数控编程、车铣复合等前沿资讯：刀具材料应具备的基本性能

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刀具所需材料需满足的要素包括硬度、耐磨度、耐热性、强度以及韧性等，这些性能对刀具的使用寿命、加工效能、加工品质以及成本等方面均有显著影响。在切削过程中，刀具需承受高压、高温、摩擦、冲击以及振动等多种作用力。鉴于此，刀具材料必须具备以下几项基本性能：

刀具材料需具备足够的硬度和良好的耐磨性能。具体而言，其硬度需超越工件材料，通常需达到60HRC或更高。硬度提升，耐磨性也随之增强。

刀具材料需具备较强的强度与韧性，这样才能有效抵抗切削过程中的力量、冲击以及振动，从而避免刀具因脆性而断裂或刃口出现崩损。

刀具在高温下的性能需出色，须具备较高的耐热性能，以便在高温切削过程中保持稳定，并且应有效抵抗氧化作用。

刀具材料需具备优良的锻造能力、热处理效果、焊接特性以及磨削加工性能；同时，还需追求性能与成本之间的最佳性价比。

数控刀具材料的选用原则

当前普遍使用的数控刀具包括金刚石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、涂层刀具、硬质合金刀具以及高速钢刀具等。这些刀具材料的牌号众多，性能差异显著。

数控加工中，刀具材料的选取需依据工件特性及加工要求进行。选择刀具材料时，应确保其与加工工件相适宜，即切削刀具材料需与工件在力学、物理及化学性能上相契合，从而实现刀具寿命的最大化和切削加工效率的最高化。

1．切削刀具材料与加工对象的力学性能匹配

切削刀具与加工工件之间的力学性能协调关键在于确保刀具与工件材料在强度、韧性及硬度等力学特性上达到一致。不同力学特性的刀具材料适用于加工不同特性的工件材料。

刀具的硬度等级依次排列为：金刚石刀具最为坚硬，其次是立方氮化硼刀具，然后是陶瓷刀具，接着是硬质合金，最后是高速钢。

刀具材料的弯曲抗力依次排列为：高速钢位居首位，其次是硬质合金，陶瓷刀具排在第三，而金刚石和立方氮化硼刀具则位于最后。

刀具材料的韧性依次递减的排列为：高速钢的韧性最强，其次是硬质合金，而立方氮化硼、金刚石和陶瓷刀具的韧性相对较低。

加工高硬度工件需选用硬度更高的刀具，刀具材质硬度需超越工件材质硬度，通常需达到60HRC及以上。刀具材质硬度提升，其耐磨性也随之增强。具备出色高温力学性能的刀具特别适用于高速切削作业。陶瓷刀具因其卓越的高温性能，可在高速切削中发挥优势，其切削速度可较硬质合金提升2至10倍。

2．切削刀具材料与加工对象的物理性能匹配

刀具的物理特性各异，包括那些具有高导热性和低熔点的高速钢刀具、熔点高而热膨胀系数低的陶瓷刀具、导热性能强且热膨胀率低的金刚石刀具等，它们适用于加工的工件材料也各有差异。在加工导热性不佳的工件时，宜选用导热性能更佳的刀具材料，以便切削时产生的热量能迅速散出，从而有效降低切削过程中的温度。金刚石因其导热性能卓越，热扩散能力强劲，故切削时产生的热量能够迅速散去，从而避免了显著的热变形。这对于那些对尺寸精度有着极高要求的精密加工刀具而言，显得尤为关键。

金刚石刀具的耐热温度范围在700至800摄氏度之间，PCBN刀具的耐热温度则介于1300至1500摄氏度，陶瓷刀具的耐热温度为1100至1200摄氏度，Ti C（N）基硬质合金的耐热温度在900至1100摄氏度，WC基超细晶粒硬质合金的耐热温度为800至900摄氏度，而HSS的耐热温度则处于600至700摄氏度。

不同刀具材料的导热能力依次为：金刚石涂层（PCD）最高，其次是立方氮化硼（PCBN），然后是WC基硬质合金，接着是TiC（N）基硬质合金，之后是高速钢（HSS），再之后是氮化硅（Si3N4）基陶瓷，最后是氧化铝（AL2O3）基陶瓷。

各种刀具材料的热膨胀系数排列依次为：高速钢的热膨胀系数最大，其次是WC基硬质合金，然后是TiC（N）合金，接着是AL2O3基陶瓷，再之后是PCBN，再是Si3N4基陶瓷，最后是PCD。

各类刀具材料的耐热冲击能力依次排列为：高速钢、WC基硬质合金、Si3N4基陶瓷、PCBN、PCD、Ti C（N）基硬质合金以及AL2O3基陶瓷。

3．切削刀具材料与加工对象的化学性能匹配

切削刀具的选材需考虑其与加工工件材料间的化学特性相契合，这包括刀具材料与工件材料间化学亲和力的协调、化学反应的兼容性、扩散速度以及溶解度等关键化学性能参数的匹配。由于刀具材料种类各异，它们各自适用的工件材料范围也各有不同。

不同刀具材料的抗粘接温度水平排序为：PCBN材料最高，其次是陶瓷，然后是硬质合金，最后是HSS。

陶瓷材料的抗氧化温度最高，其次是PCBN，然后是硬质合金，金刚石排在第四位，而HSS的抗氧化温度最低。

刀具材料的扩散强度在钢铁上的排序为：金刚石最强，其次是Si3N4基陶瓷，然后是PCBN，最后是AL2O3基陶瓷。而在钛材料上的排序则是：AL2O3基陶瓷的扩散强度最高，其次是PCBN，接着是Sic，然后是Si3N4，金刚石则排在最后。

通常情况下，PCBN刀具、陶瓷刀具、涂覆硬质合金以及TiC（N）基硬质合金刀具适用于对钢铁等黑色金属进行数控加工；而PCD刀具则适用于对铝、镁、铜等有色金属及其合金以及非金属材料的加工。以下表格详细列出了这些刀具材料适用的工件材料种类。

注：—非常适合，—适合，—一般，×—不适合使用。