超硬材料机械刀具的种类与性能分析

CVD 金刚石中不含任何金属催化剂，其热稳定性和硬度在很大程度上近似于天然金刚石。CVD 金刚石具有很强的抗磨损性和极高的硬度，是目前世界上公认的硬刀具材料。除此之外，CVD 金刚石还具有摩擦系数小、热导率高、切割效果好等诸多优点， 在进行金属和非金属材料切割方面都具有很好的效果。但是CVD 金刚石的热稳定性较差，而且硬度有余，韧性不足，在长期切割产生高温的情况下容易出现碳化现象，不能用于硬质合金、钢铁合金等材料的加工。金刚石刀具的性能特点①极高的硬度和耐磨性：天然金刚石是自然界已经发现的***硬的物质。

   聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具，按照其构成成分的不同，可以分为聚晶立方氮化硼复合片、整体聚晶立方氮化硼刀具以及电镀立方氮化硼刀具三种类型。其中，聚晶立方氮化硼是目前应用较为广泛的一种超硬刀具材料，具有极高的耐磨性和热稳定性，适用于目前多数机械加工操作，而且其材料来源较为广泛，制造成本相对于金刚石要低，因此成为了机械加工刀具材料的主流选择。人造聚晶金刚石是在高温高压状态下，加入金属凝结剂将金刚石单晶体材料结合形成的一种材料。各个牌号分别以01～50之间的数字表示从高硬度到韧性之间的一系列合金。在硬度方面，处于CVD 金刚石和天然金刚石之间，但是其韧性要高于两

者，同时还具有较好的兼容性和可焊性。目前人造聚晶金刚石多用于精密小型部件的加工切割。

硬质合金常规用途

硬质合金因其高硬度，高耐磨性及其高红硬性被广泛使用于我国工业领域，可以毫不夸张的说，没有硬质合金，人类文明至少要倒退几百年！硬质合金刀具常规用途

一、传统的机夹和焊接刀片二、目前广泛使用的数控涂层刀片三、各类冲压模具的内套和冲头四、钢厂高线轧辊和建筑行业用第二次带肋钢筋轧制三维滚五、线路板切割用圆盘切刀六、各类金属薄板园切刀七、人造金刚石的两面顶、六面顶锤八、人工机制砂中耐磨锤头九、各类耐磨耐腐蚀阀门中核心部件十、盾构机掘进前端耐磨齿头十一、整体硬质合金钻头和微型钻花及各种刀具制造十二、有色金属压延用各类大小轧辊十三、各类金属拉丝拉管模具十四、非金属粉末研磨用合金长条、合金磨盘十五、各类高速过流喷嘴十六、、矿山掘进用硬质合金齿头十八、金属硬密封用硬质合金密封副十九、液晶显示屏生产用均热板二十、印刷机械、食品包装机械、用切削刀具及零件

硬质合金刀具在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。

　　由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和机械夹固式结构。1949～1950年间,美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久即应用在铣刀和其他刀具上。1972年，美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。③CVD金刚石刀具：自从20世纪70年代末至80年代初，CVD金刚石技术在日本出现。

　　1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质合金刀片的。1972年，美国的邦沙和拉古兰发展了物***相沉积法，在硬质合金刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性，与表层的高硬度和耐磨性结合起来，从而使这种复合材料具有更好的切削性能。系统规定除Z轴之外，其他轴也可以使用刀具长度补偿，但同时规定长度补偿只能同时加在一个轴上，要对补偿轴进行切换，必须先取消对前面轴的补偿。

　　刀具按工件加工表面的形式可分为五类。加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等;孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内表面拉刀等;螺纹加工工具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等;齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等;切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外，还有组合刀具。在加工过程中，vF也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。

　　按切削运动方式和相应的刀刃形状，刀具又可分为三类。通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等;成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的形状，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等;展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。当刀片达到要求的厚度后，对其进行进一步磨削加工以获得准确的几何形状和尺寸。

?常规刀具材料的基本性能

1) 高速钢。高速钢是一种加入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢，其含碳量为0.7%——1.05%。高速钢具有较高耐热性，其切削温度可达600℃，与碳素工具钢及合金工具钢相比，其切削速度可成倍提高。

2) 陶瓷。与硬质合金刀具相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。陶瓷材料的缺点是脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差，这也是近几十年来人们不断对其进行改进的***。刀具材料可分为三大类：①氧化铝基陶瓷。②氮化硅基陶瓷。③氧化铝复合陶瓷。在加工的过程中，如果零件轮廓尺寸与图纸尺寸有差别，就可以通过修正存储器Dxx中的半径补偿值，再重新运行程序以达到要求。

3) 金属陶瓷。金属陶瓷的切削效率和工作寿命高于硬质合金、涂层硬质合金刀具，加工出的工件表面粗糙度小；3）在附加工件坐标系中设置工件零点偏移G10L20P__IP__。由于金属陶瓷与钢的粘结性较低，因此用刀具取代涂层硬质合金刀具加工钢制工件时，切屑形成较稳定，在自动化加工中不易发生长切屑缠绕现象，零件棱边基本没有毛刺。金属陶瓷的缺点是抗热震性较差，易碎裂，因此使用范围有限。

4) 超硬材料。人造金刚石、立方氮化硼(CBN)等具有高硬度的材料统称为超硬材料。金刚石是世界上已知的硬物质，并具有高导热性、高绝缘性、高化学稳定性、高温半导体特性等多种优良性能，可用于铝、铜等有色金属及其合金的精密加工，特别适合加工非金属硬脆材料。而在补偿方式中，写入2个或更多刀具不移动的程序段（辅助功能，暂停等等），刀具将产生过切或欠削。

5) 硬质合金。硬质合金刀具的硬度已达98——93HRA，在1000℃的高温下仍具有较好的红硬性，其耐用度是高速钢的几十倍。硬质合金是由WC、TiC、TaC、NbC、VC等难熔金属碳化物以及作为粘结剂的铁族金属用粉末冶金方法制备而成。与高速钢相比，它具有较高的硬度、耐磨性和红硬性；④具有较好的热导性：CBN的热导性虽然赶不上金刚石，但是在各类刀具材料中PCBN的热导性仅次于金刚石，大大高于高速钢和硬质合金。与超硬材料相比，它具有较高的韧性。