高速切削刀具技术.pdf
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合金结构钢、高强度钢、高锰钢、淬硬钢等)和 各种铸铁，也可加工铜合金、石墨、工程塑料和 复合材料。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
2）立方氮化硼——立方氮化硼CBN 立方氮化硼CBN的力学和热学性能受粘接剂的
种类及其含量的影响很大。 粘结剂有钻、镍或碳化钛、氮化钛、氧化铝
等，因此，CBN的颗粒大小和粘接相种类直接影 响它的切削性能。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
2）立方氮化硼 PCBN刀具在高速硬切削方面的应用比较广泛，
尤其是精加工汽车发动机的零部件，比如硬度在 60~65HRC之间的齿轮、轴、轴承。
这些零部件过去是靠磨削加工来保证尺寸精 度和表面质量的，高速硬切削可省略磨削工序， 使加工效率提高，成本降低。
CVD金刚石薄膜涂层刀具可以应用于复杂形状的刀 具如带断屑槽的刀片、整体立铣刀、刨刀、钻头等。
金刚石厚膜涂层刀具常用来高速切削过共晶铝合 金。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
2）立方氮化硼
立方氮化硼与聚晶金刚石一样，也是在高温高压 下人工合成的，立方氮化硼具有卓越的化学及热稳定 性，同铁族元素几乎不发生反应，这一点要优于金刚 石。
氧化铝在铁中的溶解度只有WC在铁中溶解度的五分之一， 因此，氧化铝基陶瓷扩散磨损小，同时它的抗氧化能力强。
但氧化铝基陶瓷的强度、断裂韧性、导热系数和抗热震性 都比较低。
氧化铝基陶瓷刀具在高速切削钢时具有比氮化硅陶瓷刀具 更优越的切削性能。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
3）陶瓷刀具 氧化铝基陶瓷适于加工各种钢材(碳素结构钢、
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石——人工合成单晶金刚石
人工合成单晶金刚石刀具有很好的尺寸、形状和化 学稳定性，主要用来加工木材如加工高耐磨Al O 涂层
23
的层状木地板。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石——聚晶金刚石(PCD)
聚晶金刚石(PCD)是以钴粉作为粘结剂，在高温高 压下(约5000个大气压，几千摄氏度)压制而成的。
2）立方氮化硼 CBN含量低 (50％～65％)的PCBN刀具主要用
来精加工钢 (45～65HRC)； CBN含量高(80％～90％)的PCBN刀具用来高
速粗加工、半精加工镍铬铸铁，断续加工淬硬钢、 硬质合金、金属陶瓷、重合金等。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
3）陶瓷刀具
陶瓷是非金属材料，其优点是具有极高的耐磨性和 高温硬度。 特点: 有很高的硬度（91HRA ～95HRA）和耐磨性，因而刀具 寿命高； 有很高的耐热性（耐wk.baidu.com温度1200℃）； 有良好的抗粘结性和化学稳定性，陶瓷刀具抗粘结、 抗扩散、抗氧化磨损的能力强； 有较低的摩擦系数，不易产生积屑瘤，故加工表面粗 糙度小。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
3）陶瓷刀具 陶瓷刀具材料主要有两大类： 氧化铝基陶瓷(Al2O3) 氮化硅基陶瓷(Si3N4)
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
3）陶瓷刀具——氧化铝基陶瓷
氧化铝基陶瓷具有良好的化学稳定性，与铁系金属亲和力 很小，因此不易发生粘接磨损。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
对于钢、铸铁等黑色金属，宜选用陶瓷、金属 陶瓷及立方氮化硼刀具；
对于铝、镁等有色金属，宜选用聚晶金刚石 PCD和化学气相沉积金刚石涂层刀具CVD等刀具材 料。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石 特点:
有极高的硬度（10000 HV）和耐磨性，是目前已知的 最硬物质； 刀具切削刃非常锋利，适合于极精密的加工； 具有很高的导热系数和很低的线膨胀系数，故加工质 量好。 耐热温度可达700℃～800℃。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
2）立方氮化硼——聚晶立方氮化硼 (PCBN) 聚晶立方氮化硼 (PCBN) 特别适合于加工铸
铁、耐热合金和硬度超过45HRC的淬硬钢(如发动 机箱体、齿轮、轴、轴承等汽车零部件)。
PCBN刀具还适合于干切削，可以用 2000m/min以上的高速加工灰铸铁。
聚晶金刚石具有优异的耐磨性，可用来切削有色金 属及非金属材料。
例如： 精加工难加工材料如硅铝合金和硬质合金等。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石——化学气相沉积(CVD)金刚石 化学气相沉积(CVD)金刚石涂层刀具也适合于高速
加工铝及其他有色金属如紫铜、黄铜、青铜，还可以 用来加工石墨制品和复合材料如碳一碳增强塑料、玻 璃纤维增强塑料、酚醛树脂等。
高速切削刀具技术
1.4.2 高速切削的刀具技术
（1）对高速切削刀具材料的要求
良好的高温化学性能和物理性能 化学稳定性 抗涂层破裂性 抗粘接性和抗热振性
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
高速切削加工刀具材料必须根据被加工工件的材质和 加工特性进行选择，并配以合理的切削条件，才能发 挥优异的切削性能。 当今刀具材料的快速发展有力地推动了高速切削的实 际应用。
因此，加工黑色金属时要使用立方氮化硼，而不 用金刚石。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
2）立方氮化硼 特点:
有很高的硬度（8000 HV ～9000 HV）和耐磨性， 因而刀具寿命很高； 有很高的耐热性，耐热温度可达1400℃～1500℃ 有良好的化学稳定性； 有良好的导热性和较低的摩擦系数。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石 能用作刀具材料的金刚石有四类： 天然金刚石 人工合成单晶金刚石 聚晶金刚石 化学气相沉积金刚石涂层刀具
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石——天然金刚石
天然金刚石是最昂贵的刀具材料，由于天然金刚石 可以刃磨成最锋利的切削刃，主要应用在超精密加工 领域，如加工微机械的微型零件、光学镜面、导弹和 火箭中的导航陀螺、计算机硬盘芯片等。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
2）立方氮化硼——立方氮化硼CBN 立方氮化硼CBN的力学和热学性能受粘接剂的
种类及其含量的影响很大。 粘结剂有钻、镍或碳化钛、氮化钛、氧化铝
等，因此，CBN的颗粒大小和粘接相种类直接影 响它的切削性能。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
2）立方氮化硼 PCBN刀具在高速硬切削方面的应用比较广泛，
尤其是精加工汽车发动机的零部件，比如硬度在 60~65HRC之间的齿轮、轴、轴承。
这些零部件过去是靠磨削加工来保证尺寸精 度和表面质量的，高速硬切削可省略磨削工序， 使加工效率提高，成本降低。
CVD金刚石薄膜涂层刀具可以应用于复杂形状的刀 具如带断屑槽的刀片、整体立铣刀、刨刀、钻头等。
金刚石厚膜涂层刀具常用来高速切削过共晶铝合 金。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
2）立方氮化硼
立方氮化硼与聚晶金刚石一样，也是在高温高压 下人工合成的，立方氮化硼具有卓越的化学及热稳定 性，同铁族元素几乎不发生反应，这一点要优于金刚 石。
氧化铝在铁中的溶解度只有WC在铁中溶解度的五分之一， 因此，氧化铝基陶瓷扩散磨损小，同时它的抗氧化能力强。
但氧化铝基陶瓷的强度、断裂韧性、导热系数和抗热震性 都比较低。
氧化铝基陶瓷刀具在高速切削钢时具有比氮化硅陶瓷刀具 更优越的切削性能。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
3）陶瓷刀具 氧化铝基陶瓷适于加工各种钢材(碳素结构钢、
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石——人工合成单晶金刚石
人工合成单晶金刚石刀具有很好的尺寸、形状和化 学稳定性，主要用来加工木材如加工高耐磨Al O 涂层
23
的层状木地板。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石——聚晶金刚石(PCD)
聚晶金刚石(PCD)是以钴粉作为粘结剂，在高温高 压下(约5000个大气压，几千摄氏度)压制而成的。
2）立方氮化硼 CBN含量低 (50％～65％)的PCBN刀具主要用
来精加工钢 (45～65HRC)； CBN含量高(80％～90％)的PCBN刀具用来高
速粗加工、半精加工镍铬铸铁，断续加工淬硬钢、 硬质合金、金属陶瓷、重合金等。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
3）陶瓷刀具
陶瓷是非金属材料，其优点是具有极高的耐磨性和 高温硬度。 特点: 有很高的硬度（91HRA ～95HRA）和耐磨性，因而刀具 寿命高； 有很高的耐热性（耐wk.baidu.com温度1200℃）； 有良好的抗粘结性和化学稳定性，陶瓷刀具抗粘结、 抗扩散、抗氧化磨损的能力强； 有较低的摩擦系数，不易产生积屑瘤，故加工表面粗 糙度小。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
3）陶瓷刀具 陶瓷刀具材料主要有两大类： 氧化铝基陶瓷(Al2O3) 氮化硅基陶瓷(Si3N4)
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
3）陶瓷刀具——氧化铝基陶瓷
氧化铝基陶瓷具有良好的化学稳定性，与铁系金属亲和力 很小，因此不易发生粘接磨损。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
对于钢、铸铁等黑色金属，宜选用陶瓷、金属 陶瓷及立方氮化硼刀具；
对于铝、镁等有色金属，宜选用聚晶金刚石 PCD和化学气相沉积金刚石涂层刀具CVD等刀具材 料。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石 特点:
有极高的硬度（10000 HV）和耐磨性，是目前已知的 最硬物质； 刀具切削刃非常锋利，适合于极精密的加工； 具有很高的导热系数和很低的线膨胀系数，故加工质 量好。 耐热温度可达700℃～800℃。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
2）立方氮化硼——聚晶立方氮化硼 (PCBN) 聚晶立方氮化硼 (PCBN) 特别适合于加工铸
铁、耐热合金和硬度超过45HRC的淬硬钢(如发动 机箱体、齿轮、轴、轴承等汽车零部件)。
PCBN刀具还适合于干切削，可以用 2000m/min以上的高速加工灰铸铁。
聚晶金刚石具有优异的耐磨性，可用来切削有色金 属及非金属材料。
例如： 精加工难加工材料如硅铝合金和硬质合金等。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石——化学气相沉积(CVD)金刚石 化学气相沉积(CVD)金刚石涂层刀具也适合于高速
加工铝及其他有色金属如紫铜、黄铜、青铜，还可以 用来加工石墨制品和复合材料如碳一碳增强塑料、玻 璃纤维增强塑料、酚醛树脂等。
高速切削刀具技术
1.4.2 高速切削的刀具技术
（1）对高速切削刀具材料的要求
良好的高温化学性能和物理性能 化学稳定性 抗涂层破裂性 抗粘接性和抗热振性
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
高速切削加工刀具材料必须根据被加工工件的材质和 加工特性进行选择，并配以合理的切削条件，才能发 挥优异的切削性能。 当今刀具材料的快速发展有力地推动了高速切削的实 际应用。
因此，加工黑色金属时要使用立方氮化硼，而不 用金刚石。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
2）立方氮化硼 特点:
有很高的硬度（8000 HV ～9000 HV）和耐磨性， 因而刀具寿命很高； 有很高的耐热性，耐热温度可达1400℃～1500℃ 有良好的化学稳定性； 有良好的导热性和较低的摩擦系数。
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石 能用作刀具材料的金刚石有四类： 天然金刚石 人工合成单晶金刚石 聚晶金刚石 化学气相沉积金刚石涂层刀具
1.4.2 高速切削的刀具技术
（2）高速切削的刀具材料
1）金刚石——天然金刚石
天然金刚石是最昂贵的刀具材料，由于天然金刚石 可以刃磨成最锋利的切削刃，主要应用在超精密加工 领域，如加工微机械的微型零件、光学镜面、导弹和 火箭中的导航陀螺、计算机硬盘芯片等。