不同加工材料的理想切削刀具选择指南

在机械加工中，刀具选择是一门技术。我们知道刀具切削性能常取决于刀具切削部分材料、刀具结构和刀具几何材料。影响刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本的是刀具材料本身和刀具加工的工件材料。

因此，在机械加工中，为不同材料加工零件选择合适刀具，不仅能提高加工效率和质量，还能延长刀具寿命、降低加工成本。

目前加工刀具主要有六大材料：金刚石刀具、PCBN刀具、陶瓷刀具、涂层刀具、硬质合金刀具和高速钢刀具。让我们看看这六类刀具分别适合加工什么材料的零件。

金刚石刀具

金刚石刀具分：天然金刚石刀具、PCD金刚石刀具、CVD金刚石刀具。

金刚石刀具主要用于高速精切削和镗削非铁金属和非金属材料。适合加工各种耐磨非金属和耐磨非铁金属。金刚石刀具缺点是热稳定性差。切削温度超700℃～800℃时硬度完全丧失。此外不适合切削铁基金属，因金刚石（碳）高温下易与铁原子反应，碳原子转化为石墨结构，刀具易损坏。

PCBN刀具

PCBN刀具可分整体PCBN刀片和与硬质合金烧结的PCBN复合刀片。

PCBN刀具适合精加工各种难加工材料，如淬硬钢、硬质铸铁、高温合金、硬质合金、表面喷涂材料。加工精度可达IT5（孔IT6），表面粗糙度值可低至Ra1.25～0.20μm。PCBN刀具韧性差、弯曲强度低。故立方氮化硼车刀不适合低速大冲击负荷粗加工。同时不适合切削高塑性材料（如铝合金、铜合金、镍基合金、高塑性钢等）。因切削这些金属会产生严重积屑瘤，恶化加工表面。

陶瓷刀具

陶瓷刀具材料一般分三类：氧化铝基陶瓷、氮化硅基陶瓷、复合氮化硅-氧化铝基陶瓷。

陶瓷是主要用于高速精加工和半精加工的刀具材料之一。陶瓷刀具适合切削各种铸铁（灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、冷硬铸铁、高合金耐磨铸铁）和钢（碳素结构钢、合金结构钢、高强钢、高锰钢、淬火钢等），也可切削铜合金、石墨、工程塑料和复合材料。陶瓷刀具材料有抗弯强度低、抗冲击韧性差问题。不适合低速和冲击负荷切削。

涂层刀具

按不同涂层方法，分化学气相沉积（CVD）涂层刀具和物理气相沉积（PVD）涂层刀具。按不同基体材料，分硬质合金涂层刀具、高速钢涂层刀具、陶瓷和超硬材料涂层刀具。按材料性质，分硬质涂层刀具和软质涂层刀具。还有流行的纳米涂层刀具。

涂层刀具在CNC加工领域潜力巨大，将成未来CNC加工领域最重要刀具品种。涂层技术已应用于铣刀、铰刀、钻头、复合孔加工刀具、滚刀、插齿刀、剃齿刀、成型拉刀和各类机夹可转位刀片，满足高速切削钢、铸铁、耐热合金和非铁金属等材料需求。随涂层厚度增加，刀具寿命延长，但涂层厚度达饱和时寿命不再显著增加。涂层过厚易剥落，过薄耐磨性差。

硬质合金刀具

按主要化学成分，硬质合金分钨碳化物基硬质合金和钛碳（氮化物）（TiC(N)）基硬质合金。其中钨基硬质合金含钨钴（YG）、钨钛钴（YT）、稀有碳化物添加（YW）。它们各有优劣。主要成分为碳化钨（WC）、碳化钛（TiC）、碳化钽（TaC）、碳化铌（NbC）等。

YG合金主要用于加工铸铁、非铁金属和非金属材料。细晶粒硬质合金（如YG3X、YG6X）在钴含量相同时硬度和耐磨性比中粗晶粒高。适合加工特种硬铸铁、奥氏体不锈钢、耐热合金、钛合金、硬青铜和耐磨绝缘材料等。YT硬质合金突出优势是硬度高、耐热性好、高温硬度和抗压强度比YG高、抗氧化性更好。YW合金兼具YG和YT性能，综合性能好。

高速钢刀具

按不同用途，高速钢分通用高速钢和高性能高速钢。通用高速钢一般分钨钢和钨钼钢两类。高性能高速钢主要含：高碳高速钢、高钒高速钢、钴高速钢、铝高速钢、氮超硬高速钢。

通用高速钢：主要制造切削刀具（如钻头、丝锥、锯片）和精密刀具（如滚刀、插齿刀、拉刀），用于切削硬度HB≤300的金属材料。常用钢号W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。

特种高速钢：含钴高速钢和超硬高速钢（硬度HRC68～70），主要制造切削难加工金属（如高温合金、钛合金、高强度钢）的刀具。常用钢号W12Cr4V5Co5、W2Mo9Cr4VCo8等。