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硬态切削（高速切削技术的一个应用领域(yu)）是(shi)指(zhi)用车床使用陶(tao)瓷、超硬CBN、超细硬质合金等超硬刀具来(lai)加(jia)(jia)工(gong)(gong)淬硬材(cai)料(通常指(zhi)硬度(du)于54-63HRC之间)--淬硬钢、灰铸铁(tie)(tie)、球(qiu)墨铸铁(tie)(tie)、粉末冶金和特殊(shu)材(cai)料等零件的一种(zhong)加(jia)(jia)工(gong)(gong)方法，这种(zhong)加(jia)(jia)工(gong)(gong)通常是(shi)作为最终加(jia)(jia)工(gong)(gong)或精(jing)加(jia)(jia)工(gong)(gong)，它比传统的磨(mo)削加(jia)(jia)工(gong)(gong)有(you)效率高、柔(rou)性好(hao)、工(gong)(gong)艺简单、投资少等优点，在耗时(shi)和高成本(ben)的磨(mo)削和抛光(guang)的加(jia)(jia)工(gong)(gong)场景(jing)越来(lai)越多地被应用。

例如汽车(che)行(xing)业，用CBN立方氮化硼(peng)刀具加工(gong)20CrMo5淬硬齿轮(60HRC)内孔，代替(ti)磨削，表面粗糙(cao)度可达0.22μm，已成为国(guo)内外(wai)汽车(che)行(xing)业推广的新工(gong)艺。

一(yi)、硬态切削精加工PK磨削精加工

对于(yu)高(gao)硬度(du)钢材(cai)(cai)，传(chuan)(chuan)统(tong)的(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)方法主要是在退火的(de)(de)(de)条(tiao)件(jian)下对工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)进行(xing)粗加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)，再经过热(re)处理，最后(hou)通过磨削(xue)(xue)完(wan)成(cheng)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)件(jian)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)。而硬态(tai)切削(xue)(xue)技术不(bu)同于(yu)传(chuan)(chuan)统(tong)的(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)方法，它比(bi)传(chuan)(chuan)统(tong)的(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)步骤更(geng)(geng)少，通过消(xiao)除第二热(re)处理节约加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)时间，硬态(tai)加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)艺提供了(le)更(geng)(geng)高(gao)的(de)(de)(de)灵活性，增加(jia)(jia)(jia)(jia)了(le)材(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)去除率，甚(shen)至可以实现干式加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)。由(you)于(yu)超硬材(cai)(cai)料(liao)刀具(ju)的(de)(de)(de)出现及数(shu)控机床等加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)设备精度(du)的(de)(de)(de)提高(gao)，采用硬态(tai)切削(xue)(xue)代替(ti)磨削(xue)(xue)完(wan)成(cheng)零件(jian)最终加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)-以车代磨，已成(cheng)为一种新的(de)(de)(de)重要的(de)(de)(de)精加(jia)(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)途径。如下是硬态(tai)切削(xue)(xue)与磨削(xue)(xue)的(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)艺对比(bi)。

▼硬态切(qie)削(xue)和磨(mo)削(xue)的对比(bi)

由上(shang)我(wo)们可(ke)知。硬(ying)态(tai)(tai)切(qie)削(xue)(xue)可(ke)以大(da)大(da)缩短工(gong)艺(yi)(yi)流程，增加(jia)加(jia)工(gong)工(gong)艺(yi)(yi)柔(rou)性，减少(shao)企(qi)业(ye)设备的投入(ru)，提高(gao)生产率，具有巨大(da)的经(jing)济效益(yi)；由于硬(ying)态(tai)(tai)切(qie)削(xue)(xue)基(ji)本(ben)(ben)不使(shi)用切(qie)削(xue)(xue)液，有利于环境保护，因(yin)此硬(ying)态(tai)(tai)切(qie)削(xue)(xue)越来(lai)越受到(dao)人们的关(guan)注。当然这个(ge)超硬(ying)材(cai)料(liao)刀具可(ke)不便宜，但(dan)经(jing)过实践应用，您一定会发现(xian)哪个(ge)方式更适(shi)合您的实际(ji)要求，哪款用起来(lai)更节(jie)约成本(ben)(ben)，更能为您的产品创造价(jia)值(zhi)。

二、硬态切(qie)削刀具材料

1、材料类型

高(gao)速硬(ying)(ying)(ying)(ying)切削(xue)要求(qiu)使用硬(ying)(ying)(ying)(ying)和超(chao)硬(ying)(ying)(ying)(ying)刀具材(cai)(cai)料(liao)(liao)，可用于高(gao)速硬(ying)(ying)(ying)(ying)切削(xue)的超(chao)硬(ying)(ying)(ying)(ying)刀具材(cai)(cai)料(liao)(liao)主要包括金刚石(shi)、聚(ju)晶立(li)方氮化(hua)硼(PCBN)、陶瓷、TiC(N)基硬(ying)(ying)(ying)(ying)质(zhi)合金等(deng)，其中金刚石(shi)主要加(jia)工高(gao)硬(ying)(ying)(ying)(ying)有(you)色金属(shu)和非金属(shu)材(cai)(cai)料(liao)(liao)，而聚(ju)晶立(li)方氮化(hua)硼、陶瓷和TiC(N)基硬(ying)(ying)(ying)(ying)质(zhi)合金主要加(jia)工高(gao)硬(ying)(ying)(ying)(ying)钢(gang)、铸铁和超(chao)级合金等(deng)。如下是GB/T2075-2007ISO513:2004对硬(ying)(ying)(ying)(ying)切削(xue)材(cai)(cai)料(liao)(liao)分类(lei)的参考：

▼不同刀具(ju)材料的力(li)学性能

①新型(xing)硬质(zhi)合金(jin)刀具(ju)材料

硬(ying)(ying)(ying)质(zhi)(zhi)(zhi)合金(jin)(jin)刀具具有(you)良好(hao)的(de)(de)抗拉强度(du)和断裂韧(ren)性(xing)，但由于(yu)较(jiao)低(di)的(de)(de)硬(ying)(ying)(ying)度(du)和较(jiao)差(cha)的(de)(de)高温稳定性(xing)，使其在(zai)高速硬(ying)(ying)(ying)切削(xue)中的(de)(de)应用受到一定限(xian)制。但细晶粒(li)和超细晶粒(li)的(de)(de)硬(ying)(ying)(ying)质(zhi)(zhi)(zhi)合金(jin)(jin)由于(yu)晶粒(li)细化后，硬(ying)(ying)(ying)质(zhi)(zhi)(zhi)相(xiang)尺寸变(bian)小，粘结(jie)相(xiang)更均匀地分布(bu)在(zai)硬(ying)(ying)(ying)质(zhi)(zhi)(zhi)相(xiang)的(de)(de)周围，提高了(le)硬(ying)(ying)(ying)质(zhi)(zhi)(zhi)合金(jin)(jin)的(de)(de)硬(ying)(ying)(ying)度(du)与耐(nai)磨性(xing)，在(zai)硬(ying)(ying)(ying)切削(xue)中获得较(jiao)广泛应用。

▼金属陶瓷刀具（厦门金鹭特(te)种(zhong)合金有(you)限公司）

备注：金(jin)属(shu)陶(tao)瓷(ci)刀片在硬质合金(jin)行(xing)业(ye)中一般是(shi)指TiCN/TiC/TiC/TiC/S加(jia)Co或Ni作为粘接相(xiang)，在很多(duo)场合中，添(tian)加(jia)元素周(zhou)期表(biao)地VB、VB及(ji)VB族(zu)金(jin)属(shu)中的(de)一种(zhong)以上的(de)一种(zhong)人员氮化物(wu)作为添(tian)加(jia)剂以增强金(jin)属(shu)陶(tao)瓷(ci)的(de)力(li)学、高温性能的(de)一种(zhong)刀具。

②陶(tao)瓷(ci)刀具

陶瓷刀具材料包括氧化(hua)铝(Al2O3)、氮(dan)化(hua)硅(Si3N4)以及氮(dan)氧化(hua)硅铝(SiAlON)陶瓷,因为(wei)Si3N4和(he)SiAlON陶瓷的韧性(xing)(xing)相(xiang)对(dui)较高,特别是(shi)其高温(wen)韧性(xing)(xing),用这(zhei)种材料制作的刀具最(zui)适(shi)合于切削铸铁和(he)耐热(re)超合金。NTK公司的五种黑色(se)陶瓷材质(zhi),通过在氧化(hua)铝中(zhong)添加碳(tan)化(hua)物来增强韧性(xing)(xing)和(he)硬(ying)度,具有(you)高温(wen)红(hong)硬(ying)性(xing)(xing)和(he)低塑性(xing)(xing),可用来车削合金钢、冷作或球(qiu)墨铸铁辊以及硬(ying)度高达(da)HRC62的粉末冶金金属。

▲NTK公司氧(yang)化(hua)铝系列(lie)陶(tao)瓷(ci)刀具及氧(yang)化(hua)铝/碳化(hua)钛系列(lie)(右)

由(you)于(yu)陶(tao)(tao)瓷(ci)刀(dao)具脆性较大，为了(le)提升(sheng)陶(tao)(tao)瓷(ci)刀(dao)具的刃口强度，必须采用负倒(dao)棱(leng)，一般选用T型(xing)或双T型(xing)棱(leng)面，且陶(tao)(tao)瓷(ci)刀(dao)具在切(qie)削过(guo)程中(zhong)不能使用液体切(qie)削液，所(suo)以陶(tao)(tao)瓷(ci)刀(dao)具材料一般向增韧和自(zi)润滑方向发(fa)展。

▲NTK公司氮(dan)化硅系列陶(tao)瓷刀具(ju)(ju)(ju)拥(yong)有氧(yang)化铝(lv)系列陶(tao)瓷2倍的(de)抗拉强度，同时具(ju)(ju)(ju)备了与(yu)硬质合金相媲美的(de)耐(nai)缺损性(xing)（左）&晶(jing)须(xu)陶(tao)瓷系列刀具(ju)(ju)(ju)在氧(yang)化铝(lv)中添(tian)加(jia)碳化硅晶(jing)须(xu)材料，晶(jing)须(xu)陶(tao)瓷作为(wei)加(jia)工(gong)耐(nai)热合金的(de)万能(neng)材质，具(ju)(ju)(ju)备优(you)秀的(de)耐(nai)磨损性(xing)和耐(nai)表面剥落性(xing)。

③PCBN刀具材料

立方氮化(hua)硼（简称(cheng)CBN）是用(yong)(yong)六(liu)方氮化(hua)硼（俗(su)称(cheng)白(bai)石(shi)墨(mo)）为原料(liao)(liao)，利(li)用(yong)(yong)超高温高压(ya)技术，继人(ren)造金刚石(shi)之后人(ren)工(gong)(gong)合成的(de)又一种新型(xing)无机(ji)超硬材(cai)(cai)料(liao)(liao)。硬度(du)仅次于金刚石(shi)的(de)人(ren)工(gong)(gong)合成物(wu)质，具(ju)有(you)强度(du)硬度(du)高、耐(nai)磨性(xing)(xing)(xing)和(he)耐(nai)热(re)性(xing)(xing)(xing)好(hao)等(deng)特点(dian)，而(er)PCBN材(cai)(cai)料(liao)(liao)是进行硬态切削的(de)理想(xiang)刀具(ju)材(cai)(cai)料(liao)(liao)，化(hua)学(xue)性(xing)(xing)(xing)质稳定，导热(re)性(xing)(xing)(xing)好(hao)，耐(nai)热(re)度(du)可以(yi)达到1400～1500℃。PCBN刀具(ju)材(cai)(cai)料(liao)(liao)中(zhong)CBN含量以(yi)及(ji)金属结合剂的(de)类(lei)型(xing)，是影响PCBN材(cai)(cai)料(liao)(liao)性(xing)(xing)(xing)能(neng)的(de)主要因素。可用(yong)(yong)于对高温合金、淬(cui)硬钢、冷硬铸铁等(deng)材(cai)(cai)料(liao)(liao)进行半精加工(gong)(gong)和(he)精加工(gong)(gong)。

▼CBN及PCBN刀(dao)具（郑州博特(te)超硬(ying)刀(dao)具有限公司(si)）

④金(jin)刚石刀具

金(jin)刚(gang)(gang)石是碳的(de)同(tong)(tong)素异(yi)构体，它是自然界已经发现的(de)最(zui)硬的(de)一种(zhong)材料(liao)。金(jin)刚(gang)(gang)石刀具(ju)(ju)(ju)具(ju)(ju)(ju)有高(gao)硬度(du)、高(gao)耐磨(mo)性和高(gao)导热(re)性能，在有色(se)金(jin)属(shu)和非金(jin)属(shu)材料(liao)加工中得到广(guang)泛的(de)应用(yong)。尤(you)其在铝和硅铝合金(jin)高(gao)速切削加工中，金(jin)刚(gang)(gang)石刀具(ju)(ju)(ju)是难以替代的(de)主(zhu)要切削刀具(ju)(ju)(ju)品种(zhong)。但金(jin)刚(gang)(gang)石刀具(ju)(ju)(ju)的(de)不足之处(chu)在于(yu)其热(re)稳定性较(jiao)差(cha)，切削温(wen)度(du)超过700℃~800℃时，就会(hui)完全(quan)失去(qu)其硬度(du)；此外，它不适于(yu)切削黑色(se)金(jin)属(shu)，因为(wei)(wei)金(jin)刚(gang)(gang)石（碳）在高(gao)温(wen)下容易与铁原(yuan)子作用(yong)，使碳原(yuan)子转化为(wei)(wei)石墨结构，刀具(ju)(ju)(ju)极易损坏。根据来源及工艺(yi)路线的(de)不同(tong)(tong)，金(jin)刚(gang)(gang)石刀具(ju)(ju)(ju)可分(fen)为(wei)(wei)如下三大类。

A、天然(ran)(ran)(ran)金(jin)刚(gang)石刀具(ju)：天然(ran)(ran)(ran)金(jin)刚(gang)石作为切(qie)削刀具(ju)已(yi)有上(shang)百年的历史了(le)，天然(ran)(ran)(ran)单晶金(jin)刚(gang)石刀具(ju)经过精细研磨，刃口(kou)能(neng)磨得极其锋利，刃口(kou)半径可达0.002μm，能(neng)实现(xian)超薄(bo)切(qie)削，可以加工(gong)出极高(gao)的工(gong)件精度(du)和极低的表面粗(cu)糙度(du)，是公认的、理想的和不能(neng)代替的超精密加工(gong)刀具(ju)。

B、PCD金(jin)(jin)(jin)刚(gang)石(shi)(shi)(shi)刀具：天(tian)然金(jin)(jin)(jin)刚(gang)石(shi)(shi)(shi)价(jia)格(ge)昂贵，金(jin)(jin)(jin)刚(gang)石(shi)(shi)(shi)广(guang)泛应(ying)用(yong)于切削(xue)加工(gong)的还是(shi)聚晶金(jin)(jin)(jin)刚(gang)石(shi)(shi)(shi)（PCD），自(zi)20世(shi)纪70年(nian)代(dai)初，采用(yong)高温(wen)高压合成技术(shu)制备的聚晶金(jin)(jin)(jin)刚(gang)石(shi)(shi)(shi)（Polycrystauine diamond，简称PCD刀片(pian)研(yan)制成功以后，在很多(duo)场合下天(tian)然金(jin)(jin)(jin)刚(gang)石(shi)(shi)(shi)刀具已经被人造(zao)聚晶金(jin)(jin)(jin)刚(gang)石(shi)(shi)(shi)所代(dai)替(ti)。PCD原(yuan)料来源丰富，其价(jia)格(ge)只(zhi)有天(tian)然金(jin)(jin)(jin)刚(gang)石(shi)(shi)(shi)的几(ji)十分(fen)之一至(zhi)十几(ji)分(fen)之一。PCD刀具无(wu)法磨(mo)出极(ji)其锋利的刃(ren)口，加工(gong)的工(gong)件表(biao)面质量也不如(ru)天(tian)然金(jin)(jin)(jin)刚(gang)石(shi)(shi)(shi)，现在工(gong)业(ye)中还不能(neng)(neng)方便(bian)地制造(zao)带有断屑(xie)槽的PCD刀片(pian)。因此，PCD只(zhi)能(neng)(neng)用(yong)于有色金(jin)(jin)(jin)属和非金(jin)(jin)(jin)属的精切，很难达(da)到超(chao)精密镜(jing)面切削(xue)。

C、CVD金刚(gang)石刀具(ju)：从20世纪70年代末至(zhi)80年代初，CVD金刚(gang)石技术在日本出现(xian)。CVD金刚(gang)石是指用(yong)化学(xue)气相沉积(ji)法（CVD）在异质基体（如硬(ying)质合金、陶(tao)瓷(ci)等）上合成金刚(gang)石膜(mo)，CVD金刚(gang)石具(ju)有(you)与天(tian)然金刚(gang)石完全相同的结构和特性。

CVD金(jin)刚石的性能与天然(ran)金(jin)刚石相比十分接近(jin)，兼有天然(ran)单晶金(jin)刚石和聚(ju)晶金(jin)刚石（PCD）的优点，在一(yi)定(ding)程(cheng)度上(shang)又克服了它(ta)们(men)的不足。

▲Applied Diamond的“工(gong)具”级CVD金(jin)(jin)刚(gang)石是一种无粘结剂(ji)、细粒度的纯金(jin)(jin)刚(gang)石，在粗加工(gong)或精(jing)加工(gong)硬材料或研磨材料时提供更高(gao)的耐磨性、更锋利的边缘和更低的切(qie)削力。（来源(yuan)Applied Diamond Inc）

⑤带(dai)涂层的刀具

对刀(dao)(dao)具进行涂层(ceng)(ceng)处理是提(ti)高刀(dao)(dao)具性(xing)(xing)能(neng)的(de)重要途径之一。涂层(ceng)(ceng)刀(dao)(dao)具的(de)出(chu)现，使(shi)(shi)刀(dao)(dao)具切削性(xing)(xing)能(neng)有了重大(da)突破。涂层(ceng)(ceng)刀(dao)(dao)具是在韧(ren)性(xing)(xing)较好(hao)刀(dao)(dao)体(ti)上，涂覆一层(ceng)(ceng)或(huo)多(duo)层(ceng)(ceng)耐磨性(xing)(xing)好(hao)的(de)难熔化(hua)合物，它将刀(dao)(dao)具基(ji)体(ti)与硬质涂层(ceng)(ceng)相结合，从而(er)使(shi)(shi)刀(dao)(dao)具性(xing)(xing)能(neng)大(da)大(da)提(ti)高。涂层(ceng)(ceng)刀(dao)(dao)具可(ke)以提(ti)高加工(gong)效率、提(ti)高加工(gong)精度、延长刀(dao)(dao)具使(shi)(shi)用寿命、降低(di)加工(gong)成本。

2、工具特性

硬(ying)态切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)技术切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)的(de)工件(jian)主要(yao)为(wei)高(gao)硬(ying)度(du)工件(jian)，切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)过(guo)程中，切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)力大(da)，切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)过(guo)程一般不使用冷(leng)却液，其温(wen)度(du)可达900℃，刀具易(yi)磨损，这就要(yao)求硬(ying)态切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)刀具具有强度(du)高(gao)、耐高(gao)温(wen)、化学性(xing)质稳定、导热性(xing)好、耐磨性(xing)好等(deng)特(te)点。如(ru)下是(shi)硬(ying)态切(qie)削(xue)(xue)(xue)(xue)(xue)刀具特(te)性(xing)。

▼硬(ying)态切削刀具特(te)性

参考(kao)资料：

1、硬态切削(xue)刀具的性能(neng)及选用；潍坊学院(yuan)，郭(guo)丽君；机械设计(ji)与制造[J]。

2、GB/T2075-2007ISO513:2004；本标准起草(cao)单位∶成都(dou)工具研究所、郑州市钻石精密制造有限(xian)公司(si)。

3、硬态切削(xue)用刀具技术最新进展(zhan)；岳彩旭①，郝小(xiao)乐①，南(nan)月冲①，刘献礼①，何耿煌(huang)②①；①哈尔滨理工(gong)大学机(ji)械动力工(gong)程(cheng)学院(yuan)；②厦门金鹭(lu)特(te)种合金有限(xian)公(gong)司。

4、www.ntkcuttingtools.com特殊陶(tao)业实(shi)业（上海(hai)）NTK切削(xue)刀具(ju)。

编辑：粉体圈Alpha

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