先進材料喜歡干加工

　　雖然涂層材質等級有更好的刀具壽命且在干銑加工時比濕式加工更可靠，但是對于高速加工的要求使切削溫度超越硬質合金刀具的經(jīng)濟極限。譬如在14000r/min和線速度400m/min下干加工灰鑄鐵，刀具前面的切削區(qū)能加熱到600到700℃之間。金屬切除率同那些用更傳統(tǒng)技術銑削鋁接近，但是對于傳統(tǒng)切削刀具來說加工灰鑄鐵產生的溫度太高。

　　因此，更高的切削速度將要求有更高紅硬性更耐磨的切削刀具材料。金屬陶瓷、立方氮化硼(CBN)和兩種陶瓷(氧化鋁和氮化硅)很適合這種要求。(今天，術語‘陶瓷’包括氧化鋁和氮化硅兩種，而不是過去僅指的氧化鋁。)雖然不是針對黑色金屬材料，聚晶金剛石(PCD)也是一種適合干加工刀具材料。然而，在所有材料里權衡更大的紅硬性和抗磨料磨損性能的后果是易碎性。

　　金屬陶瓷，一種先進的硬質合金。舉例講，金屬陶瓷同傳統(tǒng)硬質合金相比能在更高的溫度下工作，但不如硬質合金耐沖擊、中等到重載下的韌性和低進給和高進給時的強度。然而，金屬陶瓷在同傳統(tǒng)硬質合金一樣的輕載下具有大致相等的刃口強度并在更高的切削速度下承受溫度和磨損更好，持續(xù)時間更長且表面光潔度更佳。對于延展性好的和粘的材料，在抗積屑瘤形成和生成表面良好光潔度方面金屬陶瓷也表現(xiàn)更好。

　　更好的紅硬性來自組成刀具材料的鈦化物。金屬陶瓷，一個陶瓷和金屬的首字母縮略字，是一種包含硬的鈦基化合物(碳化鈦、碳氮化鈦和氮化鈦)的燒結碳化物，它是以鎳或鎳鉬做粘接劑而不象制造傳統(tǒng)硬質合金那樣用鈷做粘接劑。由于金屬粘接劑的溫度限制，典型的金屬陶瓷材質等級的紅硬性不能用于加工硬度超過40HRC的材料。

　　金屬陶瓷也對破壞和進給引起的應力要比涂層和不涂層硬質合金敏感得多。因此，它在需要高精度和良好光潔度并工作在高切削速度、低進給、小切深的加工時表現(xiàn)最佳。理想的加工操作是那些切削時沒有嚴重斷續(xù)的情況。對于車削碳鋼進給的上限通常是0.63mm/r，并且主軸高速且合適進給下的普通銑削也能處理。

　　如果保持在這些操作限制內，大量生產情況下金屬陶瓷能在很長時間里保持鋒利的切削刃。雖然金屬陶瓷能在傳統(tǒng)速度和進給下僅通過提高硬質合金的刀具壽命和光潔度而值得使用，但它能通過在加工合金鋼提高20%速度和加工碳鋼、不銹鋼和球墨鑄鐵提高50%速度而提高生產率。

　　陶瓷，是刀具材料的一個分支。陶瓷切削刀具同它們相對應的金屬陶瓷相似，對工件材料化學穩(wěn)定性好，刀具壽命長而且能在高速下切削。純氧化鋁有極高的熱阻抗但強度和韌性低，如果工況不佳的話較低的強度和韌性的組合會似得它容易破壞。為了使它對破裂敏感性降低，刀具制造商要么添加少量氧化鋯來提高韌性，要么混入20%到40%的碳化鈦和氮化鈦來提高抗沖擊性和熱導性。但是，韌性仍然要比硬質合金低很多。

　　另外一種提高氧化鋁韌性的方法是植入碳化硅加強物的晶隙或晶須。雖然這些晶須典型的平均直徑只有1µm,長度是20µm，但它們很牢固并明顯地增加韌性和抗熱沖擊性。晶須最多能占到總量的30%。

　　和氧化鋁相象，氮化硅在比硬質合金能承受的溫度更高的條件下維持良好的紅硬性，并且它能承受的熱沖擊和機械沖擊更好。同氧化鋁相比它的主要缺點是加工鋼件時化學穩(wěn)定性沒有氧化鋁好。盡管如此，氮化硅能以線速度435m/min干式加工灰鑄鐵，氮化硅通常被用于加工這樣的工件。

　　雖然使用陶瓷刀具金屬切除率能很高，但應用必須是正確的。舉例講，陶瓷刀具加工鋁并不好，但加工灰鑄鐵、球墨鑄鐵、淬硬鋼和某些未淬硬鋼以及耐熱合金等效果很好。但是即使是在這些材料里，用得是否成功取決于刃口修磨、刀具對工件的表現(xiàn)、機床和夾具的穩(wěn)定性、使用正確的操作和優(yōu)化的加工參數(shù)。

　　CBN，硬度排在金剛石之后。CBN是一種僅次于金剛石的極硬的刀具材料，通常材料硬度大于48HRC時工作最好(加工軟材料時CBN磨損很快)。溫度高到2000℃是還有極佳的紅硬性。雖然和硬質合金相比更脆且導熱性和化學穩(wěn)定性低于陶瓷，但它有比陶瓷刀具更高的沖擊強度和抗破裂性而且對于剛性較低的機床也能切削硬金屬。更進一步，恰當?shù)亩ㄖ艭BN刀具能承受大功率粗加工的切削載荷、斷續(xù)切削的擊打和精細加工所需的熱和磨損性能。

　　對于指定工序恰當?shù)亩ㄖ瓢�括機床和夾具的剛性、刃口修磨大到足以防止顯微剝落，而且刀具的基體是一種CBN含量高的材質等級。CBN含量高的材質等級對這些指定工序是必須的，因為它們具有刃口重載條件下高速加工要求的高導熱性和韌性以及用于嚴重斷續(xù)切削。這些性能使得這種材質等級的刀具材料被用作粗加工淬硬鋼和珠光體灰鑄鐵。

　　CBN含量低的材質等級和CBN含量高的相比更脆，但它們用于淬硬黑色金屬加工更好。它們的更低的熱導性和相對更高的承受高速切削和負前角所產生熱量的抗壓強度。切削區(qū)更高的溫度軟化工件材料和幫助斷屑，而負前角強化刀具，使切削刃穩(wěn)定，提高刀具壽命，并允許比0.25mm小的切深。

　　因為CBN刀具能獲得優(yōu)于0.4µm的表面光潔度并保持同軸度±0.012mm，干車淬硬工件通常是一種有吸引力的替代骯臟的強化冷卻的磨削加工方案。雖然CBN是一種硬車和高速銑特別喜歡的刀具材料，但陶瓷和CBN的應用范圍有驚人的重疊，故而很必要用成本-效益分析來決定誰能得到最優(yōu)結果。

　　PCD加工有色金屬表現(xiàn)突出。作為目前最硬的切削刀具材料，合成聚晶金剛石承受磨料磨損最佳。其硬度和耐磨性來自晶體各向異性和金剛石顆粒之間牢固結合阻止破裂擴展。把PCD刀頭焊到硬質合金刀片上增加強度和抗沖擊性并能延長刀具壽命高達100倍。

　　然而，其它特性阻止它使用在多數(shù)加工操作上。其一是PCD和黑色金屬里的鐵有親合性，由此而來的化學反應使得這種刀具材料限制在有色金屬應用上。另外一個受限制的特性是它無法承受超過600攝氏度的切削區(qū)溫度。結果是PCD不能切韌的抗拉強度高的工件材料。

　　盡管這樣，PCD加工有色金屬時表現(xiàn)很好，最突出的是在加工耐磨高硅鋁合金時。鋒利的切削刃和大正前角對高效地剪切這種材料和切削力最小化以及抑制積屑瘤來說是關鍵的。在加工耐磨有色金屬材料所表現(xiàn)出化學穩(wěn)定性高和耐磨性好，它能保持利于剪切所必須的鋒利切削刃。