高速切削加工刀具材料如何选用？

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高速切削加工刀具材料选用：
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　　一、铝合金：
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( x  j2 b1 H" }; s( C$ p　　1、易切削铝合金

* u. N; E/ ^# n8 d6 t9 X& T4 h　　该材料航空航天工业应用较多，适用刀具有K10、K20、PCD，切削速度2000～4000m/min，进给量3～12m/min，刀具前角为12°～18°，后角为10°～18°，刃倾角可达25°。
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　　2、铸铝合金
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　　铸铝合金根据其Si含量不同，选用刀具也不同，对Si含量小于12%铸铝合金可采用K10、Si3N4刀具，当Si含量大于12%时，可采用PKD（人造金刚石）、PCD（聚晶金刚石）及CVD金刚石涂层刀具。对于Si含量达16%～18%过硅铝合金，最好采用PCD或CVD金刚石涂层刀具，其切削速度可1100m/min，进给量为0.125mm/r。

! Q* ]" i: g: R- x: q　　二、铸铁：
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　　对铸件，切削速度大于350m/min时，称为高速加工，切削速度对刀具选用有较大影响。当切削速度低于750m/min时，可选用涂层硬质合金、金属陶瓷；切削速度510～2000m/min时，可选用Si3N4陶瓷刀具；切削速度2000～4500m/min时，可使用CBN刀具。
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. h/ O6 D% l2 A1 D. D9 n　　铸件金相组织对高速切削刀具选用有一定影响，加工以珠光体为主铸件切削速度大于500m/min时，可使用CBN或Si3N4，当以铁素体为主时，由于扩散磨损原因，使刀具磨损严重，不宜使用CBN，而应采用陶瓷刀具。如粘结相为金属Co，晶粒尺寸平均为3μm，CBN含量大于90%～95%BZN6000V=700m/min时，宜加工高铁素体含量灰铸铁。粘结相为陶瓷（AlN＋AlB2）、晶粒尺寸平均为10μm、CBN含量为90%～95%Amborite刀片，加工高珠光体含量灰铸铁时，切削速度小于1100m/min时，随切削速度增加，刀具寿命也增加。

　　普通钢

, B* E2 f/ x2 j: T( ^; j; J$ y( O　　切削速度对钢表面质量有较大影响，根据德国Darmstadt大学PTW所研究，其最佳切削速度为500～800m/min。

) \, y! O5 G; q2 F* B7 t　　目前，涂层硬质合金、金属陶瓷、非金属陶瓷、CBN刀具均可作为高速切削钢件刀具材料。其涂层硬质合金可用切削液。用PVD涂层方法生产TiN涂层刀具其耐磨性能比用CVD涂层法生产涂层刀具要好，因为前者可很好地保持刃口形状，使加工零件获得较高精度表面质量。

　　金属陶瓷刀具占日本刀具市场30%，以TiC-Ni-Mo为基体金属陶瓷化学稳定性好，但抗弯强度及导热性差，适于切削速度400～800m/min小进给量、小切深精加工；Carboly公司用TiCN作为基体、结合剂少钼多钨金属陶瓷将强度耐磨两者结合起来，Kyocera公司用TiN来增加金属陶瓷韧性，其加工钢或铸铁切深可达2～3mm。CBN可用于铣削含有微量或不含铁素体组织轴承钢或淬硬钢。
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/ \  V4 t# G" }2 ~　　三、高硬度钢：

( P5 y) N- t! i* D! H　　高硬度钢（HRC40～70）高速切削刀具可用金属陶瓷、陶瓷、TiC涂层硬质合金、PCBN等。
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　　金属陶瓷可用基本成分为TiC添加TiN金属陶瓷，其硬度断裂韧性与硬质合金大致相当，而导热系数不到硬质合金1/10，并具有优异耐氧化性、抗粘结性耐磨性。另外其高温下机械性能好，与钢亲力小，适合于高速（200m/min左右）模具钢SKD加工。金属陶瓷尤其适合于切槽加工。
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　　采用陶瓷刀具可切削硬度达HRC63工件材料，如进行工件淬火后再切削，实现“以切代磨”。切削淬火硬度达HRC48～5845钢时，切削速度可取150～180m/min，进给量0.3～0.4min/r，切深可取2～4mm。粒度1μm，TiC含量20%～30%Al2O3-TiC陶瓷刀具，切削速度为100m/min左右时，可用于加工具有较高抗剥落性能高硬度钢。
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3 C& G* @+ T; y! q　　当切削速度高于1000m/min时，PCBN最佳刀具材料，CBN含量大于90%PCBN刀具适合加工淬硬工具钢（如HRC55H13工具钢）。
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　　四、高温镍基合金：

　　Inconel 718镍基合金典型难加工材料，具有较高高温强度、动态剪切强度，热扩散系数较小，切削时易产生加工硬化，这将导致刀具切削区温度高、磨损速度加快。高速切削该合金时，主要使用陶瓷CBN刀具。

　　碳化硅晶须增强氧化铝陶瓷100～300m/min时可获得较长刀具寿命，切削速度高于500m/min时，添加TiC氧化铝陶瓷刀具磨损较小，而100～300m/min时其缺口磨损较大。氮化硅陶瓷（Si3N4）也可用于Inconel 718合金加工。

/ P! j: ?3 h6 l$ p　　加拿大学者M.A.Elbestawi认为，SiC晶须增强陶瓷加工Inconel 718最佳切削条件为：切削速度700m/min，切深为1～2mm，进给量为0.1～0.18mm/z。
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* w( R9 q1 D# w2 G! n　　氮氧化硅铝（Sialon）陶瓷韧性很高，适合于切削过固溶处理Inconel 718（HRC45）合金，Al2O3-SiC晶须增强陶瓷适合于加工硬度低镍基合金。

　　五、钛合金：（Ti6Al6V2Sn）

　　钛合金强度、冲击韧性大，硬度稍低于Inconel 718，但其加工硬化非常严重，故切削加工时出现温度高、刀具磨损严重现象。日本学者T.Kitagawa等经过大量实验得出，用直径?10mm硬质合金K10两刃螺旋铣刀（螺旋角为30°）高速铣削钛合金，可达到满意刀具寿命，切削速度可高达628m/min，每齿进给量可取0.06～0.12mm/z，连续高速车削钛合金切削速度不宜超过200m/min。
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: d4 F( D: P& ]　　六、复合材料：
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　　航天用先进复合材料（如Kevlar石墨类复合材料），以往用硬质合金PCD，硬质合金切削速度受到限制，而900℃以上高温下PCD刀片与硬质合金或高速钢刀体焊接处熔化，用陶瓷刀具则可实现300m/min左右高速切削。

liqiangproe

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