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刀具材料大全及性能特点选用规则

一.刀具材料应具备基本性能

刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。刀具切

削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用。因此，刀具材料应具备如下一些基本

性能：

(1)硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须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，耐磨性就越好。

(2)强度和韧性。刀具材料应具备较高的强度和韧性，以便承受切削力、冲击和振动,

防止刀具脆性断裂和崩刃。

(3)耐热性。刀具材料的耐热性要好，能承受高的切削温度，具备良好的抗氧化能力。

(4)工艺性能和经济性。刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能；磨

削加工性能等，而且要追求高的性能价格比。

二.刀具材料的种类、性能、特点、应用

1．金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用

金刚石是碳的同素异构体，它是自然界已经发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有

高硬度、高耐磨性和高导热性能，在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。尤其

在铝和硅铝合金高速切削加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。可实现高

效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。

⑴金刚石刀具的种类

①天然金刚石刀具：天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了，天然单晶金刚石

刀具经过精细研磨，刃口能磨得极其锋利，刃口半径可达0.002μm，能实现超薄切削，

可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度，是公认的、理想的和不能代替的超精密

加工刀具。

②PCD金刚石刀具：天然金刚石价格昂贵，金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶

金刚石(PCD)，自20世纪70年代初，采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石

(Polycrystauinediamond，简称PCD刀片研制成功以后，在很多场合下天然金刚石刀具

已经被人造聚晶金刚石所代替。PCD原料来源丰富，其价格只有天然金刚石的几十分之

一至十几分之一。

PCD刀具无法磨出极其锋利的刃口，加工的工件表面质量也不如天然金刚石，现在

工业中还不能方便地制造带有断屑槽的PCD刀片。因此，PCD只能用于有色金属和非金

属的精切，很难达到超精密镜面切削。

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。CVD金刚石是指用化学气相沉积看完看法(CVD)在异质基体(如硬质合金、陶瓷等)

上合成金刚石膜，CVD金刚石具有与天然金刚石完全相同的结构和特性。

CVD金刚石的性能与天然金刚石相比十分接近，兼有天然单晶金刚石和聚晶金刚石

(PCD)的优点，在一定程度上又克服了它们的不足。

⑵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最硬的物质。金刚石具有极

高的耐磨性，加工高硬度材料时，金刚石刀具的寿命为硬质合金刀具的lO～100倍，甚至

高达几百倍。

②具有很低的摩擦系数：金刚石与一些有色金属之间的摩擦系数比其他刀具都低，摩

擦系数低，加工时变形小，可减小切削力。

③切削刃非常锋利：金刚石刀具的切削刃可以磨得非常锋利，天然单晶金刚石刀具可

高达0.002～0.008μm，能进行超薄切削和超精密加工。

④具有很高的导热性能：金刚石的导热系数及热扩散率高，切削热容易散出，刀具

切削部分温度低。

⑤具有较低的热膨胀系数：金刚石的热膨胀系数比硬质合金小几倍，由切削热引起的

刀具尺寸的变化很小，这对尺寸精度要求很高的精密和超精密加工来说尤为重要。

⑶金刚石刀具的应用。

金刚石刀具多用于在高速下对有色金属及非金属材料进行精细切削及镗孔。适合加工

各种耐磨非金属，如玻璃钢粉末冶金毛坯，陶瓷材料等；各种耐磨有色金属，如各种硅铝

合金；各种有色金属光整加工。

金刚石刀具的不足之处是热稳定性较差，切削温度超过700℃～800℃时，就会完全

失去其硬度；此外，它不适于切削黑色金属，因为金刚石(碳)在高温下容易与铁原子作用，

使碳原子转化为石墨结构，刀具极易损坏。

2．立方氮化硼刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用

用与金刚石制造方法相似的方法合成的第二种超硬材料—立方氮化硼(CBN)，在