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(gè)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(shí)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(shí)，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(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。
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(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(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。
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(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。
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(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：
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(shí)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�(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。
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