涂層的切削性能明顯優(yōu)于tin涂層。加工inconel178的刀具壽命盡管pvd涂層顯示出很多優(yōu)點(diǎn)，但一些涂層如al2o3和金剛石則傾向于采用cvd涂層技術(shù)。al2o3是一種耐熱和抗氧化很強(qiáng)的涂層，它能夠?qū)⒌毒唧w和切削產(chǎn)生的熱量隔離開。通過cvd涂層技術(shù)，還可以綜合各種涂層的優(yōu)點(diǎn)，以達(dá)到*的切削效果，滿足切削加工的需要。
例如。tin具有低摩擦特性，可減少涂層組織的損耗，ticn可降低后刀面的磨損，tic涂層硬度較高，al2o3涂層具有優(yōu)良的隔熱效果等。涂層硬質(zhì)合金刀具與硬質(zhì)合金刀具相比，無論在強(qiáng)度、硬度和耐磨性方面均有了很大提高。車削硬度在hrc45~55的工件，低成本的涂層硬質(zhì)合金可實(shí)現(xiàn)高速車削。近年來，一些廠家應(yīng)用改進(jìn)涂層材料等方法，使涂層刀具的性能有了*的提高。如美、日的一些廠家采用瑞士altin涂層材料和新涂層技術(shù)生產(chǎn)的涂層刀片，硬度高達(dá)hv4500~4900，可在498.56m/min的速度時(shí)切削硬度hrc47~58的模具鋼。在車削溫度高達(dá)1500~1600°c時(shí)仍然硬度不降低、不氧化，刀片壽命為一般涂層刀片的4倍，而成本只有30%，且附著力好。陶瓷材料陶瓷刀具材料隨著其組成結(jié)構(gòu)和壓制工藝的不斷改進(jìn)，特別是納米技術(shù)的進(jìn)展，使得陶瓷刀具的增韌成為可能，在不久的將來，陶瓷可能繼高速鋼、硬質(zhì)合金以后引起切削加工的第3次革命。
陶瓷刀具具有高硬度（hra91~95）、高強(qiáng)度（抗彎強(qiáng)度為750~1000mpa），耐磨性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，抗粘結(jié)性能良好，摩擦系數(shù)低且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。不僅如此，陶瓷刀具還具有很高的高溫硬度，1200°c時(shí)硬度達(dá)到hra80。正常切削時(shí)，陶瓷刀具耐用度*，切削速度可比硬質(zhì)合金提高2~5倍，特別適合高硬度材料加工、精加工以及高速加工，可切削硬度達(dá)hrc65的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵等。常用的有：氧化鋁基陶瓷、氮化硅基陶瓷、金屬陶瓷和晶須增韌陶瓷。
氧化鋁基陶瓷刀具比硬質(zhì)合金有更高的紅硬性，高速切削狀態(tài)下切削刃一般不會產(chǎn)生塑性變形，但它的強(qiáng)度和韌性很低，為改善其韌性，提高耐沖擊性能，通?？杉尤雤ro或tic和tin的混合物，另一種方法是加入純金屬或碳化硅晶須。氮化硅基陶瓷除紅硬性高以外，還具有良好的韌性，與氧化鋁基陶瓷相比，它的缺點(diǎn)是在加工鋼時(shí)易產(chǎn)生高溫?cái)U(kuò)散，加劇刀具磨損，氮化硅基陶瓷主要應(yīng)用于斷續(xù)車削灰鑄鐵及銑削灰鑄鐵。金屬陶瓷是一種以碳化物為基體材料，其中tic為主要的硬質(zhì)相（0.5~2?m），它們通過co或ti粘結(jié)劑結(jié)合起來，是一種與硬質(zhì)合金相似的刀具，但它具有較低的親和性、良好的摩擦性及較好的耐磨性。它比常規(guī)硬質(zhì)合金能承受更高的切削溫度，但缺乏硬質(zhì)合金的耐沖擊性、強(qiáng)力切削時(shí)的韌性以及低速大進(jìn)給時(shí)的強(qiáng)度。
近年通過大量的研究、改進(jìn)和采用新的制作工藝，其抗彎強(qiáng)度和韌性均有了很大提高，如日本三菱金屬公司開發(fā)的新型金屬陶瓷nx2525及瑞典山德維克公司開發(fā)的金屬陶瓷刀片新品ct系列和涂層金屬陶瓷刀片系列，其晶粒組織的直徑細(xì)小至1?m以下，抗彎強(qiáng)度和耐磨性均遠(yuǎn)高于普通的金屬陶瓷，大大拓寬了其應(yīng)用范圍。立方氮化硼（cbn）cbn的硬度和耐磨性僅次于金剛石，有*的高溫硬度，與陶瓷相比，其耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性稍差，但沖擊強(qiáng)度和抗破碎性能較好。它廣泛適用于淬硬鋼（hrc≥50）、珠光體灰鑄鐵、冷硬鑄鐵和高溫合金等的切削加工，與硬質(zhì)合金刀具相比，其切削速度可提高一個(gè)數(shù)量級。
cbn含量高的復(fù)合聚晶立方氮化硼（pcbn）刀具硬度高、耐磨性好、抗壓強(qiáng)度高及耐沖擊韌性好，其缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性差和化學(xué)惰性低，適用于耐熱合金、鑄鐵和鐵系燒結(jié)金屬的切削加工。pcbn刀具中cbn顆粒含量較低，采用陶瓷作粘結(jié)劑，其硬度較低，但彌補(bǔ)了前一種材料熱穩(wěn)定性差、化學(xué)惰性低的特點(diǎn)，適用淬硬鋼的切削加工。
陶瓷和pcbn刀具切削淬硬鋼的殘余應(yīng)力在切削灰鑄鐵和淬硬鋼時(shí)，可選擇陶瓷刀具或cbn刀具，為此，應(yīng)進(jìn)行成本效益和加工質(zhì)量分析，以確定選擇哪一種。圖3為al2o3、si3n4和cbn刀具加工灰鑄鐵后刀面磨損情況，pcbn刀具材料切削性能優(yōu)于al2o3和si3n4。但在淬硬鋼干式切削時(shí)，al2o3陶瓷的成本低于pcbn材料。陶瓷刀具有良好的熱化學(xué)穩(wěn)定性，但卻不及pcbn刀具的韌性和硬度。在切削硬度低于hrc60以下和采用小進(jìn)給量時(shí)，陶瓷刀具是較好的選擇。pcbn刀具適于切削硬度高于hrc60的工件，尤其在自動化加工和高精度加工時(shí)更為適用。
除此之外，在相同后刀面磨損情況下，pcbn刀具切削后的工件表面殘余應(yīng)力也比陶瓷刀具相對穩(wěn)定。使用pcbn刀具干式切削淬硬鋼還應(yīng)遵循以下原則：在機(jī)床剛性允許條件下盡可能選擇大切深，這樣切削區(qū)生成的熱量使得刃前區(qū)金屬局部軟化，能有效降低pcbn刀具的磨損，此外，在小切深時(shí)還應(yīng)考慮采用pcbn刀具導(dǎo)熱性差而使得切削區(qū)熱量來不及擴(kuò)散，剪切區(qū)也能產(chǎn)生明顯的金屬軟化效應(yīng)，減小切削刃的磨損。
超硬刀具的刀片結(jié)構(gòu)及幾何參數(shù)刀片形狀及幾何參數(shù)的合理確定對充分發(fā)揮刀具切削性能是至關(guān)重要的。按刀具強(qiáng)度而言，各種刀片形狀的刀尖強(qiáng)度從高到低依次為：圓形、100°菱形、正方形、80°菱形、三角形、55°菱形、35°菱形。刀片材料選定后，應(yīng)選用強(qiáng)度盡可能高的刀片形狀。硬車削刀片也應(yīng)選擇盡可能大的刀尖圓弧半徑，用圓形及大刀尖圓弧半徑刀片粗加工，精加工時(shí)的刀尖圓弧半徑約為0.8?m左右。淬硬鋼切屑為紅而酥軟的緞帶狀，脆性大，易折斷，不粘結(jié)，淬硬鋼切削表面質(zhì)量高，一般不產(chǎn)生積屑瘤，但切削力較大，特別是徑向切削力比主切削力還要大，所以，刀具宜采用負(fù)前角（go≥-5°）和較大的后角（ao=10°~15°）。主偏角取決于機(jī)床剛性，一般取45°~60°，以減少工件和刀具顫振。超硬刀具切削參數(shù)及對工藝系統(tǒng)的要求切削參數(shù)的選擇工件材料硬度越高，其切削速度應(yīng)越小。使用超硬刀具進(jìn)行硬車削精加工的適宜切削速度范圍為80～200m/min，常用范圍為10～150m/min；采用大切深或強(qiáng)力斷續(xù)切削高硬度材料，切速應(yīng)保持在80～100m/min。一般情況下，切深為0.1～0.3mm之間。加工表面粗糙度低的工件，可選小的切削深度，但不能太小，要適宜。進(jìn)給量通常可以選擇0.05～0.25mm/r之間，具體數(shù)值視表面粗糙度值和生產(chǎn)率要求而定。當(dāng)表面粗糙度ra=0.3～0.4?m時(shí)，采用超硬刀具進(jìn)行硬車削比用磨削經(jīng)濟(jì)得多。
對工藝系統(tǒng)的要求除選擇合理的刀具外，采用超硬刀具進(jìn)行硬車削對車床或車削中心并無特殊要求，若車床或車削中心剛度足夠，且加工軟的工件時(shí)能得到所要求的精度和表面粗糙度，即可用于硬切削。為了保證車削操作的平穩(wěn)和連續(xù)，常用的方法是采用剛性夾緊裝置和中等前角刀具。若工件在切削力作用下其定位、支承和旋轉(zhuǎn)可以保持相當(dāng)平穩(wěn)狀態(tài)，現(xiàn)有的設(shè)備就可采用超硬刀具進(jìn)行硬車削。超硬刀具在硬車削中的應(yīng)用采用超硬刀具進(jìn)行硬車削，此項(xiàng)技術(shù)經(jīng)過十幾年的發(fā)展及推廣應(yīng)用，獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。下面以軋輥加工等行業(yè)為例，說明超硬刀具在生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用情況。
軋輥加工行業(yè)國內(nèi)許多大型軋輥企業(yè)已使用超硬刀具對冷硬鑄鐵、淬硬鋼等各類軋輥進(jìn)行荒車、粗車和精車，均取得了良好的效益7平均提高加工效率2～6倍，節(jié)約加工工時(shí)和電力50%～80%。如武漢鋼鐵公司軋輥廠對硬度為hs60～80的冷硬鑄鐵軋輥粗車、半精車時(shí)，切削速度提高了3倍，每車1根軋輥，節(jié)約電力、工時(shí)費(fèi)四百多元，節(jié)約刀具費(fèi)近一百元，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。如我校用fd22金屬陶瓷刀具車削hrc58～63的86crmov7淬硬鋼軋輥時(shí)（vc=60m/min，f=0.2mm/r，ap=0.8mm），單刃連續(xù)切削軋輥路徑達(dá)15000m（刀尖后刀面磨損帶的zui大寬度vbmax=0.2mm），滿足了以車代磨的要求。工業(yè)泵加工行業(yè)目前國內(nèi)碴漿泵生產(chǎn)廠的70%～80%已采用超硬刀具。
碴漿泵廣泛應(yīng)用于礦山、電力等行業(yè)，是國內(nèi)外急需的產(chǎn)品，其護(hù)套、護(hù)板是hrc63～67的cr15mo3高硬鑄鐵件。過去由于各種刀具難以車削這種材料，所以只得采用退火軟化后粗加工，然后再淬火加工的工藝。采用超硬刀具以后，順利實(shí)現(xiàn)了一次硬化加工，免除了退火再淬火2道工序，節(jié)約了大量工時(shí)和電力。
汽車加工行業(yè)在汽車、拖拉機(jī)等行業(yè)中的曲軸、凸輪軸、傳動軸的加工，刃具、量具的加工和設(shè)備維修中，經(jīng)常會碰到淬硬工件的加工難題。如我國某機(jī)車車輛廠，在設(shè)備維修中需要對軸承內(nèi)圈進(jìn)行加工，軸承內(nèi)圈（材料gcr15鋼）的硬度為hrc60，內(nèi)圈直徑為f285mm，采用磨削工藝，磨削余量不均勻，需2h才能磨好；而先用超硬刀具，僅用45min就加工成一個(gè)內(nèi)環(huán)。
結(jié)語：經(jīng)過多年的研究和探索，我國在超硬刀具方面取得了很大的進(jìn)展，但是，超硬刀具在生產(chǎn)中的應(yīng)用還不廣泛。原因主要有以下幾個(gè)方面：生產(chǎn)企業(yè)、操作者對采用超硬刀具進(jìn)行硬車削的效果了解不夠，普遍認(rèn)為硬材料只能磨削；認(rèn)為刀具成本太高。硬車削zui初的刀具成本比普通硬質(zhì)合金刀具高（如pcbn比普通硬質(zhì)合金貴十多倍），但其分?jǐn)傇诿總€(gè)零件上的成本比磨削還低，且?guī)淼男б姹绕胀ㄓ操|(zhì)合金要好得多；對超硬刀具加工機(jī)理研究不夠；超硬刀具加工的規(guī)范不足以指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。因此，除了對超硬刀具加工機(jī)理進(jìn)行深入研究外，還必須加強(qiáng)超硬刀具加工知識的培訓(xùn)、成功經(jīng)驗(yàn)演示及嚴(yán)格操作規(guī)范，使這種、潔凈的加工方法更多地應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際。