2012年我國刀具材料發(fā)展決定切削技術(shù)進(jìn)步調(diào)查分析
刀具材料的發(fā)展對切削技術(shù)的進(jìn)步起著決定性的作用。國際模協(xié)秘書長羅百輝表示，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。
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。
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工序中，特別是活塞粗加工和半精加工工序。
立方氮化硼：立方氮化硼刀具被用于鑲鑄鐵環(huán)活塞的車削鑄鐵環(huán)槽工序中。同時也應(yīng)用于活塞立體靠模的加工中。
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，PCD刀具的壽命是硬質(zhì)合金刀具的幾十倍甚至幾百倍，是目前鋁活塞精密加工的理想刀具，已經(jīng)應(yīng)用于精車活塞環(huán)槽、精鏜活塞銷孔、精車活塞外圓、精車活塞頂面及精車活塞燃燒室等精加工工序中。
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，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。
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刀具壽命往往存在很大的差別，例如：加工鋁活塞時，金剛石刀具的壽命是YG類硬質(zhì)合金刀具壽命的幾倍到幾十倍；YG類硬質(zhì)合金刀具加工含硅量高、中、低的鋁合金時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象，即存在切削刀具與加工對象的合理匹配問題。
刀具材料應(yīng)具備的性能
高的硬度和耐磨性
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。一般來說，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)。可用公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。
KIC-材料的斷裂韌性(MPa·m?)。KIC愈大，則材料受應(yīng)力引起的斷裂愈小，耐磨性愈好。
E-材料的彈性模量(GPa)。E很小時，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。
足夠的強(qiáng)度和韌性
要使刀具在承受很大壓力，以及在切削過程經(jīng)常出現(xiàn)的沖擊和振動條件下工作，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。
高的耐熱性(熱穩(wěn)定性)
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。
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。
良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能
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。
刀具在斷續(xù)切削或使用切削液時，常常受到很大的熱沖擊(溫度變化劇烈)，因而刀具內(nèi)部會產(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：
R=λσb(1-μ)/Eα
式中：λ-導(dǎo)熱系數(shù)；
σb-抗拉強(qiáng)度；
μ-泊松比；
E-彈性模量；
α——熱膨脹系數(shù)。
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。
耐熱沖擊性能好的刀具材料，在切削加工時可以使用切削液。
良好的工藝性能
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。
經(jīng)濟(jì)性
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，分?jǐn)偟矫總�零件的成本則不一定很高。因此在選用刀具材料時要綜合考慮其經(jīng)濟(jì)效果。
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