刀具的幾何參數(shù)Aκr′A向f圖2-50車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsκrκr′AA向f圖2-50車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs4）副偏角κr′

在基面內(nèi)測量，副切削刃在基面的投影與進(jìn)給運(yùn)動反方向的夾角。為正值。

作用：減小副切削刃與工件已加工面間的摩擦及振動。副偏角大，刀尖強(qiáng)度弱，已加工表面殘留面積大，粗糙度值大。2.2.2刀具的幾何參數(shù)κr′2.2.2刀具的幾何參數(shù)5）刃傾角λs在切削平面內(nèi)測量，主切削刃與基面間的夾角。有正、負(fù)和零。λs影響刀尖強(qiáng)度和切屑流動方向。粗加工時，取負(fù)值，增大刀尖強(qiáng)度；精加工時，取正值或零，為免切屑劃傷已加工表面。κr′AA向f圖2-50車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsa）b）c）圖2-51刃傾角對排屑方向的影響2.2.2刀具的幾何參數(shù)刀具工作角度◆刀具安裝對工作角度的影響圖2-52車刀安裝高度對工作角度的影響γre=γrα0e=α0a）α

0e＜α0b）α

0e＞α0c）γre＜γrγre＞γr

2.2.2刀具的幾何參數(shù)刀具工作角度

式中μ角是主運(yùn)動方向與合成切削速度方向間的夾角?！暨M(jìn)給運(yùn)動對工作角度的影響橫切（圖2-53）α0e=α0-μγ0e=γ0+μ

μγ0μPsPes圖2-53切斷刀的工作角度fxα0（2-8）2.2.2刀具的幾何參數(shù)（2-8a）

縱切（圖2-54）

在進(jìn)給剖面，有：將其換算到主剖面內(nèi)得到：在主剖面內(nèi)：（2-9）O—O圖2-54外圓車刀工作角度μffγoeαoeπdwμγooαμfoκrACAO

vf

B

C

B

f

O

dwαffeαγfγfe2.2.2刀具的幾何參數(shù)

刀桿安裝傾斜對工作角度的影響

2.2.2刀具的幾何參數(shù)

車刀刀桿與進(jìn)給方向不垂直時，工作主偏角kre和工作副偏角k’re將發(fā)生變化：；G—進(jìn)給運(yùn)動方向的垂線和刀桿中心線夾角。在基面內(nèi)測量。2.2.2刀具的幾何參數(shù)切削方式：1）自由切削與非自由切削自由切削：參加切削的主切削刃為直線。非自由切削：參加切削的主切削刃為曲線，主、副切削刃同時參加切削。2）正切削與斜切削正切削：λs＝0，切削刃與合成切削速度垂直斜切削：λs≠0，切削刃與合成切削速度不垂直。對刀具切削部分材料的要求1）高的硬度和耐磨性2）足夠的強(qiáng)度和韌性3）較好的熱硬性4）良好的工藝性5）經(jīng)濟(jì)性2.2.3刀具材料

2.2.3刀具材料2.2.3刀具材料

圖2-55

刀具材料的發(fā)展與切削加工高速化的關(guān)系切削速度（m/min）2000100050020010050201018001850190019502000年代碳素工具鋼合金工具鋼WC系硬質(zhì)合金高速鋼WC-TiC系硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金TiAlN涂層硬質(zhì)合金DLC涂層硬質(zhì)合金TiC-TiN金屬陶瓷聚晶立方氮化硼（PCBN）陶瓷聚晶金剛石（PCD）刀具材料的發(fā)展刀具材料種類很多，常用的有：工具鋼：碳素工具鋼（如T10A、T12A）、合金工具鋼（如9SiCr、CrWMn）和高速鋼，前兩者因耐熱性很差，僅用于手工工具；硬質(zhì)合金；陶瓷；(天然和人造)金剛石；立方氮化硼。2.2.3刀具材料

常用刀具材料◆高速鋼

高速鋼是一種加入了較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。

特點(diǎn)：1）強(qiáng)度高，抗彎強(qiáng)度為硬質(zhì)合金的2～3倍；2）韌性高，比硬質(zhì)合金高幾十倍；3）硬度HRC63以上，耐熱性較好；4）可加工性好，熱處理變形較小。

應(yīng)用：常用于制造各種復(fù)雜刀具（如鉆頭、絲錐、拉刀、成型刀具、齒輪刀具等）。2.2.3刀具材料

各類高速鋼刀具表2-9常用高速鋼牌號及其應(yīng)用范圍類別牌號主要用途1.普通高速鋼W18Cr4V廣泛用于制造鉆頭、絞刀、銑刀、拉刀、絲錐、齒輪刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等W14Cr4VmnRe用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等2.高性能高速鋼高碳95W18Cr4V用于制造對韌性要求不高，但對耐磨性要求較高的刀具高礬W12Cr4V4Mo用于制造形狀簡單，對耐磨性要求較高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造復(fù)雜刀具和難加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高強(qiáng)度耐熱鋼的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形狀簡單的刀具，如加工鐵基高溫合金的鉆頭W12Cr4V3Mo3Co5Si耐磨性、耐熱性好，用于制造加工高強(qiáng)度鋼的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作難加工材料的刀具，因其磨削性好可作復(fù)雜刀具，價格昂貴

2.2.3刀具材料

3.粉末冶金高速鋼工藝：用高壓氬氣或氮?dú)忪F化熔融的高速鋼水，得到細(xì)小粉末高溫下壓制成致密的鋼坯；鍛壓成材或刀具形狀。機(jī)械性能良好：強(qiáng)度和韌性分別是熔煉高速鋼的2倍和2.5～3倍；磨加工性能好；物理機(jī)械性能高度各向同性，淬火變形??；耐磨性能提高20％～30％。應(yīng)用：適合制造切削難加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滾刀、插齒刀）、精密刀具、磨加工量大的復(fù)雜刀具、高壓動載荷下使用的刀具等?！粲操|(zhì)合金

硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金屬粘結(jié)劑（如Co、Ni、Mo等）經(jīng)高壓成型后，再在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性都很高，允許的切削速度遠(yuǎn)高于高速鋼，且能切削諸如淬火鋼等硬材料。硬質(zhì)合金的不足是與高速鋼相比，其抗彎強(qiáng)度較低、脆性較大，抗振動和沖擊性能也較差。

硬質(zhì)合金因其切削性能優(yōu)良而被廣泛用來制作各種刀具。在我國，絕大多數(shù)車刀、面銑刀和深孔鉆都采用硬質(zhì)合金制造，目前，在一些較復(fù)雜的刀具上，如立銑刀、孔加工刀具等也開始應(yīng)用硬質(zhì)合金制造。2.2.3刀具材料

各類硬質(zhì)合金鋼刀具

超硬刀具材料包括天然金剛石、聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼三種。金剛石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非鐵金屬、耐磨材料和塑料，如鋁及鋁合金、黃銅、預(yù)燒結(jié)的硬質(zhì)合金和陶瓷、石墨、玻璃纖維、橡膠及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬鋼、噴涂材料、冷硬鑄鐵和耐熱合金等。天然金剛石是自然界最硬的材料，根據(jù)其質(zhì)量的不同，硬度范圍為HK8000～12000（HK，Knoop硬度，單位kgf/mm2），密度為3.48～3.56。由于天然金剛石是一種各向異性的單晶體，因此，在晶體上的取向不同，耐磨性及硬度也有差異，其耐熱性為700～800℃。天然金剛石的耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達(dá)0.01μm左右，刀具壽命可長達(dá)數(shù)百小時。但天然金剛石價格昂貴，因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求極高的零件的刀具，如加工磁盤、激光反射鏡、感光鼓、多面鏡等。金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。聚晶金剛石是由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，因此不存在各向異性，其硬度比天然金剛石低，為HK6500～8000，價格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成為當(dāng)前金剛石刀具的主要材料，可在大部分場合替代天然金剛石刀具。用等離子CVD法開發(fā)的金剛石涂層刀具，其基體材料為硬質(zhì)合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金剛石相同。由于可在形狀復(fù)雜的刀具（如硬質(zhì)合金麻花鉆、立銑刀、成形刀具及帶斷屑槽的刀片等）上進(jìn)行涂層，故具有廣闊的發(fā)展前途。聚晶立方氮化硼是由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV3000～4500間變動，其耐熱性達(dá)1200℃左右，化學(xué)惰性很好，在1000℃的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。主要用于加工淬硬工具鋼、冷硬鑄鐵、耐熱合金及噴焊材料等。用于高精度銑削時可以代替磨削加工。由于陶瓷、金剛石和立方氮化硼等材料韌性差、硬度高，因此要求使用這類刀具的機(jī)床剛性好、速度高、功率足夠、主軸偏擺小，并且要求機(jī)床一夾具一工件一刀具系統(tǒng)的剛性好。只有這樣才能充分發(fā)揮這些先進(jìn)刀具材料的作用，取得良好的使用效果。表2-10各種硬質(zhì)合金的應(yīng)用范圍牌號應(yīng)用范圍YG3X鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工，不能承受沖擊載荷YG3鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工，不能承受沖擊載荷YG6X普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工、半精加工YG6鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和粗加工YG8鑄鐵、有色金屬及合金、非金屬材料粗加工，也可用于斷續(xù)切削YG6A冷硬鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工，亦可用于高錳鋼、淬硬鋼的半精加工和精加工YT30碳素鋼、合金鋼的精加工YT15碳素鋼、合金鋼在連續(xù)切削時的粗加工、半精加工，亦可用于斷續(xù)切削時的精加工YT14同YT15YT5碳素鋼、合金鋼的粗加工，也可以用于斷續(xù)切削YW1高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和精加工YW2高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的粗加工和半精加工抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量硬度、耐磨性、切削速度抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量硬度、耐磨性、切削速度抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量硬度、耐磨性、切削速度2.2.3刀具材料

YG（K）類，即WC－Co類硬質(zhì)合金成分：由WC和Co組成。牌號有：YG6、YG8、YG3X、YG6X，鈷量分別為6％、8％、3％、6％。組織結(jié)構(gòu)分：粗晶粒、中晶粒(YG6和YG8)、細(xì)晶粒(如YG3X和YG6X)。性能：韌性、磨削性、導(dǎo)熱性較好；鈷量相同時，細(xì)晶粒比中晶粒硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性高，但抗彎強(qiáng)度、韌性低。應(yīng)用：較適于加工產(chǎn)生崩碎切屑、有沖擊切削力作用在刃口附近的脆性材料，如鑄鐵、有色金屬及其合金以及導(dǎo)熱系數(shù)低的不銹鋼和對刃口韌性要求高（如端銑）的鋼料等。ISO將切削用的硬質(zhì)合金分為三類：2.YT(P)類，即WC－TiC－Co類硬質(zhì)合金

成分：硬質(zhì)點(diǎn)相除WC外，還有5％～30％的TiC。牌號有：YT5、YT14、YT15、YT30，TiC含量分別為5％、14％、15％、30％，相應(yīng)鈷含量為10％、8％、6％、4％性能：硬度和耐磨性較高，抗粘結(jié)擴(kuò)散能力和抗氧化能力好；但抗彎強(qiáng)度、磨削性能和導(dǎo)熱系數(shù)下降，低溫脆性大，韌性差。適于高速切削鋼料。應(yīng)用：鈷增加，抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性提高，適于粗加工；TiC含量提高，鈷減少，硬度、耐磨性及耐熱性增加，但沖擊韌性顯著降低，適于精加工；因YT中的鈦元素之間的親合力會產(chǎn)生嚴(yán)重的粘刀現(xiàn)象，在高溫切削及摩擦系數(shù)大時加劇刀具磨損，不適合加工不銹鋼和鈦合金。3.YW（M）類，即WC—TiC－TaC－Co類硬質(zhì)合金

在YT類中加入TaC（NbC）可提高其抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、高溫硬度、強(qiáng)度和抗氧能力、耐磨性等。既可用于加工鑄鐵，也可加工鋼，因而又有通用硬質(zhì)合金之稱。常用的牌號為YW1和YW2。以上三類的主要成分均為WC，所以又稱為WC基硬質(zhì)合金。

超硬刀具材料包括天然金剛石、聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼三種。金剛石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非鐵金屬、耐磨材料和塑料，如鋁及鋁合金、黃銅、預(yù)燒結(jié)的硬質(zhì)合金和陶瓷、石墨、玻璃纖維、橡膠及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬鋼、噴涂材料、冷硬鑄鐵和耐熱合金等。天然金剛石是自然界最硬的材料，根據(jù)其質(zhì)量的不同，硬度范圍為HK8000～12000（HK，Knoop硬度，單位kgf/mm2），密度為3.48～3.56。由于天然金剛石是一種各向異性的單晶體，因此，在晶體上的取向不同，耐磨性及硬度也有差異，其耐熱性為700～800℃。天然金剛石的耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達(dá)0.01μm左右，刀具壽命可長達(dá)數(shù)百小時。但天然金剛石價格昂貴，因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求極高的零件的刀具，如加工磁盤、激光反射鏡、感光鼓、多面鏡等。金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。聚晶金剛石是由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，因此不存在各向異性，其硬度比天然金剛石低，為HK6500～8000，價格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成為當(dāng)前金剛石刀具的主要材料，可在大部分場合替代天然金剛石刀具。用等離子CVD法開發(fā)的金剛石涂層刀具，其基體材料為硬質(zhì)合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金剛石相同。由于可在形狀復(fù)雜的刀具（如硬質(zhì)合金麻花鉆、立銑刀、成形刀具及帶斷屑槽的刀片等）上進(jìn)行涂層，故具有廣闊的發(fā)展前途。聚晶立方氮化硼是由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV3000～4500間變動，其耐熱性達(dá)1200℃左右，化學(xué)惰性很好，在1000℃的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。主要用于加工淬硬工具鋼、冷硬鑄鐵、耐熱合金及噴焊材料等。用于高精度銑削時可以代替磨削加工。由于陶瓷、金剛石和立方氮化硼等材料韌性差、硬度高，因此要求使用這類刀具的機(jī)床剛性好、速度高、功率足夠、主軸偏擺小，并且要求機(jī)床一夾具一工件一刀具系統(tǒng)的剛性好。只有這樣才能充分發(fā)揮這些先進(jìn)刀具材料的作用，取得良好的使用效果?！?/p>

陶瓷刀具材料2.2.3刀具材料

有純Al2O3陶瓷及Al2O3－TiC混合陶瓷兩種，以其微粉在高溫下燒結(jié)而成。性能：硬度(HRA91～95)、耐磨性、耐熱性比硬質(zhì)合金更高，在1200℃以上仍能進(jìn)行切削；化學(xué)穩(wěn)定性很高、與金屬的親合力小、摩擦系數(shù)小，抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散磨損能力強(qiáng)，因而切削速度比硬質(zhì)合金高2～5倍；并可切削難加工的高硬度材料。

超硬刀具材料包括天然金剛石、聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼三種。金剛石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非鐵金屬、耐磨材料和塑料，如鋁及鋁合金、黃銅、預(yù)燒結(jié)的硬質(zhì)合金和陶瓷、石墨、玻璃纖維、橡膠及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬鋼、噴涂材料、冷硬鑄鐵和耐熱合金等。天然金剛石是自然界最硬的材料，根據(jù)其質(zhì)量的不同，硬度范圍為HK8000～12000（HK，Knoop硬度，單位kgf/mm2），密度為3.48～3.56。由于天然金剛石是一種各向異性的單晶體，因此，在晶體上的取向不同，耐磨性及硬度也有差異，其耐熱性為700～800℃。天然金剛石的耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達(dá)0.01μm左右，刀具壽命可長達(dá)數(shù)百小時。但天然金剛石價格昂貴，因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求極高的零件的刀具，如加工磁盤、激光反射鏡、感光鼓、多面鏡等。金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。聚晶金剛石是由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，因此不存在各向異性，其硬度比天然金剛石低，為HK6500～8000，價格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成為當(dāng)前金剛石刀具的主要材料，可在大部分場合替代天然金剛石刀具。用等離子CVD法開發(fā)的金剛石涂層刀具，其基體材料為硬質(zhì)合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金剛石相同。由于可在形狀復(fù)雜的刀具（如硬質(zhì)合金麻花鉆、立銑刀、成形刀具及帶斷屑槽的刀片等）上進(jìn)行涂層，故具有廣闊的發(fā)展前途。聚晶立方氮化硼是由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV3000～4500間變動，其耐熱性達(dá)1200℃左右，化學(xué)惰性很好，在1000℃的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。主要用于加工淬硬工具鋼、冷硬鑄鐵、耐熱合金及噴焊材料等。用于高精度銑削時可以代替磨削加工。由于陶瓷、金剛石和立方氮化硼等材料韌性差、硬度高，因此要求使用這類刀具的機(jī)床剛性好、速度高、功率足夠、主軸偏擺小，并且要求機(jī)床一夾具一工件一刀具系統(tǒng)的剛性好。只有這樣才能充分發(fā)揮這些先進(jìn)刀具材料的作用，取得良好的使用效果。2.2.3刀具材料

主要缺點(diǎn)：脆性大、抗沖擊韌性差、抗彎強(qiáng)度低、易崩刀。應(yīng)用：可用于車、銑加工鋼、鑄鐵；作為連續(xù)切削用的刀具材料，有很大發(fā)展前途?！舫驳毒卟牧?/p>

3種

天然金剛石是自然界最硬的材料，硬度高達(dá)HV10000，耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達(dá)0.01μm，能切下極薄的切屑，刀具壽命可達(dá)數(shù)百小時。因價格昂貴，主要用于高速、精密加工?？杉庸び操|(zhì)合金、陶瓷、高硅鋁合金及耐磨塑料等高硬度、高耐磨的材料，刀具耐用度比硬質(zhì)合金可提高幾倍到幾百倍。摩擦系數(shù)較低，切屑與刀具不易產(chǎn)生粘結(jié)，不產(chǎn)生積屑瘤，很適于精密加工。但熱穩(wěn)定性差，切削溫度不宜超過700～800℃；強(qiáng)度低、脆性大、對振動敏感，只宜微量切削；與鐵有極強(qiáng)的化學(xué)親合力，不適于加工黑金屬。目前主要用于磨具和磨料，對有色金屬及非金屬材料進(jìn)行高速精細(xì)車削及鏜孔；加工鋁合金、銅合金時，切削速度可達(dá)800～3800m/min。2.2.3刀具材料

2.2.3刀具材料聚晶金剛石由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，硬度比天然金剛石略低（HK6500～8000），價格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成為金剛石刀具主要材料。金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。

3.立方氮化硼工藝：由軟的單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下加入催化劑聚合而成。性能：硬度HV8000～9000耐磨性很高；熱穩(wěn)定性比金剛石高，達(dá)1400℃；在1300℃下不與鐵、鎳和鈷等鐵族金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；導(dǎo)熱性良好；摩擦系數(shù)低。應(yīng)用：主要用于加工高溫合金、淬硬工具鋼、冷硬鑄鐵、耐熱合金及噴焊材料等。用于高精度銑削時可代替磨削加工。不僅用于磨具，也逐漸用于車、鏜、銑、鉸。分兩類：整體聚晶立方氮化硼，能像硬質(zhì)合金一樣焊接，并可多次重磨；立方氮化硼復(fù)合片，即在硬質(zhì)合金基體上燒結(jié)一層厚度為0.5mm的立方氮化硼而成。2.2.3刀具材料

刀具材料種類

合金高速鋼硬質(zhì)合金陶瓷天然

聚晶金剛石聚晶立方氮工具鋼W18Cr4VYG6Si3N4

金剛石

PCD化硼

PCBN材料性能

硬度HRC65HRC66HRA90HRA93HV10000

HV7500HV4000抗彎強(qiáng)度2.4GPa3.2GPa1.45GPa0.8GPa0.3GPa2.8GPa1.5GPa導(dǎo)熱系數(shù)40-5020-3070-10030-40

146.5

100-12040-100熱穩(wěn)定性350℃620℃1000℃1400℃800℃

600-800℃＞1000℃化學(xué)惰性低惰性大惰性小惰性小惰性大耐磨性低低較高高最高最高很高一般精度Ra≤0.8高精度Ra=0.4-0.2加工質(zhì)量Ra≤0.8IT7-8Ra=0.1-0.05IT5-6IT7-8IT5-6可替代磨削加工對象低速加工一般鋼材、鑄鐵一般鋼材、鑄鐵粗、精加工一般鋼材、鑄鐵粗、精加工高硬度鋼材精加工硬質(zhì)合金、銅、鋁有色金屬及其合金、陶瓷等高硬度材料淬火鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金等難加工材料表2-11

普通刀具材料與超硬刀具材料性能與用途對比

在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上，或在高速鋼刀具基體上，涂抹一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物而獲得。常用涂層材料有TiC、TiN、Al2O3等。性能：抗氧化性較高，因而耐磨性和抗月牙洼磨能力較高；摩擦系數(shù)低，可降低切削力及切削溫度，提高刀具耐用度（提高硬質(zhì)合金耐用度1～3倍，