先进的加工设备与高性能的数控刀具相结合，可以充分发挥其应有的性能，取得良好的经济效益。随着刀具材料的飞速发展，各种新型刀具材料的化学、力学性能和磨削性能有了很大的提高，应用范围不断扩大。
刀具材料应具备基本属性
刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本有很大影响。铣削刀具时，要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动。为此，刀具材料应具备以下基本特性：
(1)强度和耐磨性。刀具材料的强度必须低于型腔材料的强度，通常在60HRC以上。刀具材料的强度越高，耐磨性越好。
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(2)硬度和硬度。刀具材料应具有较高的硬度和硬度，使其能够承受磨削力、冲击和振动，避免刀具延性开裂和崩刃。
(3)耐热性。刀具材料具有较好的耐热性，能承受较高的磨削温度，具有良好的抗氧化性。
(4)工艺性能和经济性。刀具材料应具有良好的锻造性能、热处理性能、焊接性能、机械加工性能等，并应追求高性价比。
刀具材料的种类、性能、特点及应用
1。金刚石刀具材料的种类、性能和性能及刀具应用
钻石是碳的同素异形体，是自然界已知的最坚硬的材料。金刚石工具具有高强度、高耐磨性和高导热性，广泛用于有色金属和非金属材料的加工。特别是在铝和硅铝合金的高速铣削中，金刚石刀具是不可替代的主要铣削刀具类型。可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的刀具。
金刚石刀的种类
天然金刚石工具：天然金刚石作为铣削工具已有数百年的历史。天然单晶硅金刚石刀具经过精细研磨，刃口可锐化，刃口直径可达0.002μm，可实现薄磨，可加工极高的螺孔精度和极表面粗糙度低，是公认的、理想的、不可替代的超精密加工工具。
PCD金刚石工具：天然金刚石价格高。广泛用于磨削的金刚石仍然是聚晶金刚石（PCD）。 1970年代初开始低合金高强度钢 正取代低强度传统钢材，采用低温高压合成技术制备。多晶金刚石（
，简称PCD刀片研制成功后，天然金刚石刀具在很多场合早已被人造聚晶金刚石取代。 PCD原料丰富，价格仅为天然金刚石的几至十分之一。
PCD工具很难产生非常锋利的边缘，加工出来的螺孔表面质量不如天然金刚石。今天，带断屑槽的 PCD 刀片在行业中不容易制造。因此，PCD只能用于有色金属和非金属的精细切削，难以实现超精密镜面磨削。
CVD金刚石刀具：自1970年代末和1980年代初以来，CVD金刚石技术在美国兴起。 CVD金刚石是指通过物理液相沉积（CVD）在异质碳化物（如硬质合金、陶瓷等）上合成金刚石薄膜。 CVD钻石具有与天然钻石相同的特性。结构和特点。 CVD金刚石的性能与天然金刚石非常接近。它具有天然单晶硅金刚石和多晶金刚石（PCD）的优点，并在一定程度上克服了它们的缺点。
金刚石刀的性能特点：
极高的强度和耐磨性：天然金刚石是自然界中发现的最坚硬的物质。金刚石具有极高的耐磨性。在加工高强度材料时，金刚石刀具的寿命是硬质合金刀具的10～100倍，甚至上百倍。
低摩擦系数：金刚石与一些有色金属的摩擦系数低于其他刀具，摩擦系数低，加工时变形小，可降低铣削力。
铣边特别锋利：金刚石刀具的磨边可以很锋利，天然单晶硅金刚石刀具可以高达0.002～0.008μm，即可进行减薄铣削和超精密加工。
高热导率：金刚石的热导率和热扩散率高，磨削热容易散发，刀具铣削部分温度低。
具有较低的热膨胀系数：金刚石的热膨胀系数比硬质合金小数倍，铣削热引起的刀具规格变化很小，是精密和超精密加工所需要的具有高规格精度。说出来特别重要。
金刚石刀的应用。
金刚石刀具多用于有色金属和非金属材料的高速精铣和镗削。适用于加工各种耐磨非金属，如玻璃钢粉末冶金毛坯、陶瓷材料等；各种耐磨有色金属，如各种硅铝合金；各种有色金属精加工。金刚石工具的缺点是它们的热稳定性差。当研磨温度超过700℃～800℃时，其强度将完全丧失；据报道，红色金属不容易铣削，因为金刚石（碳）含量低，很容易与铁原子相互作用，使碳原子转化为石墨结构，刀具容易损坏。
2。立方渗碳硼刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用
第二种超硬材料立方碳化硼（CBN），合成方式与金刚石相似，强度和导热性仅次于金刚石，具有优异的热稳定性。在大气中加热直到不发生氧化。 CBN对蓝色金属具有极其稳定的物理性能，可广泛用于钢铁制品的加工。
立方渗碳硼刀具的种类
立方渗碳硼 (CBN) 是自然界中不存在的物质。可分为单晶和多晶，即CBN单晶硅和多晶立方碳化硼（
，简称PCBN）。 CBN是渗碳硼（BN）的同素异形体之一，其结构类似于金刚石。 PCBN（多晶立方碳化硼）是一种多晶材料，其中精细的CBN材料通过结合相（TiC、TiN、Al、Ti等）在低温高压下烧结在一起。金刚石的刀具材料，也叫金刚石超硬刀具材料。 PCBN主要用于制作刀具或其他工具。
PCBN刀具可分为整体PCBN刀片和与硬质合金复合的PCBN复合刀片。
PCBN复合刀片是在硬度和硬度较好的硬质合金上烧结一层厚度为0.5~1.0mm的PCBN制成。强度和耐磨性，解决了CBN刀片弯曲硬度低、难钎焊的问题。
立方渗碳硼的主要性能和特性
立方渗碳硼的强度略逊于金刚石，但远低于其他高强度材料。 CBN的突出优点是热稳定性远高于金刚石，可达到1200℃以上（金刚石为700-800℃）。也没有身体反应。立方渗碳硼的主要性能特点如下。
高强度耐磨：CBN晶体结构与金刚石相似，强度和硬度与金刚石相近。 PCBN非常适合加工之前只能切割的高强度材料，可以获得更好的螺孔表面质量。
高热稳定性：CBN的耐热温度可达1400-1500℃，几乎是金刚石（700-800℃）的1倍。 PCBN刀具可用于低温合金和淬硬钢的高速铣削，速度比硬质合金刀具高3-5倍。
优异的物理稳定性：在1200-1300℃与铁基材料无物理作用，不会像金刚石那样腐蚀，此时仍能保持硬质合金的强度； PCBN刀具适用于铣削渗碳钢件和冷硬铸铁，可广泛用于铸铁的高速铣削。
具有更好的热导率：CBN的热导率似乎低于金刚石，在各种刀具材料中，PCBN的热导率仅次于金刚石，远低于高速钢和胶结碳化物
低摩擦系数：低摩擦系数可降低铣削时的铣削力，提高磨削温度，提高加工表面质量。
立方渗碳硼刀具应用：
立方渗碳硼易于精加工各种难铣材料，如渗碳钢、硬铸铁、高温合金、硬质合金和表面涂层材料。加工精度可达IT5（孔为IT6)，表面粗糙度值可小至Ra1.25～0.20μm。
立方渗碳硼刀具材料硬度和弯曲硬度较差。因此，立方渗碳硼丝锥不适用于低速、大冲击载荷的粗加工；同时不适合铣削塑性高的材料（如铝合金、铜合金、镍基合金、塑性高的钢等）。在使用金属时形成严重的积屑瘤，这会损坏加工表面。
3。陶瓷刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用
陶瓷刀具具有韧性高、耐磨性好、耐热性和物理稳定性优良、不易与金属形成结合的特点。陶瓷刀具在数控加工中占有极其重要的地位，陶瓷刀具已成为高速铣削加工难加工材料的主要刀具之一。陶瓷刀具广泛用于高速铣削、干式铣削、硬铣削和难加工材料的磨削。陶瓷刀具可以高效加工传统刀具根本无法加工的高硬度材料，实现“以车削磨”；陶瓷刀具的最佳铣削率可比硬质合金刀具提高2～10倍，从而大大提高铣削生产效率；陶瓷工具材料使用的主要原料是地幔中含量最丰富的元素。因此，陶瓷刀具的推广应用对于增加原料丰度、降低加工成本、节约战略性贵金属具有重要意义，也将大大促进铣削加工。技术进步。
陶瓷刀具材料的种类
陶瓷刀具材料的种类一般可分为三类：碳化硅基陶瓷、氮化硅基陶瓷、复合渗碳硅-碳化硅基陶瓷。其中，碳化硅基和渗碳硅基陶瓷刀具材料应用最为广泛。渗碳硅基陶瓷的性能优于碳化硅基陶瓷。
陶瓷工具的性能和特点
陶瓷工具的性能特点如下：
强度高，耐磨性好：陶瓷刀具的强度似乎不如PCD和PCBN，但远低于硬质合金和高速钢刀具，达到93-95HRA。陶瓷刀具可以加工传统刀具无法加工的高硬度材料，适用于高速铣削和硬质铣削。
耐低温，耐热性好：陶瓷刀具在1200℃以上的低温下仍可铣削。陶瓷工具具有良好的低温热性能，A12O3陶瓷工具具有非常好的抗氧化性。虽然磨边处于红热状态，但可以连续使用。因此，陶瓷刀具可以实现干式铣削，从而无需铣削液。
良好的物理稳定性：陶瓷刀具不易与金属结合，具有良好的耐腐蚀性和化学稳定性，可减少刀具的结合腐蚀。
低摩擦系数：陶瓷刀具与金属的亲和力小，摩擦系数低，可降低铣削力和磨削温度。
陶瓷刀有应用
陶瓷是主要用于高速精加工和半精加工的刀具材料之一。陶瓷刀具适用于铣削各种铸铁（灰口铸铁、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、高硬度钢、高锰钢、淬硬钢等），还可用于铣削铜合金、石墨、工程塑料和复合材料。
陶瓷刀具材料存在弯曲硬度低、冲击硬度差、在低速和冲击载荷下不易铣削的问题。
4。涂层刀具材料的性能和性能及刀具的应用
涂层工具是提高工具性能的重要方法之一。涂层刀具的出现，使刀具的铣削性能有了重大突破。涂层刀具是在硬度好的刀体上蚀刻一层或多层耐磨性好的不溶性化合物，使刀具的碳化物与硬质涂层结合，从而大大提高刀具的性能。涂层刀具可以提高加工效率，提高加工精度，延长刀具寿命，降低加工成本。新型数控铣床中使用的铣刀中约有 80% 使用涂层刀具。涂层刀具将是未来CNC加工领域最重要的刀具品种。
涂装工具的种类
根据镀膜方式的不同，镀膜工具可分为物理液相沉积（CVD）镀膜工具和化学液相沉积（PVD）镀膜工具。涂层硬质合金刀具通常采用物理液相沉积法，沉积温度在1000℃左右。涂层高速钢工具通常采用数学液相沉积法，沉积温度在500℃左右；
根据涂层刀具的硬质合金材料不同，涂层刀具可分为硬质合金涂层刀具、高速钢涂层刀具、陶瓷和超硬材料（金刚石和立方渗碳硼）上的涂层刀具。
根据涂层材料的性质，涂层刀具可分为两类，即“硬”涂层刀具和“软”涂层刀具。 “硬”涂层工具的主要目标是高强度和耐用性。耐磨性，其主要优点是强度高和耐磨性好，典型的是TiC和TiN涂层。 “软”涂层刀具的目标是低摩擦系数，称为自润滑刀具，它与型腔材料有摩擦系数很低，只有0.1左右，可以减少粘结，减少摩擦, 增加铣削力和磨削温度。
最近开发了纳米涂层 () 刀具。这些涂层工具有多种涂层材料组合（例如金属/金属、金属/陶瓷、陶瓷/陶瓷等），以满足不同的功能和性能要求。合理设计的纳米涂层可使刀具材料具有优良的减摩抗磨功能和自润滑性能，适用于高速干式铣削。
涂层工具的特点
涂层刀具的性能特点如下：
良好的热性能和磨削性能：涂层刀具结合了硬质合金和涂层材料的优良性能，既保持了硬质合金良好的硬度和高硬度，又具有涂层的高强度和高耐磨性。和低摩擦系数。为此，涂层刀具的磨削速度可以比未涂层刀具提高2倍以上，并且允许更高的进给速度。涂层工具的使用寿命也得到了延长。
通用性强：涂层刀具通用性广，加工范围显着扩大。一个涂层工具可以替代几个非涂层工具。
涂层长度：刀具寿命随着涂层长度的减少而降低，但当涂层长度达到饱和时，刀具寿命不再显着降低。当涂层太厚时，容易引起剥落；涂层过薄时耐磨性较差。
可再磨性：涂层刀片可再磨性差，涂层设备复杂，工艺要求高，涂层时间长。
涂层材料：不同涂层材料的刀具具有不同的磨削性能。例如，在低速铣削时，TiC涂层具有优势；高速铣削时，TiN更适合。
涂层工具的应用
涂层刀具在数控加工领域潜力巨大，将是未来数控加工领域最重要的刀具品种。涂层技术已应用于立铣刀、铰刀、钻头、复合孔加工工具、齿轮滚刀、插齿刀、剃须刀、成形铰刀和各类机夹可转位刀片，以满足高速铣削的需要。对钢和铸铁、耐热合金和有色金属等材料的要求。
5。硬质合金刀具材料的种类、性能、特点及应用
硬质合金刀具，非常可转位的硬质合金刀具，是数控加工刀具的主导产品。 1980年代以来，各类整体式和可转位硬质合金刀具或刀片早已扩展到各种铣刀领域，其中可转位硬质合金刀具已从简单的丝锥和面铣刀扩展到各种精密、复杂和成形刀具.
硬质合金刀具的类型
硬质合金按主要物理成分可分为碳化钨基硬质合金和碳（氮化物）钛（TiC(N)）基硬质合金。碳化钨基硬质合金包括三种类型：钨钴（YG）、钨钴钛（YT）和稀有基体（YW）。 (TiC)、碳化钽(TaC)、碳化铌(NbC)等，常用的金属结合相是Co。
碳（氮化物）钛基硬质合金是以TiC为主要成分（部分添加其他氮化物或碳化物）的硬质合金。常用的金属键合相是Mo和Ni。
ISO（国际标准化组织）将铣削硬质合金分为三类：
K班，包括Kl0~K40，相当于我国的YG班（主要成分是WC.Co）。
P类，包括P01~P50，相当于我国的YT类（主要成分为WC.TiC.Co）。
M级，包括M10~M40，相当于我国的YW级（主要成分为WC-TiC-TaC(NbC)-Co）。
每个钢种代表一系列合金，从高强度到最大硬度，数字在 01 到 50 之间。
硬质合金刀具的性能特点
硬质合金刀具的性能特点如下：
高强度：硬质合金刀具是由具有高强度和熔点的晶粒（称为硬质相）和金属结合剂（称为结合相）通过粉末冶金技术制成，其强度为89～93HRA远低于高速钢。在5400C时，强度仍能达到82-87HRA，与室温下高速钢（83-86HRA）的强度相同。硬质合金的强度值随金属结合相的性质、数量、晶粒尺寸和浓度而变化，通常随着结合金属相浓度的增加而降低。当粘结相浓度相同时，YT基合金的强度低于YG基合金，而添加TaC(NbC)的合金具有更高的低温强度。
弯曲硬度和硬度：常用硬质合金的弯曲硬度在900~范围内。金属结合相的浓度越高，弯曲硬度越高。当粘结剂浓度相同时，YG基（WC-Co）合金的硬度低于YT基（WC-TiC-Co）合金，且硬度随TiC浓度的降低而增加。硬质合金是一种韧性材料，其室温冲击韧性仅为高速钢的1/30～1/8。
常用硬质合金刀具的应用
YG合金主要用于加工铸铁、有色金属和非金属材料。细硬质合金硬质合金（如YG3X、YG6X）在钴含量相同时比中硬质合金具有更高的强度和耐磨性，适用于加工一些特殊硬铸铁、奥氏体碳钢、耐热合金、钛合金、硬青铜和耐磨绝缘材料等。
YT型硬质合金的突出优点是强度高，耐热性好，比YG型具有更高的高温强度和抗压硬度，抗氧化性好。因此，当要求刀具具有较高的耐热性和耐磨性时，应选择TiC浓度较高的钢种。 YT合金适用于加工钢等塑性材料，但不适用于加工钛合金和硅铝合金。
YW合金兼顾了YG和YT合金的性能，具有良好的综合性能。可用于加工钢、铸铁和有色金属。适当降低钴浓度，此类合金具有较高的硬度，可用于各种难加工材料的粗加工和断续铣。
6。高速钢工具的种类、特点及应用
高速钢（简称HSS）是一种添加了W、Mo、Cr、V等合金元素较多的高合金工具钢。高速钢工具在硬度、韧性和可制造性方面具有优异的综合性能。在复杂刀具中，特别是孔刀具、铣刀、螺纹刀具、拉刀、齿轮刀具等刀片形状复杂的刀具中，高速钢仍占据主要地位。高速钢刀有助于锋利的磨边。
根据用途不同，高速钢可分为通用高速钢和高性能高速钢。
通用 HSS 工具
通用高速钢。通常可分为钨钢和钨钼钢。该类高速钢含(C)0.7%～0.9%。按钢中钨的含量可分为W含量为12%或18%的钨钢、W含量为6%或8%的钨钼钢、W含量为2%或2%的钼钢没有W。。通用高速钢具有一定的韧性（63-66HRC）和耐磨性，硬度和硬度高，塑性和加工性好，因此广泛用于各种复杂工具的制造。
钨钢：通用高速钢钨钢的典型钢种为（简称W18)，综合性能好，6000C低温强度48.5HRC，适用于各种复杂工具的制造，具有切削性好，脱碳敏感性低等优点，但由于二硫化钼浓度高，分布不均匀，颗粒大，硬度和硬度都不高。
钨钼钢：是指用钼代替钨钢中的部分钨而获得的高速钢。钨钼钢的典型钢种是，（简称M2)。M2的晶粒细而均匀，硬度、韧性和低温塑性较好。另一种钨钼钢是（简称W9)，其热稳定性略低于M2钢，弯曲硬度和硬度较好，切削加工性好。
高性能高速钢刀具
高性能高速钢是指在通用高速钢的成分中降低部分碳、钒含量并添加Co、Al等合金元素，使其耐热性和耐磨性的新型碳化物。抵抗力可以提高。性别。主要有以下几类：
高碳高速钢：高碳高速钢（如 ），在室温和低温下具有高强度，易于制造和加工普通钢和铸铁、铰刀、铰刀、丝锥和具有高耐磨性要求的铣刀或加工较硬材料的工具不应承受较大的冲击。
高钒高速钢：典型钢种，如（简称EV4），V含量提高到3%～5%，耐磨性好，适合铣削对工具生锈较大的材料，如纤维、硬橡胶、塑料等，也可用于加工碳钢、高硬度钢和低温合金等材料。
钴高速钢：是一种含钴的超硬高速钢。典型钢种，如，，（简称M42)低合金高强度钢 正取代低强度传统钢材，强度高，强度可达69-70HRC，适用于加工高硬度耐热钢等难加工材料、高温合金和钛合金，M42具有良好的切削加工性，易于制造精密复杂的刀具，但不适合冲击铣削。
铝高速钢：是一种含铝的超硬高速钢。典型钢种，如，（简称501)，6000C低温强度也达到54HRC，磨削性能相当于M42，适用于制造铣刀、钻头、铰刀、齿轮刀具、拉刀等，用于加工合金钢、不锈钢、高硬度钢和低温合金等材料。
含氮超硬高速钢：典型钢种，如，，简称（V3N），属于含氮超硬高速钢，强度、强度、韧性与M42相当，并可作为含钴高速钢的替代品。难加工材料的低速铣削和低速高精度加工。
冶炼高速钢和粉末冶金高速钢
根据制造工艺的不同，高速钢可分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。
熔炼高速钢：普通高速钢和高性能高速钢都是通过熔炼制造的。它们通过炼钢、铸锭和电镀等工艺制成刀具。冶炼高速钢时容易出现的严重问题是晶粒碳化物。高速钢短期释放时硬脆晶粒不均匀，碳化物粗大（可达几十微米），对高速钢工具的耐磨性产生负面影响。韧性和铣削性能受到不利影响。
粉末冶金高速钢（PMHSS）：粉末冶金高速钢（PMHSS）是将钢水在高频感应炉中熔炼，用高压氢气或纯氢气雾化，然后淬火得到细和均匀的晶体结构（高速钢粉末），然后将得到的粉末在低温高压下压制成刀坯，或将坯料锻轧后制成刀形。与熔融法生产的高速钢相比，PMHSS具有烧蚀碳化物细小均匀，硬度、硬度和耐磨性比熔融高速钢提高很多的优点。在复杂数控刀具领域，PMHSS刀具将进一步发展并占据重要地位。典型钢种，如F15、FR71、GFl、GF2、GF3、PT1、PVN等，可用于制造大规格并能承受重载、高冲击力的工具，也可用于制造精密工具。
CNC刀具材料选择原则
目前广泛使用的数控刀具材料主要有金刚石刀具、立方渗碳硼刀具、陶瓷刀具、涂层刀具、硬质合金刀具和高速钢刀具。刀具材料的总钢数很多，其性能差异很大。下表列出了各种刀具材料的主要性能指标。
CNC加工的刀具材料必须根据加工的螺孔和加工特性来选择。刀具材料的选择应与加工对象合理匹配。磨具材料与加工对象的匹配主要是指两者的热性能、物理性能和物理性能的匹配，以获得最长的刀具寿命和最大的磨削工艺。丰富。
1。铣刀材料与加工对象的热性能匹配
铣刀与加工对象的热性能匹配问题主要是指刀具与型腔材料的硬度、韧性、强度等热性能的匹配。不同力学性能的刀具材料适用于不同的螺孔材料。
刀具材料强度顺序为：金刚石刀具>立方渗碳硼刀具>陶瓷刀具>硬质合金>高速钢。
刀具材料的弯曲硬度顺序为：高速钢>硬质合金>陶瓷刀具>金刚石和立方渗碳硼刀具。
刀具材料的韧性顺序为：高速钢>硬质合金>立方渗碳硼、金刚石、陶瓷刀具。
高强度螺孔材料必须用强度更高的刀具加工。刀具材料的强度必须低于型腔材料，通常在60HRC以上。刀具材料的强度越高，其耐磨性越好。例如，当硬质合金中钴含量增加时，其硬度和硬度降低，强度增加，适合粗加工；当钴含量降低时，其强度和耐磨性降低，适合精加工。
具有优异低温热性能的刀具特别适用于高速铣削。陶瓷刀具优异的低温性能可实现高速铣削，允许的磨削速度比硬质合金高2-10倍。
2。铣刀材料与加工对象的数学性能匹配
Tools with , such as high-speed steel tools with high and low point, tools with high point and high , tools with high and high , etc., are for screw hole . When screw holes with poor , tool with be used, so that the heat can be and the can be . Due to the high and of , the heat is easy to and does not form a large , which is for tools that high .
The heat- of tool : tool is 700～8000C, PCBN tool is 13000～, tool is 1100～, TiC(N)-based is 900～, WC-based The is 800-9000C, and the HSS is 600-7000C.
The order of of tool : PCD>PCBN>WC-based >TiC(N)-based >HSS>Si3N4-based >A1203-based .
The order of of tool is: HSS>WC-based >TiC(N)>A1203-based >PCBN>Si3N4-based >PCD.
The order of light shock of tool is: HSS>WC-based >Si3N4-based >PCBN>PCD>TiC(N)-based >A1203-based .
3。 of tool and of
The of the of the tool and the to the of the such as the , , and of the tool and the . The of the screw holes for by tools with are .
The anti- of tool (with steel) is: PCBN>> >HSS.
The of tool is: >PCBN>hard alloy>>HSS.
The of tool (for steel) is: >Si3N4-based >PCBN>A1203-based . The (for ) is: A1203-based >PCBN>SiC>Si3N4>.
4。 of CNC tool
, PCBN, tools, and TiCN-based tools are for CNC of red such as steel; PCD tools are for non- such as Al, Mg, Cu, etc. of its and non- . Table 3-3-2 lists some for the above tool .
