高速切削刀具材料使用性能研究和廣泛應(yīng)用

    從高速切削機(jī)理的研究中我們看到，隨著切削速度的提高，金屬切除率得到極大的提高，材料的高應(yīng)變率（在切削速度500m/min時(shí)約為1.67×105/s，切削溫度達(dá)到1400℃）使切屑成形過(guò)程以及刀具與工件之間接觸面上發(fā)生的各種現(xiàn)象都與傳統(tǒng)切削條件下的情況不一樣。刀具的熱硬性和刀具磨損問(wèn)題成為關(guān)鍵。為了實(shí)現(xiàn)高速切削，必須有適合于高速切削的刀具材料和刀具制造技術(shù)來(lái)支持。

    現(xiàn)在使用的金屬切削刀具材料可分為九種，包括從切削速度最低、耐磨性能最差的高速鋼到高速性能最好的聚晶金剛石刀具。高速切削還需要同時(shí)具有韌性好、抗沖擊能力強(qiáng)和耐磨性好的刀具材料。

    一般來(lái)說(shuō)，性能較低的刀具，如高速鋼和非涂層硬質(zhì)合金，在普通切削加工中應(yīng)用面廣，但高速性能不好。而高性能的刀具，例如聚晶金剛石刀具，是所有刀具材料中最硬的，具有非常高的耐磨性和速度能力，切削熱對(duì)它幾乎沒有什么影響，在高速加工有色金屬和非金屬材料時(shí)充分體現(xiàn)出了它的優(yōu)越性。但是它的抗沖擊能力差，在切削鋼和鑄鐵類材料時(shí)的熱性能很差。因?yàn)樵诟咚偾邢麒F質(zhì)金屬時(shí)，刀具材料中的碳原子會(huì)向工件擴(kuò)散，引起刀具磨損加劇。

    硬質(zhì)合金刀具的應(yīng)用量最大，占各種刀具銷售額總量的80％。普通速度的金屬切削90%采用硬質(zhì)合金刀具。硬質(zhì)合金具有比較好的抗沖擊韌度，但是高速性能不好。另外，高速切削刀具還要具有極高的熱硬性和化學(xué)穩(wěn)定性，這方面硬質(zhì)合金也不能滿足要求。

    CBN刀具耐熱性極好，可以在高溫下切削硬材料，但是價(jià)格昂貴，而且不能加工軟金屬材料。而化學(xué)穩(wěn)定性好的鋁基陶瓷材料，正好適合于這種加工，但是缺乏熱硬性，不能用于高速加工。

    集中不同特性刀具材料的優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)新的刀具材料，使之同時(shí)具有抗沖擊韌度和高的耐磨性，是高速切削刀具研究中要解決的主要問(wèn)題之一。在具有比較好的杭沖擊韌度的刀具基體材料上，用熱硬性和耐磨性好的材料進(jìn)行表面涂層，產(chǎn)生新的刀具，常常具有兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，這類刀具在高速切削中具有很大的適用范圍。

    在這種思想指導(dǎo)下，先后出現(xiàn)了硬質(zhì)合金涂層刀具、CBN涂層刀具和PCD涂層刀具等復(fù)合材料新刀具，以適用于高速切削不同的金屬材料。

    適用于高速切削的涂層硬質(zhì)合金刀具，由于使用了耐熱性好、硬度高的涂層材料以及多層涂層技術(shù)，使涂層硬質(zhì)合金刀具的切削范圍大、壽命長(zhǎng)，其切削性能大大優(yōu)于非涂層硬質(zhì)合金。因此，涂層硬質(zhì)合金大有取代普通非涂層硬質(zhì)合金的趨勢(shì)。

    刀具涂層技術(shù)不僅可用存硬后合金刀具上，而且在其他刀具材料上也得到很好的效果，如金屬陶瓷、陶瓷等。

    陶瓷刀具也是可以用于高速切削的刀具，是近年來(lái)刀具材料研究發(fā)展的一個(gè)重要組成部分。晶須增強(qiáng)陶瓷刀具是一種特殊材料的刀具，由于它具有抗沖擊韌度好、抗熱沖擊性能強(qiáng)的特點(diǎn)，很適合于高速加工。

    高速切削刀具要解決的另一個(gè)問(wèn)題是在刀片上磨出或壓出一定幾何形狀的斷屑槽，以便實(shí)現(xiàn)斷屑和控制切屑方向，這也是提高加工效率和提高刀具耐用度的重要技術(shù)。

    高速切削刀具應(yīng)該具有優(yōu)良的抗沖擊韌度和抗熱沖擊性能，更好的耐熱性、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性，以及更好的斷屑效果，并適應(yīng)于更大的金屬切削范圍。