高速切削加工刀具材料的選用
一、鋁合金：
1、易切削鋁合金
該材料在航空航天工業(yè)應(yīng)用較多，適用的刀具有K10、K20、PCD，切削速度在2000～4000m/min，進(jìn)給量在3～12m/min，刀具前角為12°～18°，后角為10°～18°，刃傾角可達(dá)25°。
2、鑄鋁合金
鑄鋁合金根據(jù)其Si含量的不同，選用的刀具也不同，對(duì)Si含量小于12%的鑄鋁合金可采用K10、Si3N4刀具，當(dāng)Si含量大于12%時(shí)，可采用 PKD（人造金剛石）、PCD（聚晶金剛石）及CVD金剛石涂層刀具。對(duì)于Si含量達(dá)16%～18%的過(guò)硅鋁合金，最好采用PCD或CVD金剛石涂層刀 具，其切削速度可在1100m/min，進(jìn)給量為0.125mm/r。
二、鑄鐵：
對(duì)鑄件，切削速度大于350m/min時(shí)，稱(chēng)為高速加工，切削速度對(duì)刀具的選用有較大影響。當(dāng)切削速度低于750m/min時(shí)，可選用涂層硬質(zhì)合金、金屬陶 瓷；切削速度在510～2000m/min時(shí)，可選用Si3N4陶瓷刀具；切削速度在2000～4500m/min時(shí)，可使用CBN刀具。
鑄件的金相組織對(duì)高速切削刀具的選用有一定影響，加工以珠光體為主的鑄件在切削速度大于500m/min時(shí)，可使用CBN或Si3N4，當(dāng)以鐵素體為主時(shí)， 由于擴(kuò)散磨損的原因，使刀具磨損嚴(yán)重，不宜使用CBN，而應(yīng)采用陶瓷刀具。如粘結(jié)相為金屬Co，晶粒尺寸平均為3μm，CBN含量大于90%～95%的 BZN6000在V=700m/min時(shí)，宜加工高鐵素體含量的灰鑄鐵。粘結(jié)相為陶瓷（AlN＋AlB2）、晶粒尺寸平均為10μm、CBN含量為 90%～95%的Amborite刀片，在加工高珠光體含量的灰鑄鐵時(shí)，在切削速度小于1100m/min時(shí)，隨切削速度的增加，刀具壽命也增加。
普通鋼
切削速度對(duì)鋼的表面質(zhì)量有較大的影響，根據(jù)德國(guó)Darmstadt大學(xué)PTW所的研究，其最佳切削速度為500～800m/min。
目前，涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、非金屬陶瓷、CBN刀具均可作為高速切削鋼件的刀具材料。其中涂層硬質(zhì)合金可用切削液。用PVD涂層方法生產(chǎn)的TiN涂層刀 具其耐磨性能比用CVD涂層法生產(chǎn)的涂層刀具要好，因?yàn)榍罢呖珊芎玫乇３秩锌谛螤�，使加工零件獲得較高的精度和表面質(zhì)量。
金屬陶瓷刀具占 日本刀具市場(chǎng)的30%，以TiC-Ni-Mo為基體的金屬陶瓷化學(xué)穩(wěn)定性好，但抗彎強(qiáng)度及導(dǎo)熱性差，適于切削速度在400～800m/min的小進(jìn)給量、 小切深的精加工；Carboly公司用TiCN作為基體、結(jié)合劑中少鉬多鎢的金屬陶瓷將強(qiáng)度和耐磨兩者結(jié)合起來(lái)，Kyocera公司用TiN來(lái)增加金屬陶 瓷的韌性，其加工鋼或鑄鐵的切深可達(dá)2～3mm。CBN可用于銑削含有微量或不含鐵素體組織的軸承鋼或淬硬鋼。
三、高硬度鋼：
高硬度鋼（HRC40～70）的高速切削刀具可用金屬陶瓷、陶瓷、TiC涂層硬質(zhì)合金、PCBN等。
金 屬陶瓷可用基本成分為TiC添加TiN的金屬陶瓷，其硬度和斷裂韌性與硬質(zhì)合金大致相當(dāng)，而導(dǎo)熱系數(shù)不到硬質(zhì)合金的1/10，并具有優(yōu)異的耐氧化性、抗粘 結(jié)性和耐磨性。另外其高溫下機(jī)械性能好，與鋼的親和力小，適合于中高速（在200m/min左右）的模具鋼SKD加工。金屬陶瓷尤其適合于切槽加工。
采用陶瓷刀具可切削硬度達(dá)HRC63的工件材料，如進(jìn)行工件淬火后再切削，實(shí)現(xiàn)“以切代磨”。切削淬火硬度達(dá)HRC48～58的45鋼時(shí)，切削速度可取 150～180m/min，進(jìn)給量在0.3～0.4min/r，切深可取2～4mm。粒度在1μm，TiC含量在20%～30%的Al2O3-TiC陶瓷 刀具，在切削速度為100m/min左右時(shí)，可用于加工具有較高抗剝落性能的高硬度鋼。
當(dāng)切削速度高于1000m/min時(shí)，PCBN是最佳刀具材料，CBN含量大于90%的PCBN刀具適合加工淬硬工具鋼（如HRC55的H13工具鋼）。
四、高溫鎳基合金：
Inconel 718鎳基合金是典型的難加工材料，具有較高的高溫強(qiáng)度、動(dòng)態(tài)剪切強(qiáng)度，熱擴(kuò)散系數(shù)較小，切削時(shí)易產(chǎn)生加工硬化，這將導(dǎo)致刀具切削區(qū)溫度高、磨損速度加快。高速切削該合金時(shí)，主要使用陶瓷和CBN刀具。
碳化硅晶須增強(qiáng)氧化鋁陶瓷在100～300m/min時(shí)可獲得較長(zhǎng)的刀具壽命，切削速度高于500m/min時(shí)，添加TiC氧化鋁陶瓷刀具磨損較小，而在100～300m/min時(shí)其缺口磨損較大。氮化硅陶瓷（Si3N4）也可用于Inconel 718合金的加工。
加拿大學(xué)者M.A.Elbestawi認(rèn)為，SiC晶須增強(qiáng)陶瓷加工Inconel 718的最佳切削條件為：切削速度700m/min，切深為1～2mm，進(jìn)給量為0.1～0.18mm/z。
氮氧化硅鋁（Sialon）陶瓷韌性很高，適合于切削過(guò)固溶處理的Inconel 718（HRC45）合金，Al2O3-SiC晶須增強(qiáng)陶瓷適合于加工硬度低的鎳基合金。
五、鈦合金：（Ti6Al6V2Sn）
鈦合金強(qiáng)度、沖擊韌性大，硬度稍低于Inconel 718，但其加工硬化非常嚴(yán)重，故在切削加工時(shí)出現(xiàn)溫度高、刀具磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象。日本學(xué)者T.Kitagawa等經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得出，用直徑?10mm的硬 質(zhì)合金K10兩刃螺旋銑刀（螺旋角為30°）高速銑削鈦合金，可達(dá)到滿(mǎn)意的刀具壽命，切削速度可高達(dá)628m/min，每齒進(jìn)給量可取 0.06～0.12mm/z，連續(xù)高速車(chē)削鈦合金的切削速度不宜超過(guò)200m/min。
六、復(fù)合材料：
航天用的先進(jìn)復(fù)合材料（如Kevlar和石墨類(lèi)復(fù)合材料），以往用硬質(zhì)合金和PCD，硬質(zhì)合金的切削速度受到限制，而在900℃以上高溫下PCD刀片與硬質(zhì)合金或高速鋼刀體焊接處熔化，用陶瓷刀具則可實(shí)現(xiàn)300m/min左右的高速切削。
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