刀具材料与工件的物理性能匹配

根据加工类型和工件材料选择使用刀具的材料，让刀具材料与工件材料相匹配，这是整个机械加工行业公认的常识。但是，到底这所谓的匹配要满足多少条件，恐怕就不是所有人都了解的了。下面，我们就来介绍一下，刀具材料与工件材料如何在力学性能、物理性能以及化学性能上实现匹配。

 
刀具材料与工件的力学性能匹配
 
力学性能主要设计的是刀具和工件的强度、韧性及硬度等参数。各种刀具材料按照抗弯强度由强到弱的顺序排列，依次为高速钢、硬质合金、陶瓷刀具、金刚石和立方氮化硼刀具；按照韧性从高到低顺序排列，依次为高速钢、硬质合金、立方氮化硼、金刚石和陶瓷刀具；按照硬度由高到低顺序排列，依次为金刚石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、硬质合金和高速钢。
 
力学性能存在差异，所以刀具才能适应各种不同工件材料的加工需求。刀具的硬度必须要高于它加工的工件硬度，因此高硬度的工件材料，必须用更高硬度的刀具才能进行加工。通常，刀具材料的硬度越高，其耐磨性也就越好，但是强度和韧性会受到影响。高硬度高耐磨性的刀具一般被安排用于粗加工，而硬度稍低的则一般被用于精加工。
 
另外，具有优良的高温力学性能的刀具是高速切削的绝佳之选，比如陶瓷刀具就具有上述优点，能够以很高的速度进行切削。其允许的切削速度可以比硬质合金刀具高2到10倍。
 


 
这里所说的物理性能主要是指材料的导热性、熔点以及热膨胀率等参数。刀具的导热性应该跟工件形成互补，当加工导热性不好的工件时，一定要使用强导热性的刀具，这样才能将切削热及时地导出，维持刀具和工件的尺寸精度。
 
各种刀具材料按照耐热性由高到低的顺序排列，依次为立方氮化硼、陶瓷、碳化钛基硬质合金、WC基超细晶粒硬质合金、金刚石和HSS；按照导热性由高到低的顺序排列，依次为PCD、立方氮化硼、WC基硬质合金、碳化钛基硬质合金、HSS、Si3N4基陶瓷和A1203基陶瓷；按照热胀系数由大到小的顺序排列，依次为HSS、WC基硬质合金、碳化钛基硬质合金、A1203基陶瓷、PCBN、Si3N4基陶瓷和PCD；按照抗热震性由强到弱的顺序排列，依次为HSS、WC基硬质合金、Si3N4基陶瓷、立方氮化硼、PCD、碳化钛基硬质合金和A1203基陶瓷。
 
刀具材料与工件的化学性能匹配
 
化学性能包括刀具与工件是否具有化学亲和性，能够发生化学反应以及扩散和溶解等现象。如果发生了这些现象，说明刀具与材料不匹配。
 
各种刀具材料按照与钢的抗粘接温度由高到低的顺序排列，依次为立方氮化硼、陶瓷、硬质合金和HSS；按照抗氧化温度由高到低的顺序排列，依次为陶瓷、立方氮化硼、硬质合金、金刚石和HSS；按照对钢铁的扩散强度由大到小的顺序排列，依次为金刚石、Si3N4基陶瓷、立方氮化硼和A1203基陶瓷；按照对钛扩散强度由大到小的顺序排列，依次为A1203基陶瓷、立方氮化硼、SiC、Si3N4和金刚石。