隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展屎螟，各種高硬度的工程材料越來(lái)越多地被采用，而傳統(tǒng)的車(chē)削技術(shù)難以勝任或根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)某些高硬度材料的加工迄埃。涂層硬質(zhì)合金疗韵、陶瓷、PCBN等超硬刀具材料因其具有很高的高溫硬度侄非、耐磨性和熱化學(xué)穩(wěn)定性蕉汪，這為高硬度材料的切削加工提供了最基本的前提條件，并在生產(chǎn)中取得了明顯效益逞怨。

　　超硬刀具及其選用

　　超硬刀具采用的材料及其刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)是實(shí)現(xiàn)硬車(chē)削的基本要素者疤，因此，如何選擇超硬刀具材料叠赦，設(shè)計(jì)出合理的刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)對(duì)穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)硬車(chē)削是十分重要的驹马。

　　1．超硬刀具材料及其選用

　　涂層硬質(zhì)合金

　　在韌性較好的硬質(zhì)合金刀具上涂覆1層或多層耐磨性好的TiN、TiCN除秀、TiAlN和Al3O2等糯累，涂層的厚度為2~18μm，涂層通常具有比刀具基體和工件材料低得多的熱傳導(dǎo)系數(shù)，減弱了刀具基體的熱作用泳姐；另一方面能有效地改善切削過(guò)程的摩擦和粘附作用效拭，降低切削熱的生成。

　　涂層按生成方法可分為物理氣相沉積(PVD)與化學(xué)氣相沉積(CVD)2種门烧。PVD涂層(2~6μm)主要包括TiN甜湾、TiCN、TiAlN等鹅棺，其成分還在不斷地增加兜充，如TiZrN。TiN和TiC涂層的最高壓力分別可達(dá)到3580MPa和3775MPa纪闽，TiAlN涂層因缺乏可靠的彈性模量數(shù)據(jù)而得不到準(zhǔn)確的壓應(yīng)力值，高速切削實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明TiAlN性能最好决癞。這3種涂層硬度隨溫度變化的情況委勤，在室溫下硬度最高，當(dāng)溫度超過(guò)[Y;時(shí)榴廷，TiAlN涂層的硬度高于TiCN和TiN涂層宴甩。加工鎳基高溫合金Inconel178時(shí)用2種切削速度v1=193.5m/min和v2=380m/min條件下的刀具壽命，實(shí)驗(yàn)表明TiCN和TiAlN涂層的切削性能明顯優(yōu)于TiN涂層钢战。

　　盡管PVD涂層顯示出很多優(yōu)點(diǎn)换怖，但一些涂層如Al2O3和金剛石則傾向于采用CVD涂層技術(shù)腹躁。Al2O3是一種耐熱和抗氧化很強(qiáng)的涂層，它能夠?qū)⒌毒唧w和切削產(chǎn)生的熱量隔離開(kāi)。通過(guò)CVD涂層技術(shù)顷啼，還可以綜合各種涂層的優(yōu)點(diǎn)，以達(dá)到最佳的切削效果毫胜，滿(mǎn)足切削加工的需要箕憾。例如。TiN具有低摩擦特性伦连，可減少涂層組織的損耗雨饺，TiCN可降低后刀面的磨損，TiC涂層硬度較高惑淳，Al2O3涂層具有優(yōu)良的隔熱效果等额港。

　　涂層硬質(zhì)合金刀具與硬質(zhì)合金刀具相比，無(wú)論在強(qiáng)度歧焦、硬度和耐磨性方面均有了很大提高移斩。車(chē)削硬度在HRC45~55的工件，低成本的涂層硬質(zhì)合金可實(shí)現(xiàn)高速車(chē)削绢馍。近年來(lái)叹哭，一些廠(chǎng)家應(yīng)用改進(jìn)涂層材料等方法，使涂層刀具的性能有了極大的提高。

　　陶瓷材料

　　陶瓷刀具材料隨著其組成結(jié)構(gòu)和壓制工藝的不斷改進(jìn)恒欣，特別是納米技術(shù)的進(jìn)展移良，使得陶瓷刀具的增韌成為可能，在不久的將來(lái)髓界，陶瓷可能繼高速鋼辰稽、硬質(zhì)合金以后引起切削加工的第3次革命。陶瓷刀具具有高硬度(HRA91~95)咪犹、高強(qiáng)度(抗彎強(qiáng)度為750~1000MPa)爷瓜，耐磨性好，化學(xué)穩(wěn)定性好遭屑，抗粘結(jié)性能良好享偎，摩擦系數(shù)低且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。不僅如此贴袖，陶瓷刀具還具有很高的高溫硬度漏匹，1200°C時(shí)硬度達(dá)到HRA80。

　　正常切削時(shí)质窒，陶瓷刀具耐用度極高硫朦，切削速度可比硬質(zhì)合金提高2~5倍，特別適合高硬度材料加工背镇、精加工以及高速加工咬展，可切削硬度達(dá)HRC65的各類(lèi)淬硬鋼和硬化鑄鐵等。常用的有：氧化鋁基陶瓷瞒斩、氮化硅基陶瓷破婆、金屬陶瓷和晶須增韌陶瓷。

　　氧化鋁基陶瓷刀具比硬質(zhì)合金有更高的紅硬性胸囱，高速切削狀態(tài)下切削刃一般不會(huì)產(chǎn)生塑性變形荠割，但它的強(qiáng)度和韌性很低，為改善其韌性旺矾，提高耐沖擊性能蔑鹦，通常可加入ZrO或TiC和TiN的混合物箕宙，另一種方法是加入純金屬或碳化硅晶須嚎朽。氮化硅基陶瓷除紅硬性高以外，還具有良好的韌性柬帕，與氧化鋁基陶瓷相比哟忍，它的缺點(diǎn)是在加工鋼時(shí)易產(chǎn)生高溫?cái)U(kuò)散，加劇刀具磨損秃囚，氮化硅基陶瓷主要應(yīng)用于斷續(xù)車(chē)削灰鑄鐵及銑削灰鑄鐵融确。

　　金屬陶瓷是一種以碳化物為基體材料，其中TiC為主要的硬質(zhì)相(0.5~2μm)，它們通過(guò)Co或Ti粘結(jié)劑結(jié)合起來(lái)醒横，是一種與硬質(zhì)合金相似的刀具蝗悼，但它具有較低的親和性、良好的摩擦性及較好的耐磨性禁舌。它比常規(guī)硬質(zhì)合金能承受更高的切削溫度出募，但缺乏硬質(zhì)合金的耐沖擊性、強(qiáng)力切削時(shí)的韌性以及低速大進(jìn)給時(shí)的強(qiáng)度权煎。近年通過(guò)大量的研究蒂扇、改進(jìn)和采用新的制作工藝，其抗彎強(qiáng)度和韌性均有了很大提高狱揩，如日本三菱金屬公司開(kāi)發(fā)的新型金屬陶瓷NX2525及瑞典山德維克公司開(kāi)發(fā)的金屬陶瓷刀片新品CT系列和涂層金屬陶瓷刀片系列喝暂，其晶粒組織的直徑細(xì)小至1μm以下，抗彎強(qiáng)度和耐磨性均遠(yuǎn)高于普通的金屬陶瓷彻犁，大大拓寬了其應(yīng)用范圍叫胁。

　　立方氮化硼(CBN)

　　CBN的硬度和耐磨性

　　僅次于金剛石，有極好的高溫硬度袖裕，與陶瓷相比曹抬，其耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性稍差溉瓶，但沖擊強(qiáng)度和抗破碎性能較好急鳄。它廣泛適用于淬硬鋼(HRC≥50)、珠光體灰鑄鐵堰酿、冷硬鑄鐵和高溫合金等的切削加工疾宏，與硬質(zhì)合金刀具相比，其切削速度可提高一個(gè)數(shù)量級(jí)触创。

　　CBN含量高的復(fù)合聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具硬度高坎藐、耐磨性好、抗壓強(qiáng)度高及耐沖擊韌性好哼绑，其缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差和化學(xué)惰性低岩馍，適用于耐熱合金、鑄鐵和鐵系燒結(jié)金屬的切削加工抖韩。PCBN刀具中CBN顆粒含量較低浇沧，采用陶瓷作粘結(jié)劑，其硬度較低豹炊，但彌補(bǔ)了前一種材料熱穩(wěn)定性差坏扣、化學(xué)惰性低的特點(diǎn)，適用淬硬鋼的切削加工遂报。

　　在切削灰鑄鐵和淬硬鋼時(shí)则徒，可選擇陶瓷刀具或CBN刀具，為此，應(yīng)進(jìn)行成本效益和加工質(zhì)量分析冠幕，以確定選擇哪一種骡侮。Al2O3、Si3N4和CBN刀具加工灰鑄鐵后刀面磨損情況庶化，PCBN刀具材料切削性能優(yōu)于A(yíng)l2O3和Si3N4即钞。但在淬硬鋼干式切削時(shí)，Al2O3陶瓷的成本低于PCBN材料迹姆。陶瓷刀具有良好的熱化學(xué)穩(wěn)定性部爱，但卻不及PCBN刀具的韌性和硬度。在切削硬度低于HRC60以下和采用小進(jìn)給量時(shí)岭埠，陶瓷刀具是較好的選擇盏混。PCBN刀具適于切削硬度高于HRC60的工件，尤其在自動(dòng)化加工和高精度加工時(shí)更為適用惜论。除此之外许赃，在相同后刀面磨損情況下，PCBN刀具切削后的工件表面殘余應(yīng)力也比陶瓷刀具相對(duì)穩(wěn)定馆类，如圖4所示混聊。

　　使用PCBN刀具干式切削淬硬鋼還應(yīng)遵循以下原則：在機(jī)床剛性允許條件下盡可能選擇大切深，這樣切削區(qū)生成的熱量使得刃前區(qū)金屬局部軟化乾巧，能有效降低PCBN刀具的磨損句喜，此外，在小切深時(shí)還應(yīng)考慮采用PCBN刀具導(dǎo)熱性差而使得切削區(qū)熱量來(lái)不及擴(kuò)散沟于，剪切區(qū)也能產(chǎn)生明顯的金屬軟化效應(yīng)咳胃，減小切削刃的磨損。

　　2．超硬刀具的刀片結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)

　　刀片形狀及幾何參數(shù)的合理確定對(duì)充分發(fā)揮刀具切削性能是至關(guān)重要的旷太。按刀具強(qiáng)度而言展懈，各種刀片形狀的刀尖強(qiáng)度從高到低依次為：圓形、100°菱形祟勿、正方形停柬、80°菱形、三角形耀旅、55°菱形盯糠、35°菱形。刀片材料選定后枷辫，應(yīng)選用強(qiáng)度盡可能高的刀片形狀涤瘸。硬車(chē)削刀片也應(yīng)選擇盡可能大的刀尖圓弧半徑，用圓形及大刀尖圓弧半徑刀片粗加工笔房，精加工時(shí)的刀尖圓弧半徑約為0.8μm左右延砾。

　　淬硬鋼切屑為紅而酥軟的緞帶狀占窥，脆性大，易折斷段辈，不粘結(jié)唆海，淬硬鋼切削表面質(zhì)量高，一般不產(chǎn)生積屑瘤憾宅，但切削力較大赞季，特別是徑向切削力比主切削力還要大，所以奢驯，刀具宜采用負(fù)前角(go≥-5°)和較大的后角(ao=10°~15°)申钩。主偏角取決于機(jī)床剛性，一般取45°~60°瘪阁，以減少工件和刀具顫振撒遣。

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