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鄒小姐：13326633089 -
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硬態切削（高速切削技術的一個應用領域）是指用車床使用陶瓷、超硬CBN、超細硬質合金等超硬刀具來加工淬硬材料(通常指硬度于54-63HRC之間)--淬硬鋼、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、粉末冶金和特殊材料等零件的一種加工方法，這種加工通常是作為最終加工或精加工，它比傳統的磨削加工有效率高、柔性好、工藝簡單、投資少等優點，在耗時和高成本的磨削和拋光的加工場景越來越多地被應用。
例如汽車行業，用CBN立方氮化硼刀具加工20CrMo5淬硬齒輪(60HRC)內孔，代替磨削，表面粗糙度可達0.22μm，已成為國內外汽車行業推廣的新工藝。
一、硬態切削精加工PK磨削精加工
對于高硬度鋼材，傳統的加工方法主要是在退火的條件下對工件進行粗加工，再經過熱處理，最后通過磨削完成工件加工。而硬態切削技術不同于傳統的加工方法，它比傳統的加工步驟更少，通過消除第二熱處理節約加工時間，硬態加工工藝提供了更高的靈活性，增加了材料的去除率，甚至可以實現干式加工。由于超硬材料刀具的出現及數控機床等加工設備精度的提高，采用硬態切削代替磨削完成零件最終加工-以車代磨，已成為一種新的重要的精加工途徑。如下是硬態切削與磨削的工藝對比。
▼硬態切削和磨削的對比
由上我們可知。硬態切削可以大大縮短工藝流程，增加加工工藝柔性，減少企業設備的投入，提高生產率，具有巨大的經濟效益；由于硬態切削基本不使用切削液，有利于環境保護，因此硬態切削越來越受到人們的關注。當然這個超硬材料刀具可不便宜，但經過實踐應用，您一定會發現哪個方式更適合您的實際要求，哪款用起來更節約成本，更能為您的產品創造價值。
二、硬態切削刀具材料
1、材料類型
高速硬切削要求使用硬和超硬刀具材料，可用于高速硬切削的超硬刀具材料主要包括金剛石、聚晶立方氮化硼(PCBN)、陶瓷、TiC(N)基硬質合金等，其中金剛石主要加工高硬有色金屬和非金屬材料，而聚晶立方氮化硼、陶瓷和TiC(N)基硬質合金主要加工高硬鋼、鑄鐵和超級合金等。如下是GB/T2075-2007ISO513:2004對硬切削材料分類的參考：
▼不同刀具材料的力學性能
①新型硬質合金刀具材料
硬質合金刀具具有良好的抗拉強度和斷裂韌性，但由于較低的硬度和較差的高溫穩定性，使其在高速硬切削中的應用受到一定限制。但細晶粒和超細晶粒的硬質合金由于晶粒細化后，硬質相尺寸變小，粘結相更均勻地分布在硬質相的周圍，提高了硬質合金的硬度與耐磨性，在硬切削中獲得較廣泛應用。
▼金屬陶瓷刀具（廈門金鷺特種合金有限公司）
備注：金屬陶瓷刀片在硬質合金行業中一般是指TiCN/TiC/TiC/TiC/S加Co或Ni作為粘接相，在很多場合中，添加元素周期表地VB、VB及VB族金屬中的一種以上的一種人員氮化物作為添加劑以增強金屬陶瓷的力學、高溫性能的一種刀具。
②陶瓷刀具
陶瓷刀具材料包括氧化鋁(Al2O3)、氮化硅(Si3N4)以及氮氧化硅鋁(SiAlON)陶瓷,因為Si3N4和SiAlON陶瓷的韌性相對較高,特別是其高溫韌性,用這種材料制作的刀具最適合于切削鑄鐵和耐熱超合金。NTK公司的五種黑色陶瓷材質,通過在氧化鋁中添加碳化物來增強韌性和硬度,具有高溫紅硬性和低塑性,可用來車削合金鋼、冷作或球墨鑄鐵輥以及硬度高達HRC62的粉末冶金金屬。
▲NTK公司氧化鋁系列陶瓷刀具及氧化鋁/碳化鈦系列(右)
由于陶瓷刀具脆性較大，為了提升陶瓷刀具的刃口強度，必須采用負倒棱，一般選用T型或雙T型棱面，且陶瓷刀具在切削過程中不能使用液體切削液，所以陶瓷刀具材料一般向增韌和自潤滑方向發展。
▲NTK公司氮化硅系列陶瓷刀具擁有氧化鋁系列陶瓷2倍的抗拉強度，同時具備了與硬質合金相媲美的耐缺損性（左）&晶須陶瓷系列刀具在氧化鋁中添加碳化硅晶須材料，晶須陶瓷作為加工耐熱合金的萬能材質，具備優秀的耐磨損性和耐表面剝落性。
③PCBN刀具材料
立方氮化硼（簡稱CBN）是用六方氮化硼（俗稱白石墨）為原料，利用超高溫高壓技術，繼人造金剛石之后人工合成的又一種新型無機超硬材料。硬度僅次于金剛石的人工合成物質，具有強度硬度高、耐磨性和耐熱性好等特點，而PCBN材料是進行硬態切削的理想刀具材料，化學性質穩定，導熱性好，耐熱度可以達到1400～1500℃。PCBN刀具材料中CBN含量以及金屬結合劑的類型，是影響PCBN材料性能的主要因素。可用于對高溫合金、淬硬鋼、冷硬鑄鐵等材料進行半精加工和精加工。
▼CBN及PCBN刀具（鄭州博特超硬刀具有限公司）
④金剛石刀具
金剛石是碳的同素異構體，它是自然界已經發現的最硬的一種材料。金剛石刀具具有高硬度、高耐磨性和高導熱性能，在有色金屬和非金屬材料加工中得到廣泛的應用。尤其在鋁和硅鋁合金高速切削加工中，金剛石刀具是難以替代的主要切削刀具品種。但金剛石刀具的不足之處在于其熱穩定性較差，切削溫度超過700℃~800℃時，就會完全失去其硬度；此外，它不適于切削黑色金屬，因為金剛石（碳）在高溫下容易與鐵原子作用，使碳原子轉化為石墨結構，刀具極易損壞。根據來源及工藝路線的不同，金剛石刀具可分為如下三大類。
A、天然金剛石刀具：天然金剛石作為切削刀具已有上百年的歷史了，天然單晶金剛石刀具經過精細研磨，刃口能磨得極其鋒利，刃口半徑可達0.002μm，能實現超薄切削，可以加工出極高的工件精度和極低的表面粗糙度，是公認的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。
B、PCD金剛石刀具：天然金剛石價格昂貴，金剛石廣泛應用于切削加工的還是聚晶金剛石（PCD），自20世紀70年代初，采用高溫高壓合成技術制備的聚晶金剛石（Polycrystauine diamond，簡稱PCD刀片研制成功以后，在很多場合下天然金剛石刀具已經被人造聚晶金剛石所代替。PCD原料來源豐富，其價格只有天然金剛石的幾十分之一至十幾分之一。PCD刀具無法磨出極其鋒利的刃口，加工的工件表面質量也不如天然金剛石，現在工業中還不能方便地制造帶有斷屑槽的PCD刀片。因此，PCD只能用于有色金屬和非金屬的精切，很難達到超精密鏡面切削。
C、CVD金剛石刀具：從20世紀70年代末至80年代初，CVD金剛石技術在日本出現。CVD金剛石是指用化學氣相沉積法（CVD）在異質基體（如硬質合金、陶瓷等）上合成金剛石膜，CVD金剛石具有與天然金剛石完全相同的結構和特性。
CVD金剛石的性能與天然金剛石相比十分接近，兼有天然單晶金剛石和聚晶金剛石（PCD）的優點，在一定程度上又克服了它們的不足。
▲Applied Diamond的“工具”級CVD金剛石是一種無粘結劑、細粒度的純金剛石，在粗加工或精加工硬材料或研磨材料時提供更高的耐磨性、更鋒利的邊緣和更低的切削力。（來源Applied Diamond Inc）
⑤帶涂層的刀具
對刀具進行涂層處理是提高刀具性能的重要途徑之一。涂層刀具的出現，使刀具切削性能有了重大突破。涂層刀具是在韌性較好刀體上，涂覆一層或多層耐磨性好的難熔化合物，它將刀具基體與硬質涂層相結合，從而使刀具性能大大提高。涂層刀具可以提高加工效率、提高加工精度、延長刀具使用壽命、降低加工成本。
2、工具特性
硬態切削技術切削的工件主要為高硬度工件，切削過程中，切削力大，切削過程一般不使用冷卻液，其溫度可達900℃，刀具易磨損，這就要求硬態切削刀具具有強度高、耐高溫、化學性質穩定、導熱性好、耐磨性好等特點。如下是硬態切削刀具特性。
▼硬態切削刀具特性
參考資料：
1、硬態切削刀具的性能及選用；濰坊學院，郭麗君；機械設計與制造[J]。
2、GB/T2075-2007ISO513:2004；本標準起草單位∶成都工具研究所、鄭州市鉆石精密制造有限公司。
3、硬態切削用刀具技術最新進展；岳彩旭①，郝小樂①，南月沖①，劉獻禮①，何耿煌②①；①哈爾濱理工大學機械動力工程學院；②廈門金鷺特種合金有限公司。
4、www.ntkcuttingtools.com特殊陶業實業（上海）NTK切削刀具。
編輯：粉體圈Alpha
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