如何根據刀具材料及工件材料正確選用數控刀具

目前廣泛應用的數控刀具材料主要有金剛石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、涂層刀具、硬質合金刀具和高速鋼刀具等。刀具材料總牌號多，其性能相差很大。如下表各種刀具材料的主要性能指標。

數控加工用刀具材料必須根據所加工的工件和加工性質來選擇。刀具材料的選用應與加工對象合理匹配，切削刀具材料與加工對象的匹配，主要指二者的力學性能、物理性能和化學性能相匹配，以獲得最長的刀具壽命和最大的切削加工生產率。

1．切削刀具材料與加工對象的力學性能匹配

切削刀具與加工對象的力學性能匹配問題主要是指刀具與工件材料的強度、韌性和硬度等力學性能參數要相匹配。具有不同力學性能的刀具材料所適合加工的工件材料有所不同。

① 刀具材料硬度順序為：金剛石刀具>立方氮化硼刀具>陶瓷刀具>硬質合金>高速鋼。

② 刀具材料的抗彎強度順序為：高速鋼>硬質合金>陶瓷刀具>金剛石和立方氮化硼刀具。

③ 刀具材料的韌度大小順序為：高速鋼>硬質合金>立方氮化硼、金剛石和陶瓷刀具。

高硬度的工件材料，必須用更高硬度的刀具來加工，刀具材料的硬度必須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，其耐磨性就越好。如，硬質合金中含鈷量增多時，其強度和韌性增加，硬度降低，適合于粗加工；含鈷量減少時，其硬度及耐磨性增加，適合于精加工。

具有優良高溫力學性能的刀具尤其適合于高速切削加工。陶瓷刀具優良的高溫性能使其能夠以高的速度進行切削，允許的切削速度可比硬質合金提高2～10倍。

2．切削刀具材料與加工對象的物理性能匹配

具有不同物理性能的刀具，如，高導熱和低熔點的高速鋼刀具、高熔點和低熱脹的陶瓷刀具、高導熱和低熱脹的金剛石刀具等，所適合加工的工件材料有所不同。加工導熱性差的工件時，應采用導熱較好的刀具材料，以使切削熱得以迅速傳出而降低切削溫度。金剛石由于導熱系數及熱擴散率高，切削熱容易散出，不會產生很大的熱變形，這對尺寸精度要求很高的精密加工刀具來說尤為重要。

① 各種刀具材料的耐熱溫度：金剛石刀具為700～8000C、PCBN刀具為13000～15000C、陶瓷刀具為1100～12000C、TiC(N)基硬質合金為900～11000C、WC基超細晶粒硬質合金為800～9000C、HSS為600～7000C。

② 各種刀具材料的導熱系數順序：PCD>PCBN>WC基硬質合金>TiC(N)基硬質合金>HSS>Si3N4基陶瓷>A1203基陶瓷。

③ 各種刀具材料的熱脹系數大小順序為：HSS>WC基硬質合金>TiC(N)> A1203基陶瓷>PCBN>Si3N4基陶瓷>PCD。

④ 各種刀具材料的抗熱震性大小順序為：HSS>WC基硬質合金>Si3N4基陶瓷>PCBN>PCD>TiC(N)基硬質合金>A1203基陶瓷。

3．切削刀具材料與加工對象的化學性能匹配

切削刀具材料與加工對象的化學性能匹配問題主要是指刀具材料與工件材料化學親和性、化學反應、擴散和溶解等化學性能參數要相匹配。材料不同的刀具所適合加工的工件材料有所不同。

① 各種刀具材料抗粘接溫度高低(與鋼)為：PCBN>陶瓷>硬質合金>HSS。

② 各種刀具材料抗氧化溫度高低為：陶瓷>PCBN>硬質合金>金剛石>HSS。

③ 種刀具材料的擴散強度大小(對鋼鐵)為：金剛石>Si3N4基陶瓷>PCBN>A1203基陶瓷。擴散強度大小(對鈦)為：A1203基陶瓷>PCBN>SiC>Si3N4>金剛石。

4．數控刀具材料的合理選擇

一般而言，PCBN、陶瓷刀具、涂層硬質合金及TiCN基硬質合金刀具適合于鋼鐵等黑色金屬的數控加工；而PCD刀具適合于對Al、Mg、Cu等有色金屬材料及其合金和非金屬材料的加工。表3-3-2列出了上述刀具材料所適合加工的一些工件材料。

下表出了各種刀具材料所適合加工的一些工件材料。