高速切削刀具材料使用性能和應(yīng)用范圍

從高速切削機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時約為1.67×105 /s，切削溫度達到1400℃）使切屑成形過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題成為關(guān)鍵。為了實現(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具有韌性好、抗沖擊能力強和耐磨性好的刀具材料。 

　　一般來說，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的熱性能很差。因為在高速切削鐵質(zhì)金屬時，刀具材料中的碳原子會向工件擴散，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，開發(fā)新的刀具材料，使之同時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行表面涂層，產(chǎn)生新的刀具，常常具有兩種材料的優(yōu)點，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，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。 

　　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，是近年來刀具材料研究發(fā)展的一個重要組成部分。晶須增強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、抗熱沖擊性能強的特點，很適合于高速加工。 

　　高速切削刀具要解決的另一個問題是在刀片上磨出或壓出一定幾何形狀的斷屑槽，以便實現(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。