难加工材料的应用刀具的选择

刀具材料的选择

1切削难加工材料时对刀具材料性能的要求

刀具材料和工件材料的力学、物理和化学性能必须得到合理的匹配，切削过程才能正常进行，并获得较长的刀具寿命。否则，刀具就可能会急剧磨损，刀具寿命就会缩短[7]。这样就要求在选择刀具材料时，不仅要考虑刀具材料的常温力学性能，还应考虑其高温性能，防止工件与刀具材料中的化学元素发生化学作用或扩散作用从而造成刀具的扩散磨损。

难加工材料在切削加工中，通常出现的刀具磨损包括如下2种形态：（1）由于机械作用而出现的磨损；（2）由于热及化学作用而出现的磨损，以及由切削刃软化、溶融而产生的破断、热疲劳、热龟裂等[5]。切削难加工材料时，由于被加工材料中存在较多促使刀具磨损的因素，通常在很短时间内就会出现上述刀具磨损。

根据难加工材料的切削特点，同时考虑其切削的特殊性，选择刀具材料时应考虑以下性能:（1）高的硬度和耐磨性；（2）高的耐热性；（3）足够的强度和韧性。除此之外，对于难加工材料的切削还应该特别注意以下2点：一是要避免因刀具材料和工件材料之间某些元素的亲和作用致使刀具磨损加剧；二是要根据刀具材料、工件材料及其他切削条件选择zui佳切削速度。例如，陶瓷和立方氮化硼刀具切削时要求切削速度高，如果在较低的速度下切削，其耐用度并不比高速钢刀具好。因此，各种刀具材料的优越性只有在相应的速度范围内才能充分显示出来[4]。

2常用刀具材料的切削性能

绝大部分刀具材料中都含有碳化物、氮化物、氧化物和硼化物。这些化合物都具有高硬度、高熔点、高弹性模量，这正是刀具材料所需要的性质[7]。例如，硬质合金的硬质相主要为WC和TiC；陶瓷的基体材料常用Al2O3和Si3N4，再加入碳化物、其他氧化物和氮化物，甚至硼化物；立方氮化硼则是一种非金属的氮化物[8-9]。因此，在现代切削加工中，常用的刀具材料为高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等。

金刚石刀具多用于在高速下对有色金属及非金属材料进行精细切削及镗孔。适合加工各种耐磨非金属，如玻璃钢粉末冶金毛坯，陶瓷材料等；各种耐磨有色金属，如各种硅铝合金；各种有色金属光整加工。金刚石刀具的不足之处是热稳定性较差，切削温度超过700℃～800℃时，就会完全失去其硬度；此外，它不适于切削黑色金属，因为金刚石(碳)在高温下容易与铁原子作用，使碳原子转化为石墨结构，刀具极易损坏。

具有极为稳定的化学性能，可以广泛用于钢铁制品的加工。

立方氮化硼适于用来精加工各种淬火钢、硬铸铁、高温合金、硬质合金、表面喷涂材料等难切削材料。加工精度可达IT5(孔为IT6)，表面粗糙度值可小至Ra1.25～0.20μm。立方氮化硼刀具材料韧性和抗弯强度较差。因此，立方氮化硼车刀不宜用于低速、冲击载荷大的粗加工；同时不适合切削塑性大的材料(如铝合金、铜合金、镍基合金、塑性大的钢等)，因为切削这些金属时会产生严重的积屑瘤，而使加工表面恶化。

陶瓷刀具的推广应用对提高生产率、降低加工成本、节省战略性贵重金属具有十分重要的意义。

陶瓷是主要用于高速精加工和半精加工的刀具材料之一。陶瓷刀具适用于切削加工各种铸铁(灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、冷硬铸铁、高合金耐磨铸铁)和钢材(碳素结构钢、合金结构钢、高强度钢、高锰钢、淬火钢等)，也可用来切削铜合金、石墨、工程塑料和复合材料。陶瓷刀具材料性能上存在着抗弯强度低、冲击韧性差问题，不适于在低速、冲击负荷下切削。

涂层刀具可以提高加工效率、提高加工精度、延长刀具使用寿命、降低加工成本。

涂层刀具在数控加工领域有巨大潜力，将是今后数控加工领域中最重要的刀具品种。涂层技术已应用于立铣刀、铰刀、钻头、复合孔加工刀具、齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、成形拉刀及各种机夹可转位刀片，满足高速切削加工各种钢和铸铁、耐热合金和有色金属等材料的需要。随涂层厚度的增加刀具寿命也会增加，但当涂层厚度达到饱和，刀具寿命不再明显增加。涂层太厚时，易引起剥离；涂层太薄时，则耐磨性能差。

可转位硬质合金刀具，是数控加工刀具的主导产品。

YG类合金主要用于加工铸铁、有色金属和非金属材料。细晶粒硬质合金(如YG3X、YG6X)在含钴量相同时比中晶粒的硬度和耐磨性要高些，适用于加工一些特殊的硬铸铁、奥氏体不锈钢、耐热合金、钛合金、硬青铜和耐磨的绝缘材料等。YT类硬质合金的突出优点是硬度高、耐热性好、高温时的硬度和抗压强度比YG类高、抗氧化性能好。YW类合金兼具YG、YT类合金的性能，综合性能好。
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