近年來邓厕，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都在致力于開發(fā)與高速册向、高效塑汽、高質(zhì)切削加工相匹配的先進(jìn)切削刀具材料轩丁。刀具材料對刀具壽命阀严、加工效率、加工質(zhì)量和加工成本等影響很大仙商。刀具切削時要承受高壓砚凳、高溫、摩擦钞钙、沖擊和振動等作用鳄橘，因此刀具材料必須具備如下一些基本性能：硬度高，即刀具材料的硬度必須高于被加工材料芒炼；高的強(qiáng)度和韌性瘫怜，刀具切削部分的材料在切削時要受到很大的切削力和沖擊力，因此刀具材料必須要有足夠的強(qiáng)度和韌性焕议；耐磨性和耐熱性好宝磨，一般來說，刀具材料硬度越高盅安，耐磨性也就越好，同時刀具的耐磨性和耐熱性有著密切的關(guān)系世囊；導(dǎo)熱性好别瞭，導(dǎo)熱性越好，就能降低切削部分的溫度株憾，從而減輕刀具磨損蝙寨；工藝性和經(jīng)濟(jì)性好。

（1）新型高速鋼

高速鋼（HSS）是加入了W嗤瞎、Mo墙歪、Cr、V等合金元素的高合金工具鋼糠歧。雖然目前可供使用的刀具材料品種較多抄瀑，但由于高速鋼在強(qiáng)度、韌性预第、熱硬性隆惊、工藝性，特別是鋒利性（刀尖半徑可達(dá)12~15μm）等方面具有優(yōu)良的綜合性能害媚，因此在切削某些難加工材料以及在復(fù)雜刀具（尤其是切齒刀具蹬寸、拉刀和立銑刀等）制造中仍占有較大比重犹耻。

（2）新型細(xì)晶粒和超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金是高硬度、難熔的金屬化合物（主要是WC广柴，TiC等春探，又稱為高溫碳化物）微米級的粉末，用鈷或鎳等金屬做粘結(jié)劑燒結(jié)成的粉末冶金制品才嘀。硬質(zhì)合金是當(dāng)前切削領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的切削刀具材料名密，切削效率大約為高速鋼的5~10倍。全世界硬質(zhì)合金的產(chǎn)量增長極快拍埠，新材料失驶、新牌號的硬質(zhì)合金刀具不斷出現(xiàn)，在全部刀具中的比重越來越大枣购。但其工藝性差嬉探，用于復(fù)雜刀具尚受到很大的限制。

細(xì)晶粒（1～0.5μm）和超細(xì)晶粒（小于0.5μm）硬質(zhì)合金材料及整體硬質(zhì)合金刀具的開發(fā)棉圈，使硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度大大提高涩堤，可替代高速鋼用于制造小規(guī)模鉆頭、立銑刀分瘾、絲錐等量大面廣的通用刀具胎围，其切削速度和刀具壽命遠(yuǎn)超過高速鋼。整體硬質(zhì)合金刀具的使用可使原來采用高速鋼的大部分應(yīng)用領(lǐng)域的切削效率顯著提高德召。為提高硬質(zhì)合金的韌性白魂，通常采取增加Co含量的方法，由此引起的硬度降低現(xiàn)在可通過細(xì)化晶粒得到補(bǔ)償上岗，并可使硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度提高到4.3GPa福荸，已達(dá)到并超過普通高速鋼的抗彎強(qiáng)度。細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的另一優(yōu)點(diǎn)是刀具刃口鋒利膀概，尤其適合高速切削粘而韌的材料疤草。

（3） 超硬刀具

所謂超硬刀具材料是指人造金剛石和立方氮化硼，以及用這些粉末與結(jié)合劑燒結(jié)而成的聚金剛石和聚晶立方氮化硼度限。由于超硬刀具具有比硬質(zhì)合金更優(yōu)良的耐磨性孩板，能夠適應(yīng)更高的切削速度，已成為高速切削的主要刀具材料浙梗，更為重要的是能夠滿足難加工材料的切削需要蛆删。因此超硬刀具材料已經(jīng)在整個切削加工領(lǐng)域中起到越來越重要的作用。

金剛石是碳的同素異形體矩粒，分為天然金剛石和人造金剛石（PCD）兩種瓦陡。PCD是在高溫、高壓和催化劑作用下歧蛾，由石墨轉(zhuǎn)化而成的厘赤。金剛石刀具具有極高的硬度和耐磨性辱矮，擁有鋒利的切削刃和良好的導(dǎo)熱性能，同時PCD刀具與有色金屬和非金屬材料間的親和力很小妻铲，在加工過程中不易在刀尖上產(chǎn)生積屑瘤愿瘫。目前，PCD刀具主要運(yùn)用在以下兩個方面：a.難加工有色金屬及其合金吞杭，如用PCD刀具加工硅鋁合金時盏浇，刀具壽命可達(dá)硬質(zhì)合金的50~200倍；b. 難加工非金屬材料芽狗，PCD刀具非常適合于石材绢掰、硬質(zhì)碳、碳纖維增強(qiáng)塑料和人造板材等難加工非金屬材料的加工童擎。因此滴劲，可以說金剛石刀具是精密加工有色金屬及其合金、陶瓷顾复、玻璃班挖、木材等非金屬材料最佳的刀具。但是金剛石的熱穩(wěn)定性較低芯砸，切削溫度超過700~800℃時萧芙，就會完全失去其硬度。另外假丧，金剛石中的碳和鐵具有很強(qiáng)的親和力双揪，在高溫高壓下，鐵原子與碳原子發(fā)生相互作用美丝，導(dǎo)致金剛石石墨化壕俱，從而使刀具極容易發(fā)生磨損。因此替塑，金剛石刀具一般不用來加工鋼鐵等材料。

繼美國GE公司于1957年首次合成立方氮化硼之后师晨，在高溫高壓條件下將立方氮化硼聚合在硬質(zhì)合金上看卦，得到了復(fù)合結(jié)構(gòu)的立方氮化硼（CBN）刀片。CBN刀具有聚晶燒結(jié)塊和復(fù)合刀片兩種研神，能在較高切削速度下加工淬硬鋼及鑄鐵惩凉，以車代磨，并可高速切削部分高溫合金纫益，加工精度高恒襟，表面粗糙度相當(dāng)?shù)停伊⒎降疬€適宜加工各種淬硬鋼揍忍、Ni基弯疾、Fe基及其他一些耐磨贾虽、耐蝕的熱噴涂（焊）件材料，釩鈦鑄鐵吼鱼、冷硬鑄鐵等耐磨類鑄鐵蓬豁，鈦合金材料等。

（4）陶瓷材料

陶瓷刀具具有很高的硬度菇肃、耐磨性能及良好的高溫力學(xué)性能地粪，與金屬的親和力小，不易與金屬產(chǎn)生粘結(jié)琐谤，并且化學(xué)穩(wěn)定性好蟆技。因此，陶瓷刀具可以加工傳統(tǒng)刀具難以加工或根本不能加工的超硬材料斗忌。陶瓷刀具有Al2O3基和Si3N4基兩大類质礼，加入各種碳化物、氮化物飞蹂、硼化物和氧化物等可改善其性能几苍，還可通過顆粒、晶須陈哑、相變妻坝、微裂紋和幾種增韌機(jī)理的協(xié)同作用提高其斷裂韌性。

目前轿南，國產(chǎn)的一些晶須增韌陶瓷折扮、梯度功能陶瓷等產(chǎn)品已達(dá)到國外同類刀片的性能，有的還優(yōu)于國外耀即。陶瓷刀具使用的主要原料氧化鋁竭豺、氧化硅等在地殼中含量豐富，對節(jié)省貴重金屬也具有重要的意義藻着。陶瓷刀具主要應(yīng)用于難加工材料的高速加工裤魔。國際上已經(jīng)將陶瓷材料刀具視為進(jìn)一步提高生產(chǎn)率的最有希望的刀具之一。

在相對較軟的刀具基體上涂覆一層或多層硬度高猩僧、耐磨性好的金屬或非金屬化合物薄膜（如TiAlN赖巴、TiC、TiN纲析、Al2O3等）而形成的涂層刀具猩刁，是切削刀具發(fā)展的一次革命。涂層刀具與未涂層刀具相比农浓，具有明顯的優(yōu)越性：顯著降低摩擦系數(shù)新蟆，改善刀具表面的摩擦學(xué)性能和排屑能力；顯著提高耐磨性和抗沖擊韌性，改善刀具的切削性能琼稻，提高加工效率和刀具壽命吮螺；提高刀具表面抗氧化性能，使刀具可以承受更高的切削熱欣簇，有利于提高切削速度及加工效率规脸，并擴(kuò)大了干切削的應(yīng)用范圍。在先進(jìn)制造業(yè)中熊咽，80%以上的硬質(zhì)合金刀具及高性能高速鋼刀具都采用了表面涂層技術(shù)莫鸭，而CNC機(jī)床上所用的切削刀具90%以上是涂層刀具。

刀具涂層技術(shù)自從問世以來横殴，對刀具技術(shù)的改善和加工技術(shù)起到了越來越重要的作用被因，已經(jīng)成為現(xiàn)代刀具的標(biāo)志。涂層刀具是通過在韌性較好的硬質(zhì)合金基體或高速鋼基體上衫仑，涂覆一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物而獲得的梨与，使刀具性能發(fā)生了巨大的變化。常用的涂層材料有TiC满戒、TiN枚从、Al2O3等，其中TiC的硬度比TiN高蕴黎，抗磨損性能更好榛狮。對硬質(zhì)合金，一般采用化學(xué)氣相沉積法（CVD）阱剂，層積溫度為1000℃嫡靠；而對高速鋼刀具，一般采用物理氣相沉積法（PVD）乘害，層積溫度在500℃左右杂飘。隨著涂層工藝的日益成熟和不斷發(fā)展，從開始的單一涂層汹即，進(jìn)入到開發(fā)多元触咧、多層、梯度唤邻、納米涂層的新階段潦擅。就目前PVD 技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，涂層薄膜結(jié)構(gòu)大體可以分為單一涂層兼犯、復(fù)合涂層、梯度涂層集漾、多層涂層切黔、納米多層涂層、納米復(fù)合結(jié)構(gòu)涂層。

1纬霞、復(fù)合涂層是由各種不同功能或特性的涂層薄膜組成的結(jié)構(gòu)凌埂，也稱為復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)膜，其典型涂層為目前的硬涂層加軟涂層诗芜，每層薄膜各具不同的特征瞳抓，從而使涂層具有更好的綜合性能。

2伏恐、梯度涂層是指涂層成分沿著薄膜生長方向逐步變化孩哑，這種變化可以是化合物各元素比例的變化，如TiAlCN中Ti翠桦、Al含量的變化横蜒，也可以由一種化合物逐漸過渡到另一種化合物，如CrN逐漸過渡到CBC碳基涂層争萎。

3候铸、多層涂層由多種性能各異的薄膜疊加而成，每層膜化學(xué)組成基本恒定谍售。目前在實(shí)際應(yīng)用中多有2種不同膜組成眨额，由于所采用的工藝存在差異，各膜層的尺寸也不盡相同学掉，通常由十幾層薄膜組成笋再，每層薄膜尺寸大于幾十納米，最具代表性的有AlN+TiN召期、TiAlN+TiN涂層等畅镐。與單層涂層相比，多層涂層可有效改善涂層組織狀況编漆，抑制粗大晶粒組織生長践桂。

4、納米多層涂層結(jié)構(gòu)與多層涂層類似跌蛔，只是各層薄膜的尺寸為納米數(shù)量級级汹，又可稱為超顯微結(jié)構(gòu)。理論研究證實(shí)在納米調(diào)制周期內(nèi)（幾納米至幾十納米）盒卸，與傳統(tǒng)的單層膜或普通多層膜相比骗爆，此類薄膜具有超硬度、超模量效應(yīng)蔽介，其顯微硬度預(yù)計(jì)可以超過40GPa摘投，并且在相當(dāng)高的溫度下，薄膜仍可保留非常高的硬度虹蓄。

正因?yàn)橥繉拥毒呒扔杏捕群芨呦簟⒒瘜W(xué)穩(wěn)定性好、摩擦系數(shù)小的表層，不易產(chǎn)生擴(kuò)散磨損外臂，同時又有基體的韌性坐儿，因而切削力、切削溫度都較低宋光，能夠顯著提高刀具的切削性能貌矿。因此, 涂層刀具已成為現(xiàn)代切削刀具的主流，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家使用的涂層刀具占可轉(zhuǎn)位刀片的比例已由20世紀(jì)80年代的26%上升到目前的90%罪佳，新型數(shù)控機(jī)床所用的刀具中80%左右是涂層刀具逛漫。瑞典山特維克可樂滿和美國肯納金屬公司的涂層刀片的比例已達(dá)85%以上；美國數(shù)控機(jī)床上使用的硬質(zhì)合金涂層刀片的比例為80%诉抱；瑞典和德國車削用的涂層刀具都在70%以上普毙。我國涂層刀具起步晚，但進(jìn)步快, 其涂層網(wǎng)點(diǎn)遍布全國聂闺。有不少城市都有自己的涂層中心捍骇，并承接對外加工業(yè)務(wù)。我國從1970年代初就開始進(jìn)行CVD涂層技術(shù)研究咨捕，80年代中期闰收，我國的CVD涂層技術(shù)就已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化水平，其工藝水平也達(dá)到國際水平础川〉硭埃總體而言，國內(nèi)CVD涂層技術(shù)水平與國際水平相差不大韵绿。但我國1980年初才開始研究PVD涂層技術(shù)狂篇，目前國外刀具PVD涂層技術(shù)已發(fā)展到第四代，而國內(nèi)還處于第二代水平赁栈，且仍以單層TiN涂層為主岗屏。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著制造技術(shù)的全球化趨勢漱办，制造業(yè)的競爭也越來越激烈这刷。在由機(jī)床、刀具娩井、夾具和工件組成的切削加工工藝系統(tǒng)中暇屋，刀具是最活躍的因素。因此在高速加工技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)的今天洞辣，高性能刀具越來越受到重視并大量取代傳統(tǒng)刀具咐刨。雖然高性能刀具與傳統(tǒng)刀具相比價格昂貴，甚至是傳統(tǒng)刀具的10倍扬霜，但是使用高性能刀具仍然可以有效地降低生產(chǎn)成本所宰。刀具材料绒尊、幾何參數(shù)及其結(jié)構(gòu)是高性能刀具設(shè)計(jì)制造最重要的關(guān)鍵技術(shù)。目前仔粥，先進(jìn)刀具發(fā)展迅速，各種專用高性能刀具不斷推陳出新蟹但。在刀具材料方面及苍，超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金刀具和超硬材料刀具獲得了廣泛運(yùn)用；在涂層方面蓉厕，多層梯度復(fù)合涂層和高強(qiáng)度耐熱納米涂層也得到了長足的發(fā)展勾疏，并在航空航天、汽車船舶等領(lǐng)域得到應(yīng)用杉漓；在刀具結(jié)構(gòu)方面蛉渡，將朝可轉(zhuǎn)位、多功能沐喘、專用復(fù)合刀具和模塊式方向發(fā)展旧毯。

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