超硬刀具材料的选用与使用(精)
机加工中刀具使用和发展情况论文
机加工中刀具的使用和发展情况摘要：随着材料工业及精密机械工业的发展，精密切削、超精密切削和难切削材料使用的增多，超硬刀具材料的应用日益广泛。
本文通过分析超硬刀具材料的发展状况，对主要品种的应用进行探讨。
关键词：超硬刀具刀具材料金刚石一、超硬刀具材料发展概况超硬刀具材料是指天然金刚石及硬度、性能与之相近的人造金刚石和cbn(立方氮化硼)。
由于天然金刚石价格比较昂贵，所以生产上大多采用人造聚晶金刚石(pcd)、聚晶立方氮化硼(pcbn)以及它们的复合材料。
早在20世纪50年代，美国就利用人造金刚石微粉和cbn微粉在高温、高压、触媒和结合剂的作用下烧结成尺寸较大的聚晶块作为刀具材料。
之后，南非戴比尔斯(debeem)公司、前苏联和日本也相继研制成功。
20世纪70年代初又推出了金刚石或cbn和硬质合金的复合片，它们是在硬质合金基体上烧结或压制一层0.5mm～1mm 的pcd或pcbn而成，从而解决了超硬刀具材料抗弯强度低、镶焊困难等问题，使超硬刀具的应用进入实用阶段。
我国超硬刀具材料的研究与应用开始于上个世纪70年代，并于1970年在贵阳建造了我国第一座超硬材料及制品的专业生产厂第六砂轮厂，从1970—1990年整整20年中，超硬材料年产量从仅46万克拉增至3500万克拉。
上个世纪90年代前后，不少超硬材料生产专业厂从国外引进成套的超硬材料合成设备及技术，使产量得以迅速提高，至1997年，我国人造金刚石年产量就已达到5亿克拉左右，cbn年产量达800万克拉，跃居世界超硬材料生产大国之首。
金刚石具有极高的硬度和耐磨性，其显微硬度可达10000hv，是刀具材料中最硬的材料。
同时它的摩擦系数小，与非铁金属无亲和力，切屑易流出，热导率高，切削时不易产生积屑瘤，加工表面质量好，能有效地加工非铁金属材料和非金属材料，如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、末烧结的硬质合金、各种纤维和颗粒加强的复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨的木材(尤其是实心木和胶合板等复合材料)。
数控刀具材料及选用
数控刀具材料及选用，再也不用盲目选刀加工设备与高性能的数控刀具相配合，才能充分发挥其应有的效能，取得良好的经济效益。
随着刀具材料迅速发展，各种新型刀具材料，其物理、力学性能和切削加工性能都有了很大的提高，应用范围也不断扩大。
一. 刀具材料应具备基本性能刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。
刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用。
因此，刀具材料应具备如下一些基本性能：(1) 硬度和耐磨性。
刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，一般要求在60HRC以上。
刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。
(2) 强度和韧性。
刀具材料应具备较高的强度和韧性，以便承受切削力、冲击和振动,防止刀具脆性断裂和崩刃。
(3) 耐热性。
刀具材料的耐热性要好，能承受高的切削温度，具备良好的抗氧化能力。
(4) 工艺性能和经济性。
刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能；磨削加工性能等，而且要追求高的性能价格比。
二.刀具材料的种类、性能、特点、应用1．金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用金刚石是碳的同素异构体，它是自然界已经发现的最硬的一种材料。
金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能，在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。
尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。
可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。
⑴金刚石刀具的种类①天然金刚石刀具：天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了，天然单晶金刚石刀具经过精细研磨，刃口能磨得极其锋利，刃口半径可达0.002靘，能实现超薄切削，可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度，是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。
②PCD金刚石刀具：天然金刚石价格昂贵，金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶金刚石(PCD)，自20世纪70年代初，采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石(Polycrystauinediamond，简称PCD刀片研制成功以后，在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石所代替。
金刚石刀具知识点
⾦刚⽯⼑具知识点⼑具基础知识⼀、⼑具材料应具备的性能；A，⾼的硬度和⾼耐磨性1.硬度是⼑具材料应具备的基本特性2.耐磨性是指材料抵抗磨损的能⼒。
B，⾜够的强度和韧性1.强度是⼑具材料抵抗破坏的能⼒2，韧性是指材料发⽣断裂时外界做功的⼤⼩。
3.⾼的耐热性和热传性4.良好的⼯艺性和经济性1）切削性能⽬前⼑具材料分四⼤类：⼯具钢、硬质合⾦、陶瓷及超硬⼑具材料等。
常⽤的⼑具材料⼀、⼯具钢1. 碳素⼯具钢碳素⼯具钢是含碳量为0.65％～1.3％的优质碳素钢。
常⽤的钢号有T7A、T8A等。
耐热温度：200℃～300℃。
2. 合⾦⼯具钢1868年，英国的穆舍特制成含钨的合⾦⼯具钢。
在碳素⼯具钢中加⼊适当的元素铬（Cr）、硅常⽤的合⾦⼯具钢有9CrSi，CrWMn等（Si）、锰（Mn）、钒（V）、钨（W）等炼成的。
耐热温度：325℃～400℃。
主要⽤于制造细长的或截⾯积⼤、刃形复杂的⼑具。
⼆，⾼速钢⾼速钢是⼀种富含钨（W）、铬（Cr）、钼（Mo）、钒（V）等元素的⾼合⾦⼯具钢。
美国的F.W.泰勒和M.怀特于1898年创制的。
含碳量⼀般在0.70～1.65％之间。
耐热温度：500℃～650℃。
⾼速钢的抗弯强度是硬质合⾦的3～5倍，冲击韧性是硬质合⾦的6～10倍1.普通⾼速钢（HSS）2.钨系⾼速钢：W18Cr4V (W18)3.具有较好的综合性能，可制造复杂刃型的⼑具。
但由于钨是稀有⾦属，现在很少使⽤。
4.钨钼系⾼速钢：W6Mo5Cr4V2 (M2)5.M2的碳化物颗粒⼩，分布均匀，具有较⾼的抗弯强度、塑性、韧性和耐磨性。
⼜因为钼的存在，使其热塑性⾮常好。
2. ⾼性能⾼速钢（HSS-E）⾼性能⾼速钢是在普通⾼速钢中增加⼀些碳、钒及添加钴（Co）、铝等元素的新钢种。
钴⾼速钢：W2Mo9Cr4VCo8 (M42)⼀种含钴的超硬⾼速钢，常温硬度67HRC-69HRC，具有良好的综合性能。
铝⾼速钢：W6Mo5Cr4V2Al在M2的基础上加Al、增C，提⾼了钢的耐热性和耐磨性。
超硬材料刀具的研究和应用
ｓ ｐ ｒ ａ ｄ ｃ ｔ ｎ ｏ ｌｃ ｎ ｅ ｏ ｏ ｚ ｏ ｒｃ ｏ ｓ ｍｅａ ａ ｍａ ｅ ａ ，Ａ ｄ ｉ ｉ ｐ ｎ ｉ ９ ｉ ｓ ａ ｅ ｎ ｅ ａ ｂ ｄ ｕｔ ｇ ｕ ｅ ｈ ｕ ｔ ｇｔ ｏ ａ ｃ ｎ ｍｉｅ ｓ ｍｅｐ ｅ ｉｕ ｔｌｒｗ ｔｒ ｌ ｎ ｔ ｌ ｅ ｓ ａ ０ ｔ ｒ ｉ ｉ ｓ ｆ ｓ ｍｅ ｓｃ ｍｅ ｔ ｄ ｃ ｒ ｉ ｅ ｃ ｔ ｎ ｉ
ｍａｅ ａｓｉ ｕ ｏ ｎ ｒ ． Ｉ ａ ｓ ｔ ｔｓ ｔ ｅ ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｇ，ｕ ｅ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｄ ｓ ｃ ｓ ｅ ｔ ａ ｔｅ ｇｈ ｎ ｎ ｈ ｔ ｄ ． ｔｒ ｌ ｎ ｏ ｒｃ ｕ ｔ ｉ ｙ ｔｌ ｏ ｓａｅ ｈ ｎ ｆ ｃｕ ｎ ｉ ｓ ，ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｕ ｈ ａ ｐ ｃｓ ｓｓｒ ｎ ｔｅ ｉｇ ｔ ｅ ｓｕ ｙ ｎ ａ Ｋ ｅ ｗｏ ｄ ｓ ｐ ｒ ａ ｄ ｍａ ｅ ａ ；ｓ ｐ ｒ ａ ｄ ｃ ｔ ｎ ｏ ｌ ｉｍｏ ｄ；ｈｇ ｐ ｅ ｕ ｔ ｇ ｙ ｒｓ ｕ ｅ ｈ ｒ ｔ ｒ ｌ ｕ ｅ ｈ ｒ ｕ ｔ ｇ ｔｏ ；ｄ ａ ｎ ｉ ｉ ｉｈ ｓ ｅ ｄ ｃ ｔ ｎ ；ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｇ ｐ ｌｃ ｔ ｎ ｉ ｎ ｆ ｃｕ ｎ ；ａ ｐ ｉａ ｉ ｉ ｏ
Ｏቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ引言
近年来 ， 超硬材料在品种 、 质量方面 向高品级单晶方向发展。
模具数控加工的刀具选购与使用管理指导
模具数控加工的刀具选购与使用管理指导一、目的：为规范公司的刀具管理和使用，控制刀具耗用成本，提高刀具的使用寿命，减少刀具不合理使用导致加工精度或工件异常问题，提高工作效率，特制定本指导书。
二、适用范围：适用于公司各加工工序使用刀具的管理及采购刀具、刀具仓储管理。
包括：刀具供应商开发、刀具选择、计划、采购、入库保管、领出、使用、车间刀具管理及退库的整个过程。
三、刀具述语与品牌简述：1.刀具定义：广义的刀具包括以下几种：●CNC铣削刀具：包括通用立铣刀（分平底立铣刀、圆鼻立铣刀、球头立铣刀）、非标立铣刀、刀盘、刀粒、刀片、刀头、刀杆等。
●车床刀具：车刀杆、车刀片、装夹卡盘等；●钻床刀具：钻头（分钨钢、高速钢、含钴高速钢、粉末冶金含钴高速钢四种）、枪钻、钻咀、铰刀（分钨钢、高速钢、含钴高速钢三种）等。
●攻丝螺纹刀具：丝攻丝锥（镍基高温合金及钛合金专用丝锥）、螺纹锥等。
●夹具、热装夹头：夹头、刀柄、热胀刀柄、刀把、弹簧筒夹、BIG刀具装夹工具等。
可以根椐不同的加工工件尺寸和工艺方法，按需要组合成铣、钻、镗、铰、攻丝等各类工具进行切削加工。
2.刀具寿命：从开始加工到刀尖报废整个过程中，刀尖切削工件的时间或切削过程中在工件表面实际的长度。
刀尖加工时间为每个刀具公司计算刀具寿命的主要考核指标。
刀具质量、正确选择、合理使用、优化编程、正确操作等因素，对工件加工精度的控制至关重要的，也关系到了刀具的使用寿命，所以，在使用刀具时，了解程式和零件的加工要求，根据加工中心机床的特点，根据工件材料的特性，正确安排加工工艺、优化编程参数（主轴转速、进给量、进给速度、切削速度等）、正确选用刀具夹具、合理使用刀具，发挥刀具最大效果，制造出高精密的零件，降低刀具使用成本；CNC工序的刀具使用量大，故CNC组长是刀具的使用与管理的主要责任人。
3.刀具成本与加工成本的关系：刀具成本：是指在生产过程中，每年采购所有刀具工具的费用，是生产成本的一部分。
浅析超硬材料刀具在机械加工中的应用
是 目前 世界上刀具材料 中最硬的～种 。 此外 ， 它摩擦系数小 ， 与 缸盖 的 Ｐ Ｄ面铣 刀切削速度 己达到 了 ４０ １ ｒｍ， 进给速 Ｃ ２ ａ 其 ｍ／ 非铁金属基 本没 有亲和 力 ， 具有 切屑 易流 出的优 良特性 ， 而且 度为 ５６ ０ｍ ｍｉ， ７ ｍ／ ｎ 这种效率是我 国 ２ Ｏ世纪 ９ Ｏ年代初期 引进 热 导率高 ， ｎ － ３ ｑ 表面质 量好 ， 能有 效地加 工非 金属材 料和 非铁 外 国设备 的 ２倍 。精加工 灰铸铁缸体 的 Ｃ Ｎ面铣 刀铣削速度 Ｂ 金 属 材 料 ， 陶 瓷 ／ ／ 等 有 色 金 属 及 其 合 金 、 料 、 烧 结 的 也 达 到 了 ２０ ０ｍ／ ｎ 其 效 率 是 硬 质 合 金 面 铣 刀 的 １ 之 如 铝 铜 塑 未 ０ ｍｉ， ０倍 硬 质合金 、 石墨、 各种 纤维和颗 粒加 强 的复合材 料 、 玻璃 、 胶 多 。在 玻 璃 深 加 工 中 ， 削 玻 璃 的 Ｐ Ｄ 螺 旋 内排 液 面 铣 刀应 用 橡 铣 Ｃ 和 各 种 耐 磨 的木 材 。其 缺 点 是 热 稳 定 性 低 与 韧 性 差 ，到 ７０ ０ 最为广泛 。
应 比如对于 ７ Ｈ Ｃ硬度 的 ０Ｒ 大 的聚 晶块， 为加 工硬 质刀具 的材料 。到了 ２ 作 ０世纪 ７ ０年代 ， 硬 度工件 的切 削 ， 该取较低 的速 度 ， 切 ０ Ｏ ｍ／ ｎ 科 学 家 又 制 造 出 了硬 质 合 金 与 金 刚 石 或 Ｃ Ｎ 的 复 合 片 ，这 种 工 件 ， 削 速 度 最好 选 择 ６ ～８ ｍｉ。 Ｂ
我 国在这方面 的研 究最早 开始于 ２ ０世纪 ７ ０年代 ，不过 ，
初 期 阶 段 我 国 的技 术 与 设 备 都 处 于 十 分 落 后 的状 态 。直 到 ２ 的应用十分常 见。一般对于含硅量 低于 １％的铝合金 ， ０ ０ 选用硬 ０ 则 世 纪 ９ 代 ， 我 国很 多 超 硬 材 料 的 生 产 商 从 国 外 引 进 了 一 批 质 合 金 制 成 的 刀具 即 可 。如 果 含 硅 量 高 于 １％的 话 ， 需 要 选 ０年
超硬刀具种类有哪些及特点【详细版】
随着现代工程材料加工在硬度方面的要求越来越高，刀具的硬度也越来越高了，更多的超硬刀具应用而生。
超硬刀具主要应用于切削种淬硬钢，包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、轴承钢、模具钢等，或切削各种铁基、镍基、钴基和其他热喷涂(焊)零件。
不过，切割不同的材料会有不同的超硬刀具，所以了解清楚超硬刀具的分类是非常重要的。
(1) PCD金属切削刀具刀具种类：以车刀为例，其它还有铣刀，铰刀，镗刀。
结构形式：此类刀具从结构上主要可分为焊接式PCD刀具和可转位式PCD刀具。
式PCD刀具同普通硬质合金焊接刀具结构形式是一样的。
不同的是刃口材质不一样，几何参数不一样，加工对象不一样。
可转位式PCD刀片是在硬质合金可转位刀片上焊接一小块PCD刀坯再经刃磨而成，可装夹在与之对应的高精度刀杆上，进行高效，大批量加工。
随着数控机床、自动生产线的普及，可转位式PCD刀片的使用将越来越广泛，在一定条件下，其刀具耐用度较硬质合金刀具可提高几十倍至几百倍。
刀具几何参数：金刚石切削工具的几何参数一般其前角为0°-5°，后角为5°～12°，其端部有两种，一是圆弧，另一为直线，后者有时称为修光刃，其长度根据被加工材料来选择。
圆弧车刀在切削过程中的调整比较简单，而平刃的调整相对而言是很费时的。
如果应用在高精度的曲面加工中，圆弧的刃磨要求就很严格，它精度的优劣会复印在曲面上。
典型应用有色金属的高速、高稳定性、低粗糙度加工及镜面加工采用PCD刀具加工有色金属时，由于金刚石硬度高，表面与金属亲合力小，因此加工尺寸稳定性及表面质量都很好，刀具寿命也较长。
(2) PCD木工刀具PCD木工刀具目前最主要的用途就是加工强化木地板。
在加工强化木地板Al2O3耐磨层时，切削速度可达3,000m/min, ，进给量可达每分钟20米，且加工时噪音小，PCD刀具耐用度是硬质合金刀具的200倍以上，已完全取代硬质合金刀具。
其它PCD木工刀具主要有PCD 锯片和PCD家具成形铣刀等。
加工高硬度钢件时如何选择刀具
加工高硬度钢件时如何选择刀具所谓的高硬度钢就是硬度高脆性大的钢件，主要包括高硬度铸钢，锻钢，淬火钢等，广泛应用于汽车、重工机械，工程机械，冶金机械，矿山机械等领域，如铸铁轧辊，齿轮，轴承，高速钢轧辊，滚珠丝杠等零部件。
随着机械制造业的不断发展，越来越多的高硬度钢件出现在加工现场，由于硬度高，脆性大，特别是在加工淬硬钢时遇到断续切削、铸钢遇到铸造缺陷时一直找不到好的刀具材料加工高硬度钢，直到华菱超硬推出BN-S20等多种非金属粘合剂立方氮化硼刀具牌号，使加工高硬度钢不再是难题。
一、加工高硬度钢之铸钢的刀具材料及切削参数铸钢是经过铸造成型的钢件，广泛应用于矿山机械，工程机械，电力机械等行业，典型零部件有轧辊，破碎机轧臼壁等。
对于此类铸钢件尤其是大型铸钢件，常出现夹砂、气孔、硬质点等铸造缺陷，在加工高硬度铸钢件选择的刀具材料很重要，只有选择正确的刀具材料才能更好的提高加工效率，降低加工成本。
刚开始加工铸钢件机械制造商常选择硬质合金刀具YG类、YW类，但在加工过程中由于硬质合金刀具红硬性低，出现不耐磨现象，如单件加工铸钢件时选择硬质合金刀具较经济，对于大型铸钢件或者大批量加工铸钢件，建议选择华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S20牌号，此牌号是主要针对高硬度钢研发的非金属粘合剂立方氮化硼刀具，采用非金属(陶瓷)作为粘合剂，增加了刀片的韧性，吃刀深度可达到7.5mm以上，粗、精加工均可，主要适用于大批量生产和大型铸钢件的切削加工。
下表为华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S20牌号加工高硬度钢件的切削参数的案例。
加工零件：高速钢轧辊；硬度:HSD90；刀具牌号：BN-S20牌号；切削参数：Fr=0.2mm/r，Vc=50m/min。
加工效果：与硬质合金刀具相比：在华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S20牌号的加工节拍是硬质合金刀片的1/6的基础上，单刃寿命是硬质合金刀具的8倍还要多。
二、加工高硬度淬火钢件的刀具牌号及切削参数高硬度淬火钢是经过热处理之后高硬度钢件，一般硬度在HRC45以上，选择刀具材料或刀具牌号时，在硬度低于HRC50以下和小吃刀深度小进给的情况下，陶瓷刀片是较好的选择，尽量避免断续切削和粗加工；工件硬度高于HRC50以上，选择立方氮化硼刀具较好，尤其是华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S20牌号更适合粗加工和断续切削。
刀具材料的种类及选用
属粘结剂在高温条件下烧 结而成 的粉末 冶金 制品。硬质合金的常温 硬度达 ８ ９ － ９ ３ Ｂ Ｒ Ａ ，７ ６ ０ 。时其硬 度为 ７ ７ － ８ ５ Ｈ Ｒ Ａ ，在 ８ ０ ０ － １ ０ ０ ０ ℃时硬 质合金还 能进行 切削。刀具寿命比高速钢刀具高几倍甚至几十倍 。 可加工包括 淬硬钢 在内的多种 材料。但是强度和韧性 比高速钢差 ， 常温 下冲 击韧性仅为高速钢的 １ ／ ８ —１ ／ ３ Ｏ ，因此硬质合金承受切削 振 动和 冲 击 的 能 力 较 差 。 硬 质 合 金 是 常 用 的 刀 具 材 料 之 一 ，常 用 于 制 造 车 刀和 面铣 刀 ， 也 可 以 用 硬 质 合 金 制 造 深 孔 钻 、铰 刀 、拉 刀 和 滚刀。尺寸较小和形状复杂的刀具可 以采用硬质合金制造 。但 是整 体硬质合金刀具的成本较高，其价格 是高速 钢刀具 的 ８ — １ ０倍。 ２ ． ３ 陶瓷 的分类及选用 制作刀具 的陶瓷材料是 以人造化合物 为原料 ，在高压下形成， 在高温下烧结而成的。它有很 高的硬度和耐磨性 ，耐热性 高达 １ ２ ０ ０ ℃ 以上 ，化 学稳 定 性好 ，与 金 属 的亲 和 力 小 ，可 提 高 切 削 速 度 ３ —５ 倍 ，但是 陶瓷 的最大 弱点是抗 弯强度低，冲击韧性差 ，因此主要用 于钢 、铸铁 、有色金属等材料 的精 加工和半精加工 。按成分陶瓷可 分 为 以下 几 种 ： 高纯 氧 化 铝 陶 瓷 、 复 合 氧 化 铝 陶 瓷 、 复 合 氮 化 硅 陶
Байду номын сангаас瓷
３ 涂 层 刀 具 简 述 涂 层刀具是近 ２ Ｏ 年 出 现 的 一 种 新 型 刀 具 材 料 ，是 刀具 发 展 中 的 一 项 重 要 突 破 ，是 解 决 刀 具 材 料 中硬 度 、耐 磨 与 强度 、 韧性 之 间 矛 盾 的 一 个 有 效 措 施 。涂 层 刀 具 是 在 一 些 韧 性 较 好 的硬 质 合金 或 高 速钢刀具基体上， 涂 覆 一 层 耐 磨 性 高 的 难 熔化 金 属化 合物 而 获 得 的 。 常 用 的涂 层 材料 有 Ｔ ｉ Ｃ 、Ｔ ｉ Ｎ和 Ａ １ ２ ０ ３等 。除 上 述单 层 涂层 刀 片外 ，
PCD刀具
PCD-聚晶金刚石PCD是英文Polycrystalline diamond的简称,中文直译过来是聚晶金刚石的意思.它与单晶金刚石相对应。
聚晶金刚石（PCD）刀具发展1．概述 1.1PCD刀具的发展金刚石作为一种超硬刀具材料应用于切削加工已有数百年历史。
在刀具发展历程中，从十九世纪末到二十世纪中期，刀具材料以高速钢为主要代表；1927年德国首先研制出硬质合金刀具材料并获得广泛应用；二十世纪五十年代，瑞典和美国分别合成出人造金刚石，切削刀具从此步入以超硬材料为代表的时期。
二十世纪七十年代，人们利用高压合成技术合成了聚晶金刚石（PCD），解决了天然金刚石数量稀少、价格昂贵的问题，使金刚石刀具的应用范围扩展到航空、航天、汽车、电子、石材等多个领域。
1.2PCD刀具的性能特点金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。
金刚石刀具的上述特性是由金刚石晶体状态决定的。
在金刚石晶体中，碳原子的四个价电子按四面体结构成键，每个碳原子与四个相邻原子形成共价键，进而组成金刚石结构，该结构的结合力和方向性很强，从而使金刚石具有极高硬度。
由于聚晶金刚石（PCD）的结构是取向不一的细晶粒金刚石烧结体，虽然加入了结合剂，其硬度及耐磨性仍低于单晶金刚石。
但由于PCD烧结体表现为各向同性，因此不易沿单一解理面裂开。
PCD刀具材料的主要性能指标：①PCD的硬度可达8000HV，为硬质合金的80～120倍；②PCD的导热系数为700W/mK，为硬质合金的1.5～9倍，甚至高于PCBN和铜，因此PCD刀具热量传递迅速；③PCD的摩擦系数一般仅为0.1～0.3（硬质合金的摩擦系数为0.4～1），因此PCD刀具可显著减小切削力；④PCD的热膨胀系数仅为0.9×10 -6～1.18×10 -6，仅相当于硬质合金的1/5，因此PCD刀具热变形小，加工精度高；⑤PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小，在加工过程中切屑不易粘结在刀尖上形成积屑瘤。
超硬刀具材料的种类-超硬刀具材料特性【常用】
超硬刀具材料的种类-超硬刀具材料特性【常用】超硬刀具是现代工程材料的加工在硬度方面提出的更高要求而应运而生，20世纪的后40年中有了较大的发展。
超硬材料的化学成分及其形成硬度的规律与其他刀具材料不同，立方氮化硼是非金属的硼化物，晶体结构为面心立方体；而金刚石由碳元素转化而成，其晶体结构与立方氮化硼相似。
它们的硬度大大高于其他物质。
超硬刀具材料的种类超硬刀具材料，尤其是金刚石，其种类较多。
立方氮化硼有CBN单品粉，用于制作磨具；还有PCBN聚晶片及PCBN聚晶复合片，用于制作刀具及其他工具。
立方氮化硼是人造的。
金刚石分天然金刚石(ND)与人造金刚石。
人造金刚石有PCD单晶粉，用于制作磨具；PCD单晶粒，可做刀具；PCD聚晶片及聚晶复合片，用于制作刀具及其他工具；CVD金刚石薄膜及厚膜，可用于制作刀具、工具，并可作为光学、电子高科技原材料。
超硬刀具材料的特性1981年国际硬物质科学会议认为，硬度大于1000HV的物质均可称为硬物质，能加工诸如硬质合金（硬度1600―1800HV）、刚玉（2000HV）、碳化硅（2200HV）等这一类物质的材料称为超硬材料。
通常所说的超硬材料是指与天然金刚石的硬度、性能相近的人造金刚石和CBN（立方氮化硼）2种材料，由于天然金刚石市场价格十分高，所以，目前我国生产超硬刀具时大多采用聚晶立方氮化硼（PCBN）、人造聚晶金刚石（PCD）以及它们之间的复合材料。
超硬刀具材料具有以下性能特点：（1）高的硬度。
刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。
PCD的硬度可达8000HV，为硬质合金的8～12倍；CBN晶体结构与金刚石类似，因此具有与金刚石相近的硬度和强度；CBN微粉的显微硬度为8000～9000HV，其烧结体PCBN的硬度一般为3000～5000HV。
（2）高的耐磨性。
刀具材料应有好的抵抗磨损的能力，它取决于材料的力学性能，化学成分和组织结构刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。
(完整)常用刀具材料分类、特点及应用
常用刀具材料分类、特点及应用刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、已加工表面质量和加工成本等，所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一.1.刀具材料应具备的性能金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相接触,承受着很大的切削压力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦,产生很高的切削温度，即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。
因此，刀具切削部分材料应具备以下基本性能.1。
1 高的硬度和耐磨性硬度是刀具材料应具备的基本特性。
刀具要从工件上切下切屑,其硬度必须比工件材料的硬度大。
耐磨性是材料抵抗磨损的能力.一般来说，刀具材料的硬度越高,耐磨性就越好。
组织中硬质点（碳化物、氮化物等）的硬度越高，数量越多，颗粒越小,分布越均匀，则耐磨性越高。
但刀具材料的耐磨性实际上不仅取决于它的硬度，而且也和它的化学成分、强度、纤维组织及摩擦区的温度有关.1.2 足够的强度和韧性要使刀具在承受很大压力，以及在切削过程中通常要出现的冲击和振动的条件下工作,而不产生崩刃和折断，刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。
1.3 高的耐热性耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。
它是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。
1.4 导热性好刀具材料的导热性越好，切削热越容易从切削区散走,有利于降低切削温度.刀具材料的导热性用热导率表示.热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。
1.5 具有良好的工艺性和经济性既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理性能、焊接性能等要好，且又要资源丰富，价格低廉.2.常用刀具材料分类、特点及应用刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料等五大类。
常用刀具材料的主要性能及用途见表2-1.表2—1 常用刀具材料的主要性能加工，不切削铁族金属2。
1 高速钢2。
1。
1 普通高速钢普通高速钢指用来加工一般工程材料的高速钢，常用的牌号有：(1）W18Cr4V（简称W18）。
刀具材料的选用及新材料
刀具材料的选用及新材料刀具是人类使用最早的工具之一，它对于人类的生产生活起着重要的作用。
而刀具材料的选用对于刀具的性能和寿命起着决定性的影响。
随着科技的进步和研发的推进，新材料的出现使得刀具的性能得到了极大的提升。
本文将从刀具材料的选用和新材料的介绍两个方面进行论述。
首先，刀具材料的选用是根据刀具的使用要求来确定的。
刀具的材料应具备以下特点：硬度高、耐磨性强、耐高温、耐腐蚀、韧性好等。
在选择刀具材料时，需要根据工件材料、切削速度、切削力、切削温度以及切削液等因素综合考虑。
常见的刀具材料包括高速钢、硬质合金、陶瓷等。
高速钢是一种具有良好机械性能和切削性能的金属材料，具有高硬度、良好的切削可加工性和热切断性能，适合切削难加工材料。
硬质合金是由金属碳化物和金属结合相组成的复相材料，硬度高、耐磨性好，适用于切削高硬度材料。
陶瓷是一种非金属无机材料，具有高硬度、高强度、低摩擦系数和热导率等优点，适用于高速切削与加工超硬材料。
然而，随着科技的飞速发展，新材料的出现给刀具的材料选择提供了更多的可能性。
下面将介绍几种新材料：1.刀具涂层材料。
刀具涂层技术是在常用刀具材料的表面涂覆一层特殊材料，用以提高刀具的硬度、耐磨性和耐高温性能。
常用的刀具涂层包括碳化钛、氮化钨、氮化钛等。
涂层材料可以提高刀具的切削速度和工作寿命。
2.超硬材料。
超硬材料是指硬度超过1500HV的材料，主要有金刚石和立方氮化硼(CBN)。
金刚石是目前已知最硬的材料，广泛应用于高硬度材料的切削。
立方氮化硼硬度仅次于金刚石，具有良好的耐磨性和耐高温性能，适用于切削高硬度的热处理钢和铸铁。
3.纳米材料。
纳米材料是指颗粒尺寸在纳米级别的材料，具有与传统材料不同的性能。
纳米材料具有高硬度、高强度、高韧性、高热导率等特点，适用于高速切削和高温切削。
4.新型复合材料。
新型复合材料是将两种或两种以上的材料按一定比例复合而成的材料，具有诸多优点。
例如，碳纤维复合材料具有高强度、低密度、耐腐蚀等特点，适用于切削轻质材料。
刀具材料的分类和选择
铝高速 钢
常用牌号：W6Mo5Cr4V2Al。铝的加入提高了耐磨性和耐热性，具 有良好的切削性能，耐用度比W18Cr4V大1~4倍，价格低。但是淬 火温度范围窄，氧化脱碳倾向较大，磨削性能较差。
3、粉末冶金高速钢
在用高压氩气或氮气雾化熔融的高速钢水,直接得到细 小的高速钢粉末,高温下压制成致密的钢坯,而后锻压成材 或刀具形状。
材。
料
高速钢的分类
按其性能用途不同可分 为
普通高速钢（通用高速钢） 高性能高速钢
刀 具
按其制造工艺方法的不同
熔炼高速钢
材
可分为
粉末冶金高速钢
料
按其化学成分不同可分 为
钨系 钨钼系 钼系
1、普通高速钢
钨系高速钢 W18Cr4V(W18)
刀 具 材 料
钨钼系高速钢 W6Mo5Cr4V2(M2)
有良好的综合性能,在600℃时其高温硬度为HRC48.5, 淬火 时过热倾向小，碳化物含量较高，塑性变形抗力较大。可以 制造各种复杂刀具。但碳化物分布不均匀，影响精加工刀具 的寿命，且强度和韧度不够。另外，热塑性差，不适于制造 热轧刀具。
刀具材料的分类和选 择
本节 教学 内容
第三节 刀具材料
一
刀具材料的性能
二
常用刀具材料
第三节 刀具材料
本节教学要求：
（1）熟知刀具材料应具备的性能和常用刀具材料； （2）了解新型刀具材料。
本节 教学 要求
一、刀具材料的性能
1、高的硬度和耐磨性 2、足够的强度和韧性 3、高的耐热性和化学稳定性 耐热性是指刀具材料在高温下保持高硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。
系金属加工。
4）立方氮化硼刀具
刀
具
超硬刀具材料的选用和使用方法
超硬刀具材料的选用和使用方法超硬刀具是一种高性能的切削工具，具有硬度高、耐磨性好、切削稳定等特性，广泛应用于机械加工、汽车制造、航空航天等领域。
超硬刀具的选用和使用方法对于提高切削效率、延长刀具寿命具有重要意义。
本文将就超硬刀具材料的选用和使用方法进行说明。
一、超硬刀具材料的选用近年来，随着材料科学技术的进步，超硬刀具的材料种类也越来越多。
目前市场上常见的超硬刀具材料主要包括硬质合金、陶瓷刀具和多晶金刚石。
不同材料具有不同的特点和适用范围，因此在选择超硬刀具材料时需要综合考虑以下因素：1.切削材料：超硬刀具的选择应根据切削材料的硬度、韧性、热稳定性等特性进行匹配。
一般来说，硬质合金适用于切削硬度较低的材料，陶瓷刀具适用于切削硬度较高的材料，而多晶金刚石则适用于切削超硬材料。
2.加工方式：不同的加工方式对刀具的要求也有所不同。
例如，高速切削时需要选择硬质合金或多晶金刚石刀具，而陶瓷刀具则适用于干切削和高速扩孔等特殊加工。
3.切削条件：切削速度、进给量、切削深度等切削条件的选择会直接影响刀具的使用寿命和效率。
因此，在选用超硬刀具时应综合考虑切削条件，选择合适的刀具材料和结构。
二、超硬刀具的使用方法1.刀具装夹：超硬刀具应严格按照规定的装夹要求进行装夹。
刀具和刀杆的匹配度要求高，装夹松紧度要适中，避免刀具松动或变形。
2.切削液的选择：切削液在切削过程中起到冷却、润滑和清洁的作用。
对于不同切削材料和刀具材料，切削液的选择也不同。
一般来说，切削硬质合金可以选择矿物油冷却剂，切削陶瓷和多晶金刚石则可以选择水溶性切削液。
3.切削参数的设定：根据切削材料的特性和切削要求，合理设定切削速度、进给量和切削深度等切削参数。
切削速度过高会导致刀具磨损加剧，而切削速度过低则会影响加工效率。
4.定期检查和维护：使用超硬刀具后，要定期检查刀具的磨损情况和刀具固定装置的紧固度，及时更换磨损过大的刀具，并做好刀具的保养和防锈。
5.切削后的刃口修复：超硬刀具的刃口在使用过程中会磨损，需要进行定期修复。
超硬刀具金刚石刀具介绍
超硬刀具金刚石刀具介绍PCD聚晶金刚石刀具;CVD金刚石膜刀具(物理涂层)PVD物理涂层金刚石刀具PCBN聚晶立方氮化硼刀具;一、概述超硬刀具材料是指比陶瓷材料更硬的刀具材料。
包括：单晶金刚石、聚晶金刚石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)和CVD金刚石等。
超硬刀具主要是以金刚石和立方氮化硼为材料制作的刀具，其中以人造金刚石复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合片(PCBN)刀具占主导地位。
许多切削加工概念，如绿色加工、以车代磨、以铣代磨、硬态加工、高速切削、干式切削等都因超硬刀具的应用而起，故超硬刀具已成为切削加工中不可缺少的重要手段。
随着科技的进步，制造业的高速发展，CNC 加工技术的迅猛发展以及数控机床的普遍使用，超硬刀具的生产及应用也越来越广泛。
PCD和PCBN刀具已广泛应用于机械加工的各个行业，如汽车零部件的切削加工，强化木地板的加工等，极大地促进了切削加工及先进制造技术的飞速发展。
二、切削材料及超硬材料发展史3、金刚石、超硬材料的特性与作用众所周知，金刚石材料的成分是碳，金刚石与铁系有亲和力，切削过程中，金刚石的导热性优越，散热快，但是要注意切削热不宜高于700度，否则会发生石墨化现象，工具会很快磨损。
因为金刚石在高温下和W、Ta、Ti、Zr、Fe、Ni、Co、Mn、Cr、Pt等会发生反应，与黑色金属(铁碳合金)在加工中会发生化学磨损，所以，金刚石不能用于加工黑色金属只能用在有色金属和非金属材料上，而CBN即使在1000oC的高温下，切削黑色金属也完全能胜任。
已成为未来难加工材料的主要切削工具材料。
一般超硬材料指的是人造金刚石、人造CBN。
这两种材料的同时存在，起到了互补的作用、可以覆盖当前与今后发展的各种新型材料的加工，对整个切削加工领域极为有利。
1．PCD金刚石烧结体（PCD）的出现，在许多方面代替了天然单晶金刚石。
PCD与天然金刚石比较，价格便宜，且刃磨远比天然金刚石方便，所以其应用、推广特别迅速。
超硬材料制造刀具的方法及应用
钾 :40% ;硼酸:50 % ;氟化钾: 10 %0 钎焊工艺:
(7 一 X,103Mpa立方氮化硼聚晶体 9)
3.2 应用效果
加或不加粘合剂 然后， 将所获大颗粒聚晶体制成刀具。 立方氮化硼同聚晶金刚石相比， 除硬度稍低一 点外， 热稳定性和对铁族元素的化学惰性都比金刚
采用热压工艺或强化陶瓷晶粒所形成的陶瓷刀具
一 根连杆， 4 每加工 1一2 根对刀一次， 表面粗糙度
很难达到要求， 废品率达 20 %。采用 M16B 陶瓷
材料， 其硬度可达 HRA90 以上， 抗弯强度可达 0.9
一1 Gpa 。
刀具， 每刃磨一次加工 30 - 40 根， 精度达到要求，
表面粗糙度 Ra= 0.8pm， 废品率减少， 刀具耐用度
摘 要 超 刀 材 制 的 具 有 高 硬 和 越 耐 性耐 性" a'定 和 a 结 能 耐 度 :用 硬 具 料 造 刀 具 很 的 度 优 的 磨 、热 、 性抗 性。用 比
中图分类号:TG711 文献标志码:C 文章编号:1008 一 0155(2006)06 一 0107 一 02
1 陶瓷刀具
出版社， 2000 .
切削深度:ap二 0.2mm;
精 车 : 转 速: n 二 1200r/ min 进 给 量 : f 二
. 015mm/ min
[3] 赵明生. 机械工程师手册〔 . 北京机械 M]
工业 出版社， 1996 .
切削深度量:ap = 0 . l mm
实验结果: 用聚晶金刚石车刀加工时， 刀尖未
方法获得的第二种无机超硬材料。
理化学性能及使用情况， 采取熔 点为 610℃ 一
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涂层刀具材料
2、PVD高性能涂层 这类涂层适合于各种材料的刀具，主要用于立铣刀、钻头、阶 梯钻、油孔钻、铰刀、丝锥、可转位铣刀片、异形刀具、焊接 刀具等的涂层处理，适合半精加工、精加工等。 3、表面优化涂层 表面优化涂层适合高速精加工的技术要求。
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超硬刀具材料的选用与使用
超硬刀具材料的选用与使用
2 1 3 2 2 2 2 5 3 3
陶瓷材料
涂层刀具材料
加工步骤 百分表 立方氮化硼
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涂层刀具材料
涂层刀具是在韧性较好的刀具上涂覆一层或多层耐磨性好 的TiN、TiCN、TiAlN和Al3O2等，涂层的厚度为2～18μm，能 有效地改善切削过程的摩擦和粘附作用，降低切削热的生成。 在机械制造方面主要使用以下 几种涂层材料： 1、MT-CVD涂层 主要用于硬质合金可转位车削 类刀片的涂层，涂层刀片适合 于高速、高温、大负荷、干式 切削条件下使用。
陶瓷材料
陶瓷刀具具有高硬度(HRA91～95)、高强度(抗 弯强度为750～1000MPa)，耐磨性好，化学稳定性 好，抗粘结性能良好，摩擦系数低且价格低廉，具有 很高的高温硬度，1200°C时硬度达到HRA80等优点。
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立方氮化硼
立方氮化硼的硬度和耐磨性仅次于金刚石，有极好 的高温硬度，与陶瓷相比，其耐热性和化学稳定性稍差， 但冲击强度和抗破碎性能较好。它广泛适用于淬硬钢 (HRC≥50)、珠光体灰铸铁、冷硬铸铁和高温合金等的 切削加工，与硬质合金刀具相比，其切削速度可提高一 个数量级。