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金屬切削加工是用刀具從工件表面切除多余的金屬材料，從而獲得在幾何形狀、尺寸精度、表面粗糙度及表面層質(zhì)量等方面均符合要求的零件的一種加工方法。其核心問(wèn)題是刀具切削部分與工件表層的相互作用，即刀具的切削作用和工件的反切削作用。這是切削加工中的主要矛盾，而刀具的切削作用則是矛盾的主要方面。
采用新型刀具實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)是現(xiàn)代企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。刀具材料的改進(jìn)是刀具技術(shù)發(fā)展的主線。在現(xiàn)有刀具材料的基礎(chǔ)上，通過(guò)刀具幾何設(shè)計(jì)改善切削狀態(tài)也是生產(chǎn)實(shí)踐中行之有效的方法。碩朔五金指出：“由于刀具材料的改進(jìn)，刀具許用切削速度每隔10年提高1倍；而由于刀具結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)的改進(jìn)，刀具壽命每隔10年幾乎提高2倍?！辈捎眯滦偷毒卟牧峡梢蕴岣叩毒叩那邢餍阅?，而優(yōu)化刀具切削部分的幾何形狀則能充分發(fā)揮新型材料的威力。
現(xiàn)代刀具不僅應(yīng)能滿(mǎn)足高速切削、干式切削、硬切削、復(fù)合切削加工等先進(jìn)切削技術(shù)的需要，而且對(duì)產(chǎn)品功能的多樣化、結(jié)構(gòu)的合理化、外觀宣型的美觀等方面也提出了更高要求。但令人遺憾的是長(zhǎng)期以來(lái)刀具的設(shè)計(jì)主要依靠經(jīng)驗(yàn)，依靠嘗試法(try-and-error ) ，這種方法效率低、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，顯然已經(jīng)阻礙了新型刀具的開(kāi)發(fā)和使用，滿(mǎn)足不了先進(jìn)切削加工技術(shù)的需求，迫切需要先進(jìn)的刀具設(shè)計(jì)技術(shù)。
刀具結(jié)構(gòu)、刀具材料、涂層技術(shù)的創(chuàng)新推動(dòng)著切削加工技術(shù)的快速發(fā)展。本文介紹了刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、刀具材料和刀具涂層技術(shù)的新進(jìn)展，指出先進(jìn)刀具發(fā)展的方向，以促進(jìn)先進(jìn)刀具的開(kāi)發(fā)與合理使用，為提高制造業(yè)的加工效率發(fā)揮應(yīng)有的作用。
刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)
刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是空間角度計(jì)算難，形狀復(fù)雜繪圖難，形狀相同尺寸繁。隨著粉末冶金技術(shù)、模具制造技術(shù)、五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控刃磨技術(shù)的高度發(fā)展，現(xiàn)代金屬切削刀具的切削部分已可加工成十分復(fù)雜的形狀。因此，刀具廠家不斷創(chuàng)新，采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)和專(zhuān)業(yè)應(yīng)用軟件進(jìn)行刀具設(shè)計(jì)。
在生產(chǎn)實(shí)際中大量遇到的是各種復(fù)雜形狀的刀具。為了斷屑，可轉(zhuǎn)位數(shù)控刀片的切削部分也設(shè)計(jì)出具有復(fù)雜形狀的刃形和斷屑槽。為建立復(fù)雜形狀刀具的三維模型，研究者們采取了2種建模方法：一是綜合法，即等效刀刃法；二是分解法，即微分刀刃法，并將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)技術(shù)應(yīng)用于刀具的設(shè)計(jì)。目前，應(yīng)用較多的CAD軟件主要有UG、Pro/E、I-DEAS等幾種，有的CAD軟件經(jīng)過(guò)企業(yè)的二次開(kāi)發(fā)，其適用性進(jìn)一步提高。這些軟件集三維實(shí)體造型、平面繪圖、工程分析、數(shù)控加工、零件組裝等模塊于一體，形成較完整的刀具設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的實(shí)體造型與編程功能。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)使得刀具的設(shè)計(jì)、計(jì)算簡(jiǎn)便，免去刀具復(fù)雜圖形的繪制，并能參數(shù)化快速設(shè)計(jì)刀具，有利于提高刀具的設(shè)計(jì)水平。
應(yīng)用工程分析技術(shù)(如有限元)對(duì)刀具強(qiáng)度進(jìn)行數(shù)值模擬分析，可較精確地掌握刀具上各點(diǎn)的受力情況，了解刀具內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變及溫度的分布規(guī)律，獲得應(yīng)力、應(yīng)變及溫度分布圖，并方便地找出危險(xiǎn)點(diǎn)。該方法可為改進(jìn)刀具受力情況、合理設(shè)計(jì)刀具結(jié)構(gòu)以及對(duì)刀具進(jìn)行失效分析提供理論依據(jù)，為刀具強(qiáng)度和壽命的分析計(jì)算提供一種新方法。
隨著制造業(yè)的高速發(fā)展，汽車(chē)工業(yè)、航空航天工業(yè)、模具工業(yè)等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)部門(mén)對(duì)切削加工不斷提出更高的要求，推動(dòng)著刀具結(jié)構(gòu)的持續(xù)創(chuàng)新。為汽車(chē)工業(yè)流水線開(kāi)發(fā)的專(zhuān)用成套刀具成為革新加工工藝、提高加工效率、降低加工成本的重要工藝因素，發(fā)揮著重要的作用。模具工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了多功能面銑刀、各種球頭銑刀、模塊式立銑刀系統(tǒng)、插銑刀、大進(jìn)給銑刀等高效加工刀具的不斷涌現(xiàn)。為滿(mǎn)足航空航天工業(yè)高效加工大型鋁合金構(gòu)件的需要，開(kāi)發(fā)出了結(jié)構(gòu)新穎的鋁合金高速加工面銑刀和立銑刀等先進(jìn)刀具。與此同時(shí)，出現(xiàn)了各種新型可轉(zhuǎn)位刀片結(jié)構(gòu)，如多功能、多盤(pán)、多工位可變角、快換微調(diào)的機(jī)夾梅花刀，用于車(chē)削的高效刮光刀片，形狀復(fù)雜的帶前角銑刀刀片，球頭立銑刀刀片，防甩飛的高速銑刀刀片等。
五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床功能的實(shí)現(xiàn)使立銑刀、硬質(zhì)合金鉆頭等通用刀具的幾何參數(shù)進(jìn)一步多樣化，改變了標(biāo)準(zhǔn)刀具參數(shù)千篇一律的傳統(tǒng)格局，可適應(yīng)不同的被加工材料和加工條件，切削性能也相應(yīng)提高。一些創(chuàng)新的刀具結(jié)構(gòu)還可產(chǎn)生新的切削效果，如不等螺旋角立銑刀與標(biāo)準(zhǔn)立銑刀相比，可有效遏制刀具的振動(dòng)，降低加工表面粗糙度值，增大刀具的切削深度和進(jìn)給速度。硬質(zhì)合金絲錐及硬質(zhì)合金螺紋銑刀的開(kāi)發(fā)將螺紋加工效率提高到高速切削的水平，尤其是硬質(zhì)合金螺紋銑刀，不僅加工效率高，而且通用性好，可顯著降低刀具費(fèi)用。
另外，專(zhuān)業(yè)刀具廠家不斷開(kāi)發(fā)復(fù)合的或?qū)Ｓ玫牡毒?，?chuàng)新加工工藝，充分發(fā)揮機(jī)床的功能。微電子、傳感技術(shù)的應(yīng)用和智能刀具的開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了加工過(guò)程的主動(dòng)控制和優(yōu)化。
可見(jiàn)，只有通過(guò)先進(jìn)的刀具結(jié)構(gòu)才能充分發(fā)揮刀具材料和涂層的優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新的刀具結(jié)構(gòu)代表了當(dāng)前刀具結(jié)構(gòu)發(fā)展的方向。
刀具材料
目前使用的刀具材料種類(lèi)繁多，主要有金剛石、立方氮化硼、陶瓷、金屬陶瓷、硬質(zhì)合金和高速鋼等。不同刀具材料具有不同的性能，并有其特定的應(yīng)用范圍。
金剛石
能用作刀具材料的金剛石有4類(lèi)：天然金剛石、人工合成單晶金剛石、聚晶金剛石和金剛石涂層。
天然金剛石是最昂貴的刀具材料，由于天然金剛石可以刃磨成最鋒利的切削刃，主要應(yīng)用在超精密加工領(lǐng)域，如加工微機(jī)械零件、光學(xué)鏡面、導(dǎo)彈和火箭中的導(dǎo)航陀螺、計(jì)算機(jī)硬盤(pán)芯片等。人工合成單晶金剛石刀具有很好的尺寸、形狀和化學(xué)穩(wěn)定性，主要用來(lái)加工木材，如加工高耐磨Al2O3 涂層的木地板。聚晶金剛石是以鈷作為粘結(jié)劑，在高溫高壓下(約507MPa ，幾千攝氏度)由金剛石微粉壓制而成的。聚晶金剛石刀具具有優(yōu)異的耐磨性，可用來(lái)切削有色金屬和非金屬材料，精加工難加工材料，如硅鋁合金和硬質(zhì)合金等。
立方氮化硼
立方氮化硼(CBN)與聚晶金剛石一樣，也是在高溫高壓下人工合成的，其多晶結(jié)構(gòu)和性能也與金剛石類(lèi)似，具有很高的硬度和楊氏模量，很好的導(dǎo)熱性，很小的熱膨脹，較小的密度，較低的斷裂韌性。此外，立方氮化硼具有卓越的化學(xué)和熱穩(wěn)定性，同鐵族元素幾乎不發(fā)生反應(yīng)，這一點(diǎn)要優(yōu)于金剛石。因此，加工黑色金屬時(shí)多選用立方氮化硼而不用金剛石。聚晶立方氮化硼(PCBN)特別適合于加工鑄鐵、耐熱合金和硬度超過(guò)HRC45的黑色金屬(如發(fā)動(dòng)機(jī)箱體、齒輪、軸、軸承等汽車(chē)零部件)。PCBN刀具適合于高速干切削，可以用2O00m/min以上的速度高速加工灰鑄鐵。PCBN刀具在高速硬切削方面的應(yīng)用也比較廣泛，尤其是精加工汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)上的合金鋼零件，如硬度65 之間HRC6O～65之間的齒輪、軸、軸承，而這些零部件過(guò)去是靠磨削來(lái)保證尺寸精度和表面質(zhì)量的。
CBN的力學(xué)和熱學(xué)性能受粘結(jié)相的種類(lèi)及其含量的影響。粘結(jié)相有鈷、鎳或碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁等，CBN 的顆粒大小和粘結(jié)相種類(lèi)影響到其切削性能。低CBN 含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同，50%～65%)的PCBN 刀具主要用來(lái)精加工鋼(HRC45～65) ，而高CBN 含量(80%～90%)的PCBN 刀具用來(lái)高速粗加工、半精加工鎳鉻鑄鐵，斷續(xù)加工淬硬鋼、燒結(jié)金屬、硬質(zhì)合金、重合金等。
不含粘結(jié)相的CBN 正在研制當(dāng)中，通過(guò)控制合成條件使CBN顆粒更微細(xì)，微細(xì)顆粒的CBN 即使在高溫下也具有高熱導(dǎo)率、極高熱穩(wěn)定性、高硬度和高強(qiáng)度。無(wú)粘結(jié)相的CBN可望成為下一代刀具材料。
陶瓷
按化學(xué)成分，陶瓷刀具材料可分為氧化鋁基陶瓷、氮化硅基陶瓷、賽阿龍(復(fù)合氮化硅—氧化鋁)陶瓷三大類(lèi)。
氧化鋁基陶瓷具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，與鐵系金屬親和力很小，因此不易發(fā)生粘結(jié)磨損。氧化鋁在鐵中的溶解度只有WC在鐵中溶解度的1/5 ，因此，氧化鋁基陶瓷擴(kuò)散磨損小，同時(shí)它的抗氧化能力強(qiáng)。然而，氧化鋁基陶瓷的強(qiáng)度、斷裂韌度、導(dǎo)熱系數(shù)和抗熱震性較低。氧化鋁基陶瓷刀具在高速切削鋼時(shí)具有比氮化硅陶瓷刀具更優(yōu)越的切削性能。
與氧化鋁陶瓷相比，氮化硅基陶瓷具有較高的強(qiáng)度、斷裂韌度和抗熱震性能，較低的熱脹系數(shù)、楊氏模量和化學(xué)穩(wěn)定性，與鑄鐵不易發(fā)生粘結(jié)，因此，氮化硅基陶瓷刀具主要用于高速加工鑄鐵。
賽阿龍?zhí)沾傻毒呔哂休^高的強(qiáng)度、斷裂韌度、抗氧化性能、導(dǎo)熱率、抗熱震性能和抗高溫蠕變性能。但是熱膨脹系數(shù)較低，不適合加工鋼，主要用來(lái)粗加工鑄鐵和鎳基合金。
為了進(jìn)一步改進(jìn)陶瓷刀具加工新材料時(shí)的切削性能和抗磨損性能，研究人員開(kāi)發(fā)了碳化硅晶須增韌陶瓷材料(包括氮化硅基陶瓷和氧化鋁基陶瓷材料)，增韌后的陶瓷刀具高速切削復(fù)合材料和航空耐熱合金(鎳基合金等)時(shí)的效果非常好，但不適合加工鑄鐵和鋼。
陶瓷刀具的制造方法有熱壓法和冷壓法兩大類(lèi)。熱壓法是將粉末狀原料在高溫高壓下壓制成餅狀，然后切割成刀片；冷壓法是將原材料粉末在常溫下壓制成坯，再經(jīng)燒結(jié)成為刀片。熱壓法陶瓷刀具質(zhì)量好，是目前陶瓷刀具的主要制造方法，冷壓法可制造表面形狀較復(fù)雜或帶孔的陶瓷刀具。
TiC(N)基硬質(zhì)合金
TiC(N)基硬質(zhì)合金(即金屬陶瓷)密度小，硬度高，化學(xué)穩(wěn)定性好，對(duì)鋼的摩擦系數(shù)較小，切削時(shí)抗茹結(jié)磨損與抗擴(kuò)散磨損的能力較強(qiáng)，具有較好的耐磨性。金屬陶瓷刀具適于高速精加工碳鋼、不銹鋼、可鍛鑄鐵，可以獲得較好的表面粗糙度。
常用的金屬陶瓷有：(1)碳化鈦基高耐磨性的TiC+Ni或Mo，高斷裂韌度的TiC+WC+TaC+Co; (2) 增韌氮化鈦基金屬陶瓷；(3)碳氮化鈦基高耐磨和抗熱震性的TiCN+NbC。
硬質(zhì)合金
硬質(zhì)合金是高硬度、難熔的金屬化合物粉末(WC、TiC等)，用鈷或鎳等金屬做黏結(jié)劑壓坯、燒結(jié)而成的粉末冶金制品。硬質(zhì)合金刀具材料的問(wèn)世，使切削加工水平出現(xiàn)了一個(gè)飛躍。硬質(zhì)合金刀具能實(shí)現(xiàn)高速切削和硬切削。為滿(mǎn)足各種難加工材料的切削要求，開(kāi)發(fā)了許多硬質(zhì)合金加工技術(shù)，研制出多種新型硬質(zhì)合金，方法是：采用高純度的原材料，如采用雜質(zhì)含量低的鎢精礦及高純度的三氧化鎢等．采用先進(jìn)工藝，如以真空燒結(jié)代替氫氣燒結(jié)，以石蠟工藝代替橡膠工藝，以噴霧或真空干燥工藝代替蒸汽干燥工藝；改變合金的化學(xué)組分。調(diào)整合金的結(jié)構(gòu)；采用表面涂層技術(shù)。研制出的新型硬質(zhì)合金有添加鉭、鈮的硬質(zhì)合金、細(xì)晶粒與超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金，添加稀土元素的硬質(zhì)合金等。
在晶粒尺寸為0.2～1µm 的碳化鎢硬質(zhì)合金晶粒中加人更高硬度(HRA90～93)和強(qiáng)度(2000～3500MPa ，最高5000MPa)的TaC, NbC等顆粒，可以制成整體超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金刀具或可轉(zhuǎn)位刀片。晶粒細(xì)化后，硬質(zhì)相尺寸變小，粘結(jié)相更均勻地分布在硬質(zhì)相周?chē)?，可以提高硬質(zhì)合金的硬度與耐磨性，能顯著提高刀具壽命。如適當(dāng)增加鈷含量，還可以提高抗彎強(qiáng)度。這種刀具可以高速切削鐵族元素材料、鎳基和鈷基高溫合金、鈦基合金、耐熱不銹鋼、焊接材料和超硬材料等。
高速鋼
普通高速鋼是用熔融法制造的，在加工效率和加工質(zhì)量要求日益提高的先進(jìn)切削加工中，普通高速鋼的性能已嫌不足。20世紀(jì)后期，逐步出現(xiàn)了許多高性能高速鋼，新型高速鋼在普通高速鋼的基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整基本化學(xué)成分，并添加其他合金元素，使其常溫和高溫機(jī)械性能得到顯著提高。用作刀具材料的高性能高速鋼有高碳高速鋼、高鈷高速鋼、高釩高速鋼和含鋁高速鋼等。
粉末冶金高速鋼是將高頻感應(yīng)爐熔煉出的鋼液，用高壓氖氣或純氮噴射霧化，再急冷得到細(xì)小均勻結(jié)晶粉末，或用高壓水噴霧化形成粉末，所得到的粉末在高溫高壓下熱等靜壓制成粉末冶金高速鋼刀具。與傳統(tǒng)高速鋼相比，粉末冶金高速鋼沒(méi)有碳化物偏析的缺陷，且晶粒尺寸小，因此抗彎強(qiáng)度和韌性高，硬度高，適用的切削速度較高，刀具壽命較長(zhǎng)，并可加工較硬的工件材料。
刀具涂層技術(shù)與涂層材料
切削加工對(duì)刀具材料的性能要求非常高，刀具切削刃承受高溫(300～1200 ℃)、高壓(100～10000N/mm2)、高速(1～30m/s)和大應(yīng)變率(103～107/s) ，因此要求刀具既要有高的硬度和抗磨損性能，又要有高的強(qiáng)度和韌性，而涂層刀具是解決這一矛盾的最佳方案之一。涂層刀具是在具有高強(qiáng)度和韌性的基體材料上涂上一層耐高溫、耐磨損的材料。涂層材料及基體材料之間要求粘結(jié)牢固，不易脫落。涂層技術(shù)以其效果顯著、適應(yīng)性好、反應(yīng)快等特點(diǎn)，將對(duì)今后刀具性能的提高和切削技術(shù)的進(jìn)步發(fā)揮十分重要的推動(dòng)作用。
目前，常用的刀具涂層方法有化學(xué)氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、等離子體化學(xué)氣相沉積(PCVD)、鹽浴浸鍍法、等離子噴涂、熱解沉積涂層及化學(xué)涂敷法等，其中以CVD 和PVD應(yīng)用最為廣泛。化學(xué)氣相沉積法是在1000 ℃ 高溫的真空爐中，通過(guò)真空鍍膜或電弧蒸鍍將涂層材料沉積在刀具基體表面，沉積一層15µm厚的涂層約需4h 。在目前的切削加工刀具中，采用化學(xué)氣相沉積涂層并經(jīng)鈷強(qiáng)化的刀片占40～50%。
物理氣相沉積法與化學(xué)氣相沉積法類(lèi)似，只不過(guò)物理氣相沉積是在500 ℃左右完成的。物理氣相沉積法起先應(yīng)用在高速鋼上，后來(lái)也應(yīng)用在硬質(zhì)合金刀具上。化學(xué)氣相沉積法大多是多層涂層，而物理氣相沉積法則可以是單涂層與多層涂層。PVD 法有電弧發(fā)生等離子體氣相沉積法、等離子槍發(fā)射電子束離子鍍法、中空陰極槍發(fā)射電子束離子鍍法、e形槍發(fā)射電子束離子鍍法等，各有特色和優(yōu)缺點(diǎn)。近來(lái)PVD的進(jìn)展尤為引人注目，多種工藝競(jìng)相推出各種不同功能的多元、多層、復(fù)合涂層，大大擴(kuò)展了涂層的應(yīng)用范圍，涂層新品種開(kāi)發(fā)的速度明顯加快，隨著梯度結(jié)構(gòu)、納米結(jié)構(gòu)涂層的開(kāi)發(fā)，涂層的性能取得了新的突破。
涂層硬質(zhì)合金刀具具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)表層的涂層材料具有極高的硬度和耐磨性，若與無(wú)涂層的硬質(zhì)合金相比，涂層硬質(zhì)合金允許采用較高的切削速度，從而提高了加工效率，或能在同樣的切削速度下大幅度地提高刀具壽命。(2)涂層材料與被加工材料之間的摩擦系數(shù)較小，若與無(wú)涂層的硬質(zhì)合金相比，涂層硬質(zhì)合金的切削力有一定降低，已加工表面質(zhì)量較好。(3)由于綜合性能好，涂層硬質(zhì)合金刀具有較好的通用性和較寬的適用范圍。硬質(zhì)合金涂層最常用的方法是高溫化學(xué)氣相沉積法(HTCVD) ，用等離子體化學(xué)氣相沉積法(PCVD)在硬質(zhì)合金表面涂敷涂層的工藝也得到了應(yīng)用。
由于CVD法的涂敷溫度在1000 ℃以上，因此不適宜于高速鋼刀具的涂敷涂層，高速鋼刀具基體用PVD方法涂層，一般涂層材料用TiC、TiN等，但多采用TiN。涂敷涂層后的高速鋼刀具表面有硬層，耐磨性好，與被加工材料之間的摩擦系數(shù)小，基體材料的韌性不降低。與無(wú)涂層的高速鋼刀具相比，有涂層的高速鋼刀具在同樣切削條件下的切削力可降低5%～10%。由于涂層材料有熱屏障作用，刀具基體切削部分的切削溫度有所降低，工件己加工表面粗糙度值下降，刀具使用壽命顯著提高。
最常見(jiàn)的3種涂層材料是氮化鈦(TiN)、碳氮化鈦(TiCN)和氮鋁化鈦(TiAIN)。其中，20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的氮化鈦涂層應(yīng)用最廣泛，其涂層顏色為金黃色，容易辨認(rèn)。氮化鈦涂層可增加刀具表面的硬度和耐磨性，降低摩擦系數(shù)，減少積屑瘤的產(chǎn)生，延長(zhǎng)刀具壽命。氮化鈦涂層刀具適合于加工低合金鋼和不銹鋼。碳氮化鈦涂層表面為灰色，硬度比氮化鈦涂層要高，耐磨性更好。與氮化鈦涂層相比，碳氮化鈦涂層刀具能在更大的進(jìn)給速度及切削速度下加工(分別比氮化鈦涂層高出40%和60%) ，工件材料去除率更高。碳氮化鈦涂層刀具可以加工各種工件材料。氮鋁化鈦涂層呈現(xiàn)灰色或黑色，主要涂在硬質(zhì)合金刀具基體表面上，切削溫度達(dá)800 ℃ 時(shí)仍能進(jìn)行加工，適合于高速干切削。干切削時(shí)切削區(qū)的切屑可以用壓縮空氣清除。氮鋁化鈦適合加工淬硬鋼、鈦合金、鎳基合金、鑄鐵和高硅鋁合金等脆性材料。
化學(xué)氣相沉積金剛石涂層刀具適合于高速加工鋁及其他有色金屬，如紫銅、黃銅、青銅；還可以用來(lái)加工石墨制品和復(fù)合材料(如碳一碳增強(qiáng)塑料、玻璃纖維增強(qiáng)塑料、酚醛樹(shù)脂等)。CVD金剛石薄膜涂層刀具常應(yīng)用于復(fù)雜形狀的刀具，如帶斷屑槽的刀片、整體立銑刀、刨刀、鉆頭等。金剛石厚膜涂層刀具常用來(lái)高速切削過(guò)共晶鋁合金。金剛石涂層立銑刀采用超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金基體和CVD金剛石涂層，適用于高速加工鋁合金和石墨等非金屬材料。
陶瓷具有良好的物理化學(xué)特性：高耐磨性、耐高溫、耐腐蝕性能。因此，將基體材料的優(yōu)點(diǎn)和陶瓷材料優(yōu)異的性能相結(jié)合制成的涂層刀具哇能更好，與普通涂層刀具相比，降低了摩擦系數(shù)，從而更加耐磨，刀具壽命延長(zhǎng)。
最新研制的硬涂層有氮化碳涂層(CNx)，類(lèi)金剛石涂層(DLC) , AlCrN涂層等；適用于硬切削的TiSiN涂層，有潤(rùn)滑性的CrSiN涂層，有超強(qiáng)耐氧化能力的AlCrSiN涂層等；還有其他氮化物涂層(TiN/NbN、TiN/VN 、TiBoN)，硼化物涂層(TiB2、CBN)等，這些涂層刀具有良好的高溫穩(wěn)定性，適合高速切削使用。
物理氣相沉積法與化學(xué)氣相沉積法相結(jié)合可開(kāi)發(fā)出新的涂層刀具，內(nèi)層應(yīng)用化學(xué)氣相沉積法涂層可以形成與基體間的高粘結(jié)能力，外層應(yīng)用物理氣相沉積法涂層可降低切削力，使刀具適用于高速切削。
刀具涂層技術(shù)的進(jìn)展還體現(xiàn)在納米涂層的實(shí)用化方面。將上百層每層幾納米厚的材料涂在刀具基體材料上稱(chēng)為納米涂層，納米涂層材料的每一個(gè)顆粒尺寸都非常小，因此晶粒邊界非常長(zhǎng)，從而具有很高的高溫硬度、強(qiáng)度和斷裂韌性。納米涂層的維氏硬度可達(dá)HV2800～3000，耐磨性能比亞微米材料提高5%～50%。據(jù)報(bào)道，目前己開(kāi)發(fā)出碳化鈦和碳氮化鈦交替涂層達(dá)到62層的涂層刀具和400層的TiAlN—TiAlN/Al2O3納米涂層刀具。
與以上硬涂層相比，在高速鋼上涂硫化物(MoS2, WS2)稱(chēng)為軟涂層，主要應(yīng)用于高強(qiáng)度鋁合金、鈦合金和一些稀有金屬的切削。
總結(jié)：
刀具設(shè)計(jì)是刀具幾何結(jié)構(gòu)、切削材料及涂層之間的和諧組合。只有不斷推出先進(jìn)的刀具設(shè)計(jì)技術(shù)，促進(jìn)新型刀具的開(kāi)發(fā)和使用，才能滿(mǎn)足先進(jìn)切削加工技術(shù)的發(fā)展需求。當(dāng)前，世界制造業(yè)正經(jīng)歷著一場(chǎng)深刻的戰(zhàn)略險(xiǎn)重組，歐美以及日、韓等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)在全球范圍內(nèi)進(jìn)行著新一輪制造業(yè)資源的優(yōu)化配置，中國(guó)已經(jīng)成為發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)制造業(yè)大規(guī)模轉(zhuǎn)移和搶灘登陸的重要市場(chǎng)。但是我國(guó)的制造技術(shù)，特別是切削加工水平與國(guó)外相比還有很大的差距，發(fā)展先進(jìn)切削加工技術(shù)，特別是刀具設(shè)計(jì)技術(shù)，提高加工效率，建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)的重任責(zé)無(wú)旁貸地落在切削加工技術(shù)研究人員和工作者的肩上。只要我們高度重視先進(jìn)切削加工技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，并為之不懈努力，制造業(yè)強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)一定能實(shí)現(xiàn)！
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