刀具材料的發(fā)展對切削技術(shù)的進(jìn)步起著決定性的作用。本文介紹了切削中所使用的金剛石、聚晶立方氮化硼魂奥、陶瓷、硬質(zhì)合金易猫、高速鋼等刀具材料的性能及適用范圍耻煤。刀具損壞機(jī)理是刀具材料合理選用的理論基礎(chǔ)，刀具材料與工件材料的性能匹配合理是切削刀具材料選擇的關(guān)鍵依據(jù)准颓，要根據(jù)刀具材料與工件材料的力學(xué)违霞、物理和化學(xué)性能選擇刀具材料，才能獲得良好的切削效果瞬场。就活塞在切削加工時(shí)的刀具材料選用作了闡述买鸽。

　　高速鋼：活塞加工中銑澆冒口涧郊、銑橫槽及銑膨脹槽用銑刀，鉆油孔用鉆頭等都為高速鋼材料眼五。

　　硬質(zhì)合金：YG妆艘、YD系列硬質(zhì)合金刀具被廣泛應(yīng)用于鋁活塞加工的各個(gè)工序中，特別是活塞粗加工和半精加工工序看幼。

　　立方氮化硼：立方氮化硼刀具被用于鑲鑄鐵環(huán)活塞的車削鑄鐵環(huán)槽工序中批旺。同時(shí)也應(yīng)用于活塞立體靠模的加工中。

　　金剛石：金剛石刀具可利用金剛石材料的高硬度缠染、高耐磨性猪玛、高導(dǎo)熱性及低摩擦系數(shù)實(shí)現(xiàn)有色金屬及耐磨非金屬材料的高精度、高效率骡梨、高穩(wěn)定性和高表面光潔度加工衩斋。在切削鋁合金時(shí)，PCD刀具的壽命是硬質(zhì)合金刀具的幾十倍甚至幾百倍(暫不可見)日胖，是目前鋁活塞精密加工的理想刀具瞎介，已經(jīng)應(yīng)用于精車活塞環(huán)槽、精鏜活塞銷孔习荚、精車活塞外圓融辈、精車活塞頂面及精車活塞燃燒室等精加工工序中。

　　刀具材料性能的優(yōu)劣是影響加工表面質(zhì)量仁娱、切削加工效率胧蹲、刀具壽命的基本因素。切削加工時(shí)囊祝，直接擔(dān)負(fù)切削工作的是刀具的切削部分心爷。刀具切削性能的好壞大多取決于構(gòu)成刀具切削部分的材料、切削部分的幾何參數(shù)及刀具結(jié)構(gòu)的選擇和設(shè)計(jì)是否合理肃续。切削加工生產(chǎn)率和刀具耐用度的高低、刀具消耗和加工成本的多少叉袍、加工精度和表面質(zhì)量的優(yōu)劣等等始锚，在很大程度上都取決于刀具材料的合理選擇。正確選擇刀具材料是設(shè)計(jì)和選用刀具的重要內(nèi)容之一喳逛。

　　每一品種刀具材料都有其特定的加工范圍瞧捌，只能適用于一定的工件材料和切削速度范圍。不同的刀具材料和同種刀具加工不同的工件材料時(shí)刀具壽命往往存在很大的差別润文，例如：加工鋁活塞時(shí)姐呐，金剛石刀具的壽命是YG類硬質(zhì)合金刀具壽命的幾倍到幾十倍；YG類硬質(zhì)合金刀具加工含硅量高典蝌、中曙砂、低的鋁合金時(shí)其壽命也有很大的差別头谜。所以，合理選用刀具是成功進(jìn)行切削加工的關(guān)鍵鸠澈。每一種刀具材料都有其最佳的加工對象柱告，即存在切削刀具與加工對象的合理匹配問題。

　　1刀具材料應(yīng)具備的性能

　　1.1高的硬度和耐磨性

　　硬度是刀具材料應(yīng)具備的基本特性颖助。刀具要從工件上切下切屑旋囤，其硬度必須比工件材料的硬度大。金屬切削所用刀具的切削刃硬度戏筹，一般都在60HRC以上凯怕。耐磨性是材料抵抗磨損的能力。一般來說缓万，刀具材料的硬度越高甩楷，其耐磨性就越好。組織中的硬質(zhì)點(diǎn)(碳化物翅陪、氮化物等)的硬度越高退钱，數(shù)量越多，顆粒越小钠台，分布越均勻欠诊，則耐磨性越好。耐磨性還與材料的化學(xué)成分辟劲、強(qiáng)度臣疑、顯微組織及摩擦區(qū)的溫度有關(guān)♂悴ぃ可用公式表示材料的耐磨性WR：WR=KIC0.5E-0.8H1.43式中：H——材料硬度(GPa)讯沈。硬度愈高，耐磨性愈好婿奔。KIC——材料的斷裂韌性(MPa·m?)缺狠。KIC愈大，則材料受應(yīng)力引起的斷裂愈小萍摊，耐磨性愈好挤茄。 

　　E——材料的彈性模量(GPa)。E很小時(shí)冰木，由于磨粒引起的顯微應(yīng)變穷劈，有助于產(chǎn)生較低的應(yīng)力，耐磨性提高踊沸。

　　1.2足夠的強(qiáng)度和韌性

　　要使刀具在承受很大壓力歇终，以及在切削過程經(jīng)常出現(xiàn)的沖擊和振動條件下工作，而不產(chǎn)生崩刃和折斷，刀具材料就必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性评凝。

　　1.3高的耐熱性(熱穩(wěn)定性)

　　耐熱性是衡量刀具材料切削性能的主要標(biāo)志车匪。它是指刀具材料在高溫條件下保持一定的硬度、耐磨性谴疾、強(qiáng)度和韌性的性能强进。

　　刀具材料還應(yīng)具有在高溫下抗氧化的能力以及良好的抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散的能力，即刀具材料應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性昭怕。

　　1.4良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能

　　刀具材料的導(dǎo)熱性愈好袱族，切削熱愈容易從切削區(qū)散走，有利于降低切削溫度裙都。

　　刀具在斷續(xù)切削或使用切削液時(shí)渔舵，常常受到很大的熱沖擊(溫度變化劇烈)，因而刀具內(nèi)部會產(chǎn)生裂紋而導(dǎo)致斷裂咽皮。刀具材料抵抗熱沖擊的能力可用耐熱沖擊系數(shù)R表示劈遂，R的定義是為：

　　R=λσb(1-μ)/Eα

　　式中：λ——導(dǎo)熱系數(shù)；

　　σb——抗拉強(qiáng)度痒渊； 

　　μ——泊松比疮炼；

　　E——彈性模量；

　　α——熱膨脹系數(shù)蝇裤。

　　導(dǎo)熱系數(shù)大廷支，使熱量容易散走，降低刀具表面的溫度梯度栓辜；熱膨脹系數(shù)小恋拍，可減少熱變形；彈性模量小藕甩，可以降低因熱變形而產(chǎn)生的交變應(yīng)力的幅度施敢；有利于材料耐熱沖擊性能的提高。

　　耐熱沖擊性能好的刀具材料狭莱，在切削加工時(shí)可以使用切削液僵娃。

　　1.5良好的工藝性能

　　為了便于刀具的制造，要求刀具材料具有良好的工藝性能腋妙，如鍛造性能默怨、熱處理性能、高溫塑性變形性能辉阶、磨削加工性能等。

　　1.6經(jīng)濟(jì)性

　　經(jīng)濟(jì)性是刀具材料的重要指標(biāo)之一瘩扼，優(yōu)質(zhì)刀具材料雖然單件刀具成本很高退旅，但因其使用壽命長，分?jǐn)偟矫總€(gè)零件的成本則不一定很高。因此在選用刀具材料時(shí)要綜合考慮其經(jīng)濟(jì)效果呕长。

　　2刀具材料

　　2.1高速鋼

　　高速鋼是一種加入了較多的鎢疆逸、鉬、鉻悯堂、釩等合金元素的高合金工具鋼巢段。高速鋼具有較高的強(qiáng)度和韌性，并且具有一定的硬度和耐磨性矗壹。適合各類刀具的要求疯忽。高速鋼刀具制造工藝簡單，容易磨成鋒利切削刃几郎，因此盡管各種新型刀具材料不斷出現(xiàn)交掌，高速鋼刀具在金屬切削中仍占較大的比例《矣可以加工有色金屬和高溫合金荧孽。由于高速鋼具有以上性能，活塞加工中的銑澆冒口衣屏、銑橫槽及銑膨脹槽用銑刀躏升、鉆油孔用鉆頭等刀具都為高速鋼材料。

　　2.2硬質(zhì)合金

　　硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物(如WC狼忱、TiC膨疏、TaC、NbC等)和金屬粘結(jié)劑(如Co藕赞、Ni等)粉末經(jīng)粉末冶金的方法制成成肘。

　　由于硬質(zhì)合金中都含有大量的金屬碳化物，這些碳化物都有熔點(diǎn)高斧蜕、硬度高双霍、化學(xué)穩(wěn)定好、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)批销，因此洒闸，硬質(zhì)合金材料的硬度、耐磨性均芽、耐熱性都很高丘逸。常用硬質(zhì)合金的硬度為89～93HRA，比高速鋼的硬度(83～86.6HRA)高肝珍，在800～1000℃時(shí)尚能進(jìn)行切削跪倘。在540℃時(shí)，硬質(zhì)合金的硬度為82～87HRA芍司，在760℃時(shí)馏旅，硬度仍能保持77～85HRA甜序。因此，硬質(zhì)合金的切削性能比高速鋼高得多构眶，刀具耐用度可提高幾倍到幾十倍驹拢，在耐用度相同時(shí)，切削速度可提高4～10倍希金。

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