非金属材料的切削加工
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12-1-2 主要刀具材料演變及選用原則
新工件材料的陸續開發，工具機剛性的 不斷提高；為了配合生產效率，高金屬移除 率要求，刀具材料亦不斷地演進。由圖12-3 可看出，其演變過程是由碳工具鋼→高速鋼 →燒結碳化物→陶瓷→鑽石及CBN。
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1. 高碳工具鋼
為含碳量約 0.9 ～ 1.5% 高碳工具鋼 (high carbon tool steel)，經由淬火硬化處理，使其硬 度達到HRC60左右。其特性為未硬化處理前加 工成形性佳，具有良好韌性，切削時可承受較 大衝擊負荷。但缺點則為高溫硬度低，受熱時 易於軟化，因此不適合使用於高速及重負荷切 削，僅適合使用於軟材料切削及低速切削。車 刀已甚少採用此材料製造，高碳工具鋼一般均 用於製造鑽頭、銑刀、鋸條及木工刀具等。
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5. 瓷質合金
硬度像陶瓷 (ceramic) 而強度像金屬， 係 TiC或 TiN以 Ni 或 Co 予以混合、壓製、燒 結而成，主要成分為 TiC ； TiC 具有極為優 越的高溫耐磨耗性及耐擴散性，但缺點為韌 性較差。
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其特性為：
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高速鋼具有加工容易及韌性特強的優點，因 此在工業界仍被大量使用。
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(3)M類燒結碳化物 將 P 類碳化物中 TiC 含量減少而將 TaC 含量增加，其性質介於 P 類與 K 類之間，適 合使用於具有長或短切屑鐵金屬材料的切削 及非鐵金屬材料的切削。
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(1)不管是鋼鐵或鑄鐵皆可以切削。 (2)由於耐擴散性很高，因此可使用於易產生凹坑 磨耗之軟鋼等切削。 (3) 由 於 不 容 易 產 生 刃 口 積 屑 緣 (built-up Edge, BUF) ，可得到非常良好之加工面。因此可使 用於鋼、鑄鐵之精切削加工。 (4)比超硬合金更適合於高速切削，在相同切削速 度下，其刀具壽命會比超硬合金延長數倍。
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(2)P類燒結碳化物 在K類燒結碳化物中添加碳化鈦(TiC)和 碳化鉭(TaC)，以阻止碳在800℃以上高溫時 被分解，阻止凹坑磨耗的發生。適合於切削 會產生連續切屑的鐵金屬材料。
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12-1 切削加工用刀具材料 12-2 成形加工用模具材料 12-3 衝壓模具用材料
12-4 壓鑄模具用材料 12-5 塑膠模具用材料 12-6 鍛造模具用材料
12-1 切削加工用刀具材料
12-1-1 刀具材料必須具備的基本性質
1. 常溫硬度或稱冷硬度 指刀具材料在常溫時的硬度，硬度愈高 時，刀具耐磨耗性愈佳。 2. 高溫硬度或稱熱硬度 高溫硬度亦愈高，愈能夠從事於高速切 削及重切削。
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瓷質合金不適用之狀況：
(1) 受到熱衝擊很容易產生裂縫之耐熱合金、 高硬度材料等難削材切削及高進給速率、 大切削深度、斷續切削等。 (2) 很容易發生剝離之鑄鐵的黑皮切削及粗切 削。
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2. 合金工具鋼
高碳工具鋼中添加鉻 (Cr) 、鎢 (W) 、鉬 (Mo)、釩(V)、錳 (Mn)等合金元素。可以增 加工具鋼之硬化能及回火軟化抵抗；並經由 特殊碳化物析出，以增加刀具的耐磨耗性， 一般均用於螺絲攻、鋸條、銼刀。
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4. 燒結碳化物
又稱為超硬合金，係將碳化鎢 (WC) 、 碳化鈦(TiC)及碳化鉭(TaC)等碳化物粉末， 以鈷為結合劑，予以混合後，置入模具中加 壓成形，然後置於1400℃左右燒結爐中加熱 燒結成形。
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(1)K類燒結碳化物 為碳化鎢 (WC) 結合鈷 (Co) 所形成的單 元碳化合物，具有極佳硬度和耐磨耗性，適 合使用於會形成不連續切屑的鑄鐵、鑄鋼材 料，以及非鐵金屬材料、非金屬材料的切削 加工。當切削溫度高達 800℃ 以上時， WC 中之C便會分解出來，必須在低速及輕切削 狀況使用。
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3. 韌性 衝擊強度愈高，代表其韌性愈佳。
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4. 高溫耐氧化性 1000℃以上高溫時，很容易產生氧化反 應。 5. 高溫耐擴散性 切屑滑移通過刀具斜面時，很容易因為 原子相互擴散而造成凹坑磨耗。 6. 熱傳導係數 切刃損傷大多是切削時所產生的熱量所 造成。
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3. 高速鋼
是鎢、鉬、釩、鈷及鉻含量比較多的合 金工具鋼，鎢可以提高刀具高溫硬度，增加 耐磨耗性，提高切削性能；鉬可以與碳結 合，提高刀具韌性；釩可以使麻田散鐵及沃 斯田鐵之晶粒微細化，以提高刀具強度及熱 硬度；鈷可以使高速鋼具有二次硬化效應， 用於高速切削及重切削加工。
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新工件材料的陸續開發，工具機剛性的 不斷提高；為了配合生產效率，高金屬移除 率要求，刀具材料亦不斷地演進。由圖12-3 可看出，其演變過程是由碳工具鋼→高速鋼 →燒結碳化物→陶瓷→鑽石及CBN。
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1. 高碳工具鋼
為含碳量約 0.9 ～ 1.5% 高碳工具鋼 (high carbon tool steel)，經由淬火硬化處理，使其硬 度達到HRC60左右。其特性為未硬化處理前加 工成形性佳，具有良好韌性，切削時可承受較 大衝擊負荷。但缺點則為高溫硬度低，受熱時 易於軟化，因此不適合使用於高速及重負荷切 削，僅適合使用於軟材料切削及低速切削。車 刀已甚少採用此材料製造，高碳工具鋼一般均 用於製造鑽頭、銑刀、鋸條及木工刀具等。
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5. 瓷質合金
硬度像陶瓷 (ceramic) 而強度像金屬， 係 TiC或 TiN以 Ni 或 Co 予以混合、壓製、燒 結而成，主要成分為 TiC ； TiC 具有極為優 越的高溫耐磨耗性及耐擴散性，但缺點為韌 性較差。
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其特性為：
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高速鋼具有加工容易及韌性特強的優點，因 此在工業界仍被大量使用。
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(3)M類燒結碳化物 將 P 類碳化物中 TiC 含量減少而將 TaC 含量增加，其性質介於 P 類與 K 類之間，適 合使用於具有長或短切屑鐵金屬材料的切削 及非鐵金屬材料的切削。
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(1)不管是鋼鐵或鑄鐵皆可以切削。 (2)由於耐擴散性很高，因此可使用於易產生凹坑 磨耗之軟鋼等切削。 (3) 由 於 不 容 易 產 生 刃 口 積 屑 緣 (built-up Edge, BUF) ，可得到非常良好之加工面。因此可使 用於鋼、鑄鐵之精切削加工。 (4)比超硬合金更適合於高速切削，在相同切削速 度下，其刀具壽命會比超硬合金延長數倍。
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12-1 切削加工用刀具材料
12-1-1 刀具材料必須具備的基本性質
1. 常溫硬度或稱冷硬度 指刀具材料在常溫時的硬度，硬度愈高 時，刀具耐磨耗性愈佳。 2. 高溫硬度或稱熱硬度 高溫硬度亦愈高，愈能夠從事於高速切 削及重切削。
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瓷質合金不適用之狀況：
(1) 受到熱衝擊很容易產生裂縫之耐熱合金、 高硬度材料等難削材切削及高進給速率、 大切削深度、斷續切削等。 (2) 很容易發生剝離之鑄鐵的黑皮切削及粗切 削。
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2. 合金工具鋼
高碳工具鋼中添加鉻 (Cr) 、鎢 (W) 、鉬 (Mo)、釩(V)、錳 (Mn)等合金元素。可以增 加工具鋼之硬化能及回火軟化抵抗；並經由 特殊碳化物析出，以增加刀具的耐磨耗性， 一般均用於螺絲攻、鋸條、銼刀。
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4. 燒結碳化物
又稱為超硬合金，係將碳化鎢 (WC) 、 碳化鈦(TiC)及碳化鉭(TaC)等碳化物粉末， 以鈷為結合劑，予以混合後，置入模具中加 壓成形，然後置於1400℃左右燒結爐中加熱 燒結成形。
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(1)K類燒結碳化物 為碳化鎢 (WC) 結合鈷 (Co) 所形成的單 元碳化合物，具有極佳硬度和耐磨耗性，適 合使用於會形成不連續切屑的鑄鐵、鑄鋼材 料，以及非鐵金屬材料、非金屬材料的切削 加工。當切削溫度高達 800℃ 以上時， WC 中之C便會分解出來，必須在低速及輕切削 狀況使用。
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3. 韌性 衝擊強度愈高，代表其韌性愈佳。
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3. 高速鋼
是鎢、鉬、釩、鈷及鉻含量比較多的合 金工具鋼，鎢可以提高刀具高溫硬度，增加 耐磨耗性，提高切削性能；鉬可以與碳結 合，提高刀具韌性；釩可以使麻田散鐵及沃 斯田鐵之晶粒微細化，以提高刀具強度及熱 硬度；鈷可以使高速鋼具有二次硬化效應， 用於高速切削及重切削加工。