難加工材料的應用刀具的選擇

刀具材料的選擇

1切削難加工材料時對刀具材料性能的要求

刀具材料和工件材料的力學、物理和化學性能必須得到合理的匹配，切削過程才能正常進行，并獲得較長的刀具壽命。否則，刀具就可能會急劇磨損，刀具壽命就會縮短[7]。這樣就要求在選擇刀具材料時，不僅要考慮刀具材料的常溫力學性能，還應考慮其高溫性能，防止工件與刀具材料中的化學元素發生化學作用或擴散作用從而造成刀具的擴散磨損。

難加工材料在切削加工中，通常出現的刀具磨損包括如下2種形態：（1）由于機械作用而出現的磨損；（2）由于熱及化學作用而出現的磨損，以及由切削刃軟化、溶融而產生的破斷、熱疲勞、熱龜裂等[5]。切削難加工材料時，由于被加工材料中存在較多促使刀具磨損的因素，通常在很短時間內就會出現上述刀具磨損。

根據難加工材料的切削特點，同時考慮其切削的特殊性，選擇刀具材料時應考慮以下性能:（1）高的硬度和耐磨性；（2）高的耐熱性；（3）足夠的強度和韌性。除此之外，對于難加工材料的切削還應該特別注意以下2點：一是要避免因刀具材料和工件材料之間某些元素的親和作用致使刀具磨損加劇；二是要根據刀具材料、工件材料及其他切削條件選擇zui佳切削速度。例如，陶瓷和立方氮化硼刀具切削時要求切削速度高，如果在較低的速度下切削，其耐用度并不比高速鋼刀具好。因此，各種刀具材料的優越性只有在相應的速度范圍內才能充分顯示出來[4]。

2常用刀具材料的切削性能

絕大部分刀具材料中都含有碳化物、氮化物、氧化物和硼化物。這些化合物都具有高硬度、高熔點、高彈性模量，這正是刀具材料所需要的性質[7]。例如，硬質合金的硬質相主要為WC和TiC；陶瓷的基體材料常用Al2O3和Si3N4，再加入碳化物、其他氧化物和氮化物，甚至硼化物；立方氮化硼則是一種非金屬的氮化物[8-9]。因此，在現代切削加工中，常用的刀具材料為高速鋼、硬質合金、陶瓷、立方氮化硼和金剛石等。

金剛石刀具多用于在高速下對有色金屬及非金屬材料進行精細切削及鏜孔。適合加工各種耐磨非金屬，如玻璃鋼粉末冶金毛坯，陶瓷材料等；各種耐磨有色金屬，如各種硅鋁合金；各種有色金屬光整加工。金剛石刀具的不足之處是熱穩定性較差，切削溫度超過700℃～800℃時，就會完全失去其硬度；此外，它不適于切削黑色金屬，因為金剛石(碳)在高溫下容易與鐵原子作用，使碳原子轉化為石墨結構，刀具極易損壞。

具有極為穩定的化學性能，可以廣泛用于鋼鐵制品的加工。

立方氮化硼適于用來精加工各種淬火鋼、硬鑄鐵、高溫合金、硬質合金、表面噴涂材料等難切削材料。加工精度可達IT5(孔為IT6)，表面粗糙度值可小至Ra1.25～0.20μm。立方氮化硼刀具材料韌性和抗彎強度較差。因此，立方氮化硼車刀不宜用于低速、沖擊載荷大的粗加工；同時不適合切削塑性大的材料(如鋁合金、銅合金、鎳基合金、塑性大的鋼等)，因為切削這些金屬時會產生嚴重的積屑瘤，而使加工表面惡化。

陶瓷刀具的推廣應用對提高生產率、降低加工成本、節省戰略性貴重金屬具有十分重要的意義。

陶瓷是主要用于高速精加工和半精加工的刀具材料之一。陶瓷刀具適用于切削加工各種鑄鐵(灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、冷硬鑄鐵、高合金耐磨鑄鐵)和鋼材(碳素結構鋼、合金結構鋼、高強度鋼、高錳鋼、淬火鋼等)，也可用來切削銅合金、石墨、工程塑料和復合材料。陶瓷刀具材料性能上存在著抗彎強度低、沖擊韌性差問題，不適于在低速、沖擊負荷下切削。

涂層刀具可以提高加工效率、提高加工精度、延長刀具使用壽命、降低加工成本。

涂層刀具在數控加工領域有巨大潛力，將是今后數控加工領域中最重要的刀具品種。涂層技術已應用于立銑刀、鉸刀、鉆頭、復合孔加工刀具、齒輪滾刀、插齒刀、剃齒刀、成形拉刀及各種機夾可轉位刀片，滿足高速切削加工各種鋼和鑄鐵、耐熱合金和有色金屬等材料的需要。隨涂層厚度的增加刀具壽命也會增加，但當涂層厚度達到飽和，刀具壽命不再明顯增加。涂層太厚時，易引起剝離；涂層太薄時，則耐磨性能差。

可轉位硬質合金刀具，是數控加工刀具的主導產品。

YG類合金主要用于加工鑄鐵、有色金屬和非金屬材料。細晶粒硬質合金(如YG3X、YG6X)在含鈷量相同時比中晶粒的硬度和耐磨性要高些，適用于加工一些特殊的硬鑄鐵、奧氏體不銹鋼、耐熱合金、鈦合金、硬青銅和耐磨的絕緣材料等。YT類硬質合金的突出優點是硬度高、耐熱性好、高溫時的硬度和抗壓強度比YG類高、抗氧化性能好。YW類合金兼具YG、YT類合金的性能，綜合性能好。
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