刀具材料的发展及在机械加工中的应用

　　随着制造业的发展，刀具材料的发展经历了:高碳钢-高速钢-一般硬质合金材料到现在的陶瓷材料、PCBN材料、新型硬质合金及涂层硬质合金。由于新型刀具材料的应用，从而使制造加工业得到了迅速的发展。随着科学技术的进步、加工效率的提高和数控机床的发展，对刀具材料的性能也提出了愈来愈高的要求。因此，国内外学者在改善刀具材料性能方面做了大量研究工作，先后对刀具抗弯强度、冲击性能、粘结剂和组织等方面进行了详细探讨、研究。

　　1 新型硬质合金材料

　　1.1稀土硬质合金

　　稀土元素具有独特的化学性能，是用途极广的合金添加剂，其氧化物是优良的弥散强化剂。在硬质合金中添加稀土元素可强化合金，提高其性能。东北工学院将稀土元素加入钻中，研制出含稀土的602mm ,710mm硬质合金刀具材料。用该类稀土硬质合金刀具精加工TA6钦合金及不锈钢零件，与原用YG8. YG6X合金刀具相比，寿命提高4-6倍，生产效率提高2倍以上，被加工工件表面光洁度及精度有显著提高，是用于钦合金和低磁不锈钢精加工的比较理想的刀具材料。

　　1.2 涂层硬质合金

　　涂层硬质合金刀具在切削加工中占有重要地位。一些工业发达国家目前使用的涂层硬质合金刀具已占可转位刀具的20%。新的CNC机床的切削刀具有80%使用涂层刀具。该刀具性能优良，其寿命比未涂层刀具提高了3-7倍，加工效率提高了1-2倍。涂层硬质合金刀片一般采用CVD和PVD法制造，硬质合金涂层材料主要采用AL2Os, TiN, TiC,ICN,TiCN,等，现已从早期的单涂层发展到双涂层、三涂层、多涂层。另外，新出现的金刚石涂层刀具颇引人注目，涂层厚度约为5-6微米，涂复时间6小时。可采用这种刀具进行铝合金等材料的仿形加工，使用寿命比未涂复硬质合金刀具高3-4倍。

　　2 陶瓷刀具材料

　　陶瓷材料的成本低于PCBN(复合聚晶立方氮化硼)，具有良好的热化学稳定性，却没有PCBN材料的韧性和硬度高。对于加工硬度小于50HRC的工件，陶瓷材料刀具是较好的选择。

　　3 复合聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具材料

　　由于PCBN具有很高的硬度和耐磨性，且价格低、刃磨方便、与铁族金属无亲合反应，因而在硬车削加工中有独特的地位，在加工硬度低于50HRC的工件时，通常会产生长条形切屑，会使PCBN刀具表面产生牙洼磨损，从而缩短刀具寿命，增加刀具成本。因此，加工硬度为55一56HRC的材料几乎都采用PCBN刀具。

　　4 新型刀具材料在现代制造业中的应用

　　在现代的制造业中由于对加工效率要求的不断提高，即为了实现大功率、高速度、较宽硬度范围工件的切削，相应的也就对加工刀具的性能及对加工工件适应的范围提出了更高的要求。新型刀具材料的应用，为数控机床的高速度、高精度加工提供了有利的保障。

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