刀具的發(fā)展在人類進(jìn)步的歷史上占有重要的地位。中國(guó)早在公元前28～前20世紀(jì)，就已出現(xiàn)黃銅錐和紫銅的錐、鉆、刀等銅質(zhì)刀具。戰(zhàn)國(guó)后期(公元前三世紀(jì))，由于掌握了滲碳技術(shù)，制成了銅質(zhì)刀具。當(dāng)時(shí)的鉆頭和鋸，與現(xiàn)代的扁鉆和鋸已有些相似之處。

而刀具的快速發(fā)展是在18世紀(jì)后期，伴隨蒸汽機(jī)等機(jī)器的發(fā)展而來的。

1783年，法國(guó)的勒內(nèi)首先制出銑刀。1923年，德國(guó)的施勒特爾發(fā)明硬質(zhì)合金。到采用硬質(zhì)合金時(shí)，效率又比用高速鋼提高兩倍以上，切削加工出的的工件表面質(zhì)量和尺寸精度也大大提高。

由于高速鋼和硬質(zhì)合金的價(jià)格比較昂貴，1938年，德國(guó)德古薩公司取得關(guān)于陶瓷刀具的專利。1972年，美國(guó)通用電氣公司生產(chǎn)了聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀片。這些非金屬刀具材料可使刀具以更高的速度切削。

1969年，瑞典山特維克鋼廠取得用化學(xué)氣相沉積法，生產(chǎn)碳化鈦涂層硬質(zhì)合金刀片的專利。1972年，美國(guó)的邦沙和拉古蘭發(fā)展了物理氣相沉積法，在硬質(zhì)合金或高速鋼刀具表面涂覆碳化鈦或氮化鈦硬質(zhì)層。表面涂層方法把基體材料的高強(qiáng)度和韌性，與表層的高硬度和耐磨性結(jié)合起來，從而使這種復(fù)合材料具有更好的切削性能。

由于在高溫、高壓、高速下，和在腐蝕性流體介質(zhì)中工作的零件，其應(yīng)用的難加工材料越來越多，切削加工的自動(dòng)化水平和對(duì)加工精度的要求越來越高。在選擇刀具的角度時(shí)，需要考慮多種因素的影響，如工件材料、刀具材料、加工性質(zhì)(粗、精加工)等，必須根據(jù)具體情況合理選擇。

常見的刀具材料：高速鋼，硬質(zhì)合金（含金屬陶瓷），陶瓷，CBN（立方氮化硼），PCD(聚晶金剛石)，因其硬度一個(gè)比一個(gè)硬，所以一般而言，切削速度也一個(gè)比一個(gè)高。

刀具材料性能解析

高速鋼：

可分為普通高速鋼和高性能高速鋼。

普通高速鋼，如W18Cr4V廣泛用于制造各種復(fù)雜刀具。其切削速度一般不太高，切削普通鋼料時(shí)為40-60m/min。

高性能高速鋼，如W12Cr4V4Mo是在普通高速鋼中再增加一些含碳量、含釩量及添加鈷、鋁等元素冶煉而成的。它的耐用度為普通高速鋼的1.5-3倍。

硬質(zhì)合金：

按GB2075—87(參照采用190標(biāo)準(zhǔn))可分為P、M、K三類，P類硬質(zhì)合金主要用于加工長(zhǎng)切屑的黑色金屬，用藍(lán)色作標(biāo)志；M類主要用于加工黑色金屬和有色金屬，用黃色作標(biāo)志，又稱通用硬質(zhì)合金，K類主要用于加工短切屑的黑色金屬、有色金屬和非金屬材料，用紅色作標(biāo)志。

P、M、K后面的阿拉伯?dāng)?shù)字表示其性能和加工時(shí)承受載荷的情況或加工條件，數(shù)字愈小，硬度愈高，韌性愈差。

陶瓷：

陶瓷材料的耐磨性好，可加工傳統(tǒng)刀具難以加工或根本不能加工的高硬材料。此外陶瓷刀具可可免除退火加工所消耗的電力，并因此也可提高工件的硬度，延長(zhǎng)機(jī)器設(shè)備的使用壽命。

陶瓷刀片切削時(shí)與金屬摩擦力小，切削不易粘接在刀片上，不易產(chǎn)生積屑瘤，加上可以進(jìn)行高速切削。所以在條件相同時(shí)，工件表面粗糙度比較低。刀具耐用度比傳統(tǒng)刀具高幾倍甚至幾十倍，減少了加工中的換刀次數(shù)；耐高溫，紅硬性好?？稍?200℃下連續(xù)切削.所以陶瓷刀片的切削速度可以比硬質(zhì)合金高很多?？蛇M(jìn)行高速切削或?qū)崿F(xiàn)"以車、銑代磨"，切削效率比傳統(tǒng)刀具高3-10倍，達(dá)到節(jié)約工時(shí)、電力、機(jī)床數(shù)30-70%或更高的效果

CBN：

這是目前已知的第二高硬度的物質(zhì)，CBN復(fù)合片的硬度一般為HV3000～5000，具有很高的熱穩(wěn)定性和高溫硬度，并且有很高的抗氧化能力，在1000℃時(shí)也不產(chǎn)生氧化現(xiàn)象，與鐵系材料在1200～1300℃時(shí)也不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，具有良好的導(dǎo)熱性和較低的摩擦系數(shù)

聚晶金剛石PCD：

金剛石刀具有硬度高、抗壓強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性及耐磨性好等特性，可在高速切削中獲得很高的加工精度和加工效率。由于PCD的結(jié)構(gòu)是取向不一的細(xì)晶粒金剛石燒結(jié)體，雖然加入了結(jié)合劑，其硬度及耐磨性仍低于單晶金剛石。與有色金屬和非金屬材料間的親和力很小，在加工過程中切屑不易粘結(jié)在刀尖上形成積屑瘤

材料各自的應(yīng)用范圍：

高速鋼：主要用在成型刀具和形狀復(fù)雜等一些需要高韌性的場(chǎng)合；

硬質(zhì)合金：應(yīng)用范圍*廣，基本上都能干；

陶瓷：主要用在硬零件車削和鑄鐵類零件的粗加工和高速加工；

CBN：主要用在硬零件車削和鑄鐵類零件的高速加工（一般而言，比陶瓷的耐磨性，抗沖擊韌性和抗斷裂性能強(qiáng)效率要高一點(diǎn)）；

PCD：主要用在有色金屬和非金屬材料的高效率切削。

數(shù)控機(jī)床對(duì)刀具材料的要求

較高的硬度和耐磨性

刀具切削部分的硬度必須高于工件材料的硬度，刀具材料的硬度越高，其耐磨性越好。刀具材料在常溫下的硬度應(yīng)在HRC62以上。

足夠的強(qiáng)度和韌性

刀具在切削過度中承受很大的壓力，有時(shí)在沖擊和振動(dòng)條件下工作，要使刀具不崩刃和折斷，刀具材料必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性，一般用抗彎強(qiáng)度表示刀具材料的強(qiáng)度，用沖擊值表示刀具材料的韌性。　

較高的耐熱性

耐熱性指刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度及韌性的性能，是衡量刀具材料切削性能的主要指標(biāo)，這種性能也稱刀具材料紅硬性。

較好的導(dǎo)熱性

刀具材料的導(dǎo)熱系數(shù)越大，刀具傳出的熱量越多，有利于降低刀具的切削溫度和提高刀具的耐用度。

良好的工藝性

為便于刀具的加工制造，要求刀具材料具有良好的工藝性能，如刀具材料的鍛造、軋制、焊接、切削加工和可磨削性、熱處理特性及高溫塑性變形性能，對(duì)于硬質(zhì)合金和陶瓷刀具材料還要求有良好的燒結(jié)與壓力成形的性能。

刀具材料種類

高速鋼

高速鋼是由W、Cr、Mo等合金元素組成的合金工具鋼，具有較高的熱穩(wěn)定性，較高的強(qiáng)度和韌性，并有一定的硬度和耐磨性，因而適合于加工有色金屬和各種金屬材料，又由于高速鋼有很好的加工工藝性，適合制造復(fù)雜的成形刀具，特別是粉沬冶金高速鋼，具有各向異性的機(jī)械性能，減少了淬火變形，適合于制造精密與復(fù)雜的成形刀具。

硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金具有很高的硬度和耐磨性，切削性能比高速鋼好，耐用度是高速鋼的幾倍至數(shù)十倍，但沖擊韌性較差。由于其切削性能優(yōu)良，因此被廣泛用作刀具材料 。

切削刀具用硬質(zhì)合金分類及標(biāo)志

涂層刀片

1）CVD氣相沉積法涂層　涂層物質(zhì)為TiC，使硬質(zhì)合金刀具耐用度提高1-3倍。涂層厚；刃口鈍；利于提高速度壽命。

2）PVD物理氣相沉積法涂層　涂層物質(zhì)為TiN、TiAlN和Ti(C,N)，使硬質(zhì)合金刀具耐用度提高2-10倍。涂層薄；刃口鋒利；利于降低切削力。

★涂層*大厚度≤16um

CBN和PCD

立方氮化硼（CBN）　立方氮化硼硬度和導(dǎo)熱性能僅次于金剛石，有很高的熱穩(wěn)定性和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，因此適用于加工淬火鋼、硬鑄鐵、高溫合金和硬質(zhì)合金。

聚晶金剛體（PCD）　聚晶金剛體作為切削刀具使用時(shí)，燒結(jié)在硬質(zhì)合金基體上，可對(duì)硬質(zhì)合金、陶瓷、高硅鋁合金等耐磨、高硬度的非金屬和非鐵合金材料進(jìn)行精加工。

★ISO機(jī)夾刀片材料分類法★

鋼   件：P05    P25   P40 

不銹鋼：M05   M25   M40  

鑄   鐵：K05    K25   K30

★數(shù)字越小表示刀片越硬，刀具的耐磨性越好，抗沖擊性能較差。

★數(shù)字越大表示刀片越軟，刀具的抗沖擊性能越好，耐磨性較差。

可轉(zhuǎn)為刀片型號(hào)與ISO表示規(guī)則

1 、表示為刀片形狀的代碼

　

2、表示為主切削刃后角的代碼 

3、表示為刀片尺寸公差的代碼

4、表示為刀片斷屑及夾固形式的代碼

5、表示為切削刃長(zhǎng)度表示方法 

6、表示為刀片厚度的代碼

7、表示為修光刃、R角的代碼

其他數(shù)字的意義

8表示為表示特殊需要的代碼；

9表示為進(jìn)給方向的代碼，如代碼R表示右進(jìn)刀，代碼L表示左進(jìn)刀，代碼N表示中間進(jìn)刀；

10表示為斷屑槽型的代碼；

11表示刀具公司材料代碼；

切削速度Vc計(jì)算公式：

式中： 

d—工件或刀尖的回轉(zhuǎn)直徑，單位mm

n—工件或刀具的轉(zhuǎn)速，單位r/min

普通車床加工螺紋的速度

車削螺紋主軸轉(zhuǎn)速n，切削螺紋時(shí)，車床的主軸轉(zhuǎn)速受加工工件的螺距（或?qū)С蹋┐笮?、?qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)升降特性及螺紋插補(bǔ)運(yùn)算速度等多種因素影響，因此對(duì)于不同的數(shù)控系統(tǒng)，選擇車削螺紋主軸轉(zhuǎn)速n存在一定的差異。下列為一般數(shù)控車床車螺紋時(shí)主軸轉(zhuǎn)速計(jì)算公式：

式中：p—工件螺紋的螺距或?qū)С? 單位mm。

　　　  k—保險(xiǎn)系數(shù)，一般為80。

加工螺紋的每次進(jìn)給深度計(jì)算

螺紋加工走刀次數(shù)

1）粗加工

粗加工走刀量經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式：f 粗 = 0.5 R

  

式中：R   ------ 刀尖圓弧半徑mm

          f    ------ 粗加工走刀量mm

2）精加工

式中：Rt  ------ 輪廓深度μm

              f    ------ 進(jìn)給量mm/r

              rε ------ 刀尖圓弧半徑mm

按進(jìn)給量、斷屑槽區(qū)分粗精車

f≥0.36               粗加工

0.36＞f≥0.17     半精加工

f＜0.17               精加工

影響刀片粗、精加工不是刀片的材料而是斷屑槽。刃口倒角小于40um為鋒利。

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