刀具材料的發(fā)展對(duì)切削技術(shù)的進(jìn)步起著決定性的作用。本文介紹了切削中所使用的金剛石、聚晶立方氮化硼、陶瓷、硬質(zhì)合金、高速鋼等刀具材料的性能及適用范圍。刀具損壞機(jī)理是刀具材料合理選用的理論基礎(chǔ)，刀具材料與工件材料的性能匹配合理是切削刀具材料選擇的關(guān)鍵依據(jù)，要根據(jù)刀具材料與工件材料的力學(xué)、物理和化學(xué)性能選擇刀具材料，才能獲得良好的切削效果。就活塞在切削加工時(shí)的刀具材料選用作了闡述。 ;ph+ZV  
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高速鋼：活塞加工中銑澆冒口、銑橫槽及銑膨脹槽用銑刀，鉆油孔用鉆頭等都為高速鋼材料。 I(iGs I  
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硬質(zhì)合金：YG、YD系列硬質(zhì)合金刀具被廣泛應(yīng)用于鋁活塞加工的各個(gè)工序中，特別是活塞粗加工和半精加工工序。 T1g:gfw@  
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立方氮化硼：立方氮化硼刀具被用于鑲鑄鐵環(huán)活塞的車(chē)削鑄鐵環(huán)槽工序中。同時(shí)也應(yīng)用于活塞立體靠模的加工中。 7;$L&X  
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金剛石：金剛石刀具可利用金剛石材料的高硬度、高耐磨性、高導(dǎo)熱性及低摩擦系數(shù)實(shí)現(xiàn)有色金屬及耐磨非金屬材料的高精度、高效率、高穩(wěn)定性和高表面光潔度加工。在切削鋁合金時(shí)，PCD刀具的壽命是硬質(zhì)合金刀具的幾十倍甚至幾百倍ZAOCHE168.com，是目前鋁活塞精密加工的理想刀具，已經(jīng)應(yīng)用于精車(chē)活塞環(huán)槽、精鏜活塞銷(xiāo)孔、精車(chē)活塞外圓、精車(chē)活塞頂面及精車(chē)活塞燃燒室等精加工工序中。 V!yp@%D  
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刀具材料性能的優(yōu)劣是影響加工表面質(zhì)量、切削加工效率、刀具壽命的基本因素。切削加工時(shí)，直接擔(dān)負(fù)切削工作的是刀具的切削部分。刀具切削性能的好壞大多取決于構(gòu)成刀具切削部分的材料、切削部分的幾何參數(shù)及刀具結(jié)構(gòu)的選擇和設(shè)計(jì)是否合理。切削加工生產(chǎn)率和刀具耐用度的高低、刀具消耗和加工成本的多少、加工精度和表面質(zhì)量的優(yōu)劣等等，在很大程度上都取決于刀具材料的合理選擇。正確選擇刀具材料是設(shè)計(jì)和選用刀具的重要內(nèi)容之一。 #=)?s 8T
 
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每一品種刀具材料都有其特定的加工范圍，只能適用于一定的工件材料和切削速度范圍。不同的刀具材料和同種刀具加工不同的工件材料時(shí)刀具壽命往往存在很大的差別，例如：加工鋁活塞時(shí)，金剛石刀具的壽命是YG類(lèi)硬質(zhì)合金刀具壽命的幾倍到幾十倍；YG類(lèi)硬質(zhì)合金刀具加工含硅量高、中、低的鋁合金時(shí)其壽命也有很大的差別。所以，合理選用刀具是成功進(jìn)行切削加工的關(guān)鍵。每一種刀具材料都有其最佳的加工對(duì)象，即存在切削刀具與加工對(duì)象的合理匹配問(wèn)題。 Z(Ls#hp  
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1刀具材料應(yīng)具備的性能 DcFV^8O&  
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1.1高的硬度和耐磨性 9v5.4a}  
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硬度是刀具材料應(yīng)具備的基本特性。刀具要從工件上切下切屑，其硬度必須比工件材料的硬度大。切削金屬所用刀具的切削刃硬度，一般都在60HRC以上。耐磨性是材料抵抗磨損的能力。一般來(lái)說(shuō)，刀具材料的硬度越高，其耐磨性就越好。組織中的硬質(zhì)點(diǎn)(碳化物、氮化物等)的硬度越高，數(shù)量越多，顆粒越小，分布越均勻，則耐磨性越好。耐磨性還與材料的化學(xué)成分、強(qiáng)度、顯微組織及摩擦區(qū)的溫度有關(guān)�？捎霉�式表示材料的耐磨性WR：WR=KIC0.5E-0.8H1.43式中：H——材料硬度(GPa)。硬度愈高，耐磨性愈好。 @eG#%6">  
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KIC——材料的斷裂韌性(MPa·m½)。KIC愈大，則材料受應(yīng)力引起的斷裂愈小，耐磨性愈好。 52q!zx E  
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E——材料的彈性模量(GPa)。E很小時(shí)，由于磨粒引起的顯微應(yīng)變，有助于產(chǎn)生較低的應(yīng)力，耐磨性提高。 mtHi9).,y|  
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1.2足夠的強(qiáng)度和韌性 CM@"l
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要使刀具在承受很大壓力，以及在切削過(guò)程經(jīng)常出現(xiàn)的沖擊和振動(dòng)條件下工作，而不產(chǎn)生崩刃和折斷，刀具材料就必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性。 $D2A
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1.3高的耐熱性(熱穩(wěn)定性) U`vt/#j 1  
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耐熱性是衡量刀具材料切削性能的主要標(biāo)志。它是指刀具材料在高溫條件下保持一定的硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性的性能。 Di5Op
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刀具材料還應(yīng)具有在高溫下抗氧化的能力以及良好的抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散的能力，即刀具材料應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。 l*V72!Mv  
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1.4良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能 N]<~NG:6b  
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刀具材料的導(dǎo)熱性愈好，切削熱愈容易從切削區(qū)散走，有利于降低切削溫度。 .jG.90  
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刀具在斷續(xù)切削或使用切削液時(shí)，常常受到很大的熱沖擊(溫度變化劇烈)，因而刀具內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生裂紋而導(dǎo)致斷裂。刀具材料抵抗熱沖擊的能力可用耐熱沖擊系數(shù)R表示，R的定義是為： =,}!Ns{k  
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R=λσb(1-µ)/Eα k+>p!1  
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式中：λ——導(dǎo)熱系數(shù)； ROI$;B(  
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σb——抗拉強(qiáng)度； _|2";.1E  
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µ——泊松比； H6+st`{  
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E——彈性模量； =*O9)$b  
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α——熱膨脹系數(shù)。 i~M.F=I5  
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導(dǎo)熱系數(shù)大，使熱量容易散走，降低刀具表面的溫度梯度；熱膨脹系數(shù)小，可減少熱變形；彈性模量小，可以降低因熱變形而產(chǎn)生的交變應(yīng)力的幅度；有利于材料耐熱沖擊性能的提高。 E<.{ v\  
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耐熱沖擊性能好的刀具材料，在切削加工時(shí)可以使用切削液。 s9)8{z  
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1.5良好的工藝性能 BtDgv.;GH  
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為了便于刀具的制造，要求刀具材料具有良好的工藝性能，如鍛造性能、熱處理性能、高溫塑性變形性能、磨削加工性能等。 9R<J$e  
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1.6經(jīng)濟(jì)性 )}k`X<~k  

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經(jīng)濟(jì)性是刀具材料的重要指標(biāo)之一，優(yōu)質(zhì)刀具材料雖然單件刀具成本很高，但因其使用壽命長(zhǎng)，分?jǐn)偟矫總�(gè)零件的成本則不一定很高。因此在選用刀具材料時(shí)要綜合考慮其經(jīng)濟(jì)效果。 m~\m"zJ4  
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2刀具材料 P|QnZ){  
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2.1高速鋼 sRI=TE]s  
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高速鋼是一種加入了較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。高速鋼具有較高的強(qiáng)度和韌性，并且具有一定的硬度和耐磨性。適合各類(lèi)刀具的要求。高速鋼刀具制造工藝簡(jiǎn)單，容易磨成鋒利切削刃，因此盡管各種新型刀具材料不斷出現(xiàn)，高速鋼刀具在金屬切削中仍占較大的比例。可以加工有色金屬和高溫合金。由于高速鋼具有以上性能，活塞加工中的銑澆冒口、銑橫槽及銑膨脹槽用銑刀、鉆油孔用鉆頭等刀具都為高速鋼材料。 ,@j&q  
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2.2硬質(zhì)合金 'Y/V9;`)s  
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硬質(zhì)合金是由難熔金屬碳化物(如WC、TiC、TaC、NbC等)和金屬粘結(jié)劑(如Co、Ni等)粉末經(jīng)粉末冶金的方法制成。 .M#>@~XR  
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由于硬質(zhì)合金中都含有大量的金屬碳化物，這些碳化物都有熔點(diǎn)高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定好、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，因此，硬質(zhì)合金材料的硬度、耐磨性、耐熱性都很高。常用硬質(zhì)合金的硬度為89～93HRA，比高速鋼的硬度(83～86.6HRA)高，在800～1000℃時(shí)尚能進(jìn)行切削。在540℃時(shí)，硬質(zhì)合金的硬度為82～87HRA，在760℃時(shí)，硬度仍能保持77～85HRA。因此，硬質(zhì)合金的切削性能比高速鋼高得多，刀具耐用度可提高幾倍到幾十倍，在耐用度相同時(shí)，切削速度可提高4～10倍。 pLFL6\{g  
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