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摘 要：每种刀具对应有其特有的加工范围。切削刀具的加工对象选择主要有三方面内容，分别是力学、物理学和化学性能匹配，根据工件的材料进行刀具材料的选择十分必要，这能提高刀具的寿命也能增大刀具的生产率，进而达到降低加工成本的目的。
关键词：机械加工；刀具；材料
中图分类号：TG711 文献标识码：A 文章編号：1004-7344（2018）12-0228-01
机械加工领域随着材料科学的进步出现了极大的变革，在加工钢铁材料时，需要针对被加工件合理选择刀具种类，从而有效减少刀具磨损，保障产品质量，提高加工生产效率，降低生产成本，减少资源的消耗量。
1 力学性能匹配
机械加工中力学性能匹配包括：强度匹配、韧性匹配、硬度匹配等等，这些力学参数之间应当形成良好配合。刀具自身的力学性能不同，其所使用的加工材料也有很大的不同。例如高速钢、硬质合金与金钢石刀具，在加工过程中要根据被加工件的实际材料硬度进行选择。通常，刀具的硬度必须要高于60HRC，并高于被加工件的实际硬度。高硬度材料在进行加工时，必须要采用高硬度的刀具。刀具材料参数参照表1[1]。
为了有效提高生产效率，在加工过程中通常采用高速切削的加工方式。高速切削过程中所产生的切削温度要远高于常规切削，但是伴随着切削温度的提高，刀具强度和硬度都会随之下降。因此，在进行高速切削时，所使用的刀具材料自身必须要具有良好的常规力学性能，同时在高温环境工作时，也要满足力学性能要求，且高温力学性能的重要性要强于室温力学性能。
2 物理性能的匹配
物理性能匹配主要是指：材料熔点匹配、弹性模量匹配、导热系数匹配、热膨胀匹配等等，只有这些数值与其物理性能匹配才能达到更好的切削效果。根据刀具的物理性能不同，对应的材料加工范围也不同，譬如高速钢刀具导热性好、熔点低，陶瓷刀具具有高熔点与低热涨、金刚石刀具有高导热与低热涨的特性，在对导热性工具进行加工的时候，就要选择导热性能较好的刀具，进而能快速散发切削热，降低材料的切削温度，保障材料的性能。
金刚石导热系数相较于硬质合金而言要高1.5～9倍，高于铜2～6倍，在导热系数和热扩散率较高的情况下，切割热的散发速度较快，所以刀具切削部分的温度相对偏低。但是根据金刚石热膨胀系数的变化可以了解：其热膨胀系数小于硬质合金，基本是高速钢的1/10左右，所以金刚石刀具出现形变的可能性较低[2]。金刚石刀具适用于精密加工，立方氮化硼的导热性能与金刚石相比较弱，但整体性能与高速钢或者硬质合金比较强。随着切削速度的提高，CBN刀具自身的导热系数呈现出增长趋势，因此刀尖位置的切削温度会随之下降，并使得刀具磨损量减少。CBN材料的耐热性与金刚石相比要高一倍，非常适用于高温加工。
高速切削时，切削速度需要高于平常的切削速度十几倍。在切削温度高的情况下，刀具出现失效的原因多是受到刀具材料的热性能影响。因此在切削加工时要选择耐热性能好、导热性能好、氧化温度高的刀具。对钢材和铸铁材料进行切削加工时，切削的速度多在铝合金加工速度的1/3～1/5，究其原因是切削时的热量会让刀的尖端出现形变，过热也会让刀产生破损。高速切削低导热性能以及高硬度材料如钛合金、镍基合金、高硬合金钢的时候，切削不当会出现锯齿形，在进行高速铣削中由于厚度出现变化，会出现断续切屑，使刀具内的热应力出现变化，刀具出现磨损。
3 化学性能的匹配
刀具磨损主要原因便是机械磨损与化学磨损。其中机械磨损主要包括磨料、黏着、塑性磨损等；刀具材料在高温下出现分解、溶解或者元素扩散的现象被成为化学磨损。刀具进行切削时出现的磨损与加工材料自身特性有着紧密联系。随着切削条件和工件材质的改变，磨损机制也会产生变化。低速切削的时温度相对较低，造成刀具磨损的形式主要为磨料；而高速切割的时候，受到切割时的温度等因素影响，能在温度变化中引发一些化学反应，这期间氧化磨损与扩散磨损占据重要位置。随着切削温升高，工件硬度逐渐下降，磨料现象开始减少。
化学性能匹配需要将加工刀具与被加工件的化学性能相匹配，而不同组分的刀具，在不同工件材料中的适宜度是不同的，特别是刀具与工件中的元素具有极强的化学亲和性时，就容易产生化学反应，或者产生粘连、扩散，这就要通过回避的方式来解决[3]。例如，在进行镍基合金的时候，多使用SiC颗粒或者SiC晶须的刀具，若使用钢件刀具磨损就在所难免了，特别是切削的时候磨损更是严重。
而SIC在高温下易与铁元素产生反应，反应式如下：4Fe+SiC-FeSi+Fe3C。陶瓷化学惰性远大于TiC和WC。即使在融化温度下，Al2O3的刚也很难起到较大的作用。因此，刚切削的过程中，Al2O3陶瓷刀具出现的扩散磨损偏小。另外Al2O3中含有的铝元素，在形成铝合金以后会差生较大的亲和力，这便使得黏着磨损与扩散磨损现象非常容易产生，所以在使用的时候尽量不要选择刀具加工铝、钛合金等。
4 结束语
每一种不同材质的刀具在进行机械加工过程中都有不同的使用方式，刀具的使用的效果和寿命也存在较大的差异，因此在加工时进行刀具的选择需要根据被加工件的材质进行针对性选择。在使用的时候若能对应好，将会加大工作效率，减少刀具的模式，也能提高切削加工生产率。
参考文献
[1]陈群英.硬质材料刀具在机械加工中的应用[J].科技风，2012（13）：79.
[2]田 育.现代机械制造业中的刀具失效形式分析[J].价值工程，2011，30（26）：54.
[3]赵小健.硬质材料刀具在机械加工中的应用[J].东方教育，2014（7）.
收稿日期：2018-3-24
关键词：机械加工；刀具；材料
中图分类号：TG711 文献标识码：A 文章編号：1004-7344（2018）12-0228-01
机械加工领域随着材料科学的进步出现了极大的变革，在加工钢铁材料时，需要针对被加工件合理选择刀具种类，从而有效减少刀具磨损，保障产品质量，提高加工生产效率，降低生产成本，减少资源的消耗量。
1 力学性能匹配
机械加工中力学性能匹配包括：强度匹配、韧性匹配、硬度匹配等等，这些力学参数之间应当形成良好配合。刀具自身的力学性能不同，其所使用的加工材料也有很大的不同。例如高速钢、硬质合金与金钢石刀具，在加工过程中要根据被加工件的实际材料硬度进行选择。通常，刀具的硬度必须要高于60HRC，并高于被加工件的实际硬度。高硬度材料在进行加工时，必须要采用高硬度的刀具。刀具材料参数参照表1[1]。
为了有效提高生产效率，在加工过程中通常采用高速切削的加工方式。高速切削过程中所产生的切削温度要远高于常规切削，但是伴随着切削温度的提高，刀具强度和硬度都会随之下降。因此，在进行高速切削时，所使用的刀具材料自身必须要具有良好的常规力学性能，同时在高温环境工作时，也要满足力学性能要求，且高温力学性能的重要性要强于室温力学性能。
2 物理性能的匹配
物理性能匹配主要是指：材料熔点匹配、弹性模量匹配、导热系数匹配、热膨胀匹配等等，只有这些数值与其物理性能匹配才能达到更好的切削效果。根据刀具的物理性能不同，对应的材料加工范围也不同，譬如高速钢刀具导热性好、熔点低，陶瓷刀具具有高熔点与低热涨、金刚石刀具有高导热与低热涨的特性，在对导热性工具进行加工的时候，就要选择导热性能较好的刀具，进而能快速散发切削热，降低材料的切削温度，保障材料的性能。
金刚石导热系数相较于硬质合金而言要高1.5～9倍，高于铜2～6倍，在导热系数和热扩散率较高的情况下，切割热的散发速度较快，所以刀具切削部分的温度相对偏低。但是根据金刚石热膨胀系数的变化可以了解：其热膨胀系数小于硬质合金，基本是高速钢的1/10左右，所以金刚石刀具出现形变的可能性较低[2]。金刚石刀具适用于精密加工，立方氮化硼的导热性能与金刚石相比较弱，但整体性能与高速钢或者硬质合金比较强。随着切削速度的提高，CBN刀具自身的导热系数呈现出增长趋势，因此刀尖位置的切削温度会随之下降，并使得刀具磨损量减少。CBN材料的耐热性与金刚石相比要高一倍，非常适用于高温加工。
高速切削时，切削速度需要高于平常的切削速度十几倍。在切削温度高的情况下，刀具出现失效的原因多是受到刀具材料的热性能影响。因此在切削加工时要选择耐热性能好、导热性能好、氧化温度高的刀具。对钢材和铸铁材料进行切削加工时，切削的速度多在铝合金加工速度的1/3～1/5，究其原因是切削时的热量会让刀的尖端出现形变，过热也会让刀产生破损。高速切削低导热性能以及高硬度材料如钛合金、镍基合金、高硬合金钢的时候，切削不当会出现锯齿形，在进行高速铣削中由于厚度出现变化，会出现断续切屑，使刀具内的热应力出现变化，刀具出现磨损。
3 化学性能的匹配
刀具磨损主要原因便是机械磨损与化学磨损。其中机械磨损主要包括磨料、黏着、塑性磨损等；刀具材料在高温下出现分解、溶解或者元素扩散的现象被成为化学磨损。刀具进行切削时出现的磨损与加工材料自身特性有着紧密联系。随着切削条件和工件材质的改变，磨损机制也会产生变化。低速切削的时温度相对较低，造成刀具磨损的形式主要为磨料；而高速切割的时候，受到切割时的温度等因素影响，能在温度变化中引发一些化学反应，这期间氧化磨损与扩散磨损占据重要位置。随着切削温升高，工件硬度逐渐下降，磨料现象开始减少。
化学性能匹配需要将加工刀具与被加工件的化学性能相匹配，而不同组分的刀具，在不同工件材料中的适宜度是不同的，特别是刀具与工件中的元素具有极强的化学亲和性时，就容易产生化学反应，或者产生粘连、扩散，这就要通过回避的方式来解决[3]。例如，在进行镍基合金的时候，多使用SiC颗粒或者SiC晶须的刀具，若使用钢件刀具磨损就在所难免了，特别是切削的时候磨损更是严重。
而SIC在高温下易与铁元素产生反应，反应式如下：4Fe+SiC-FeSi+Fe3C。陶瓷化学惰性远大于TiC和WC。即使在融化温度下，Al2O3的刚也很难起到较大的作用。因此，刚切削的过程中，Al2O3陶瓷刀具出现的扩散磨损偏小。另外Al2O3中含有的铝元素，在形成铝合金以后会差生较大的亲和力，这便使得黏着磨损与扩散磨损现象非常容易产生，所以在使用的时候尽量不要选择刀具加工铝、钛合金等。
4 结束语
每一种不同材质的刀具在进行机械加工过程中都有不同的使用方式，刀具的使用的效果和寿命也存在较大的差异，因此在加工时进行刀具的选择需要根据被加工件的材质进行针对性选择。在使用的时候若能对应好，将会加大工作效率，减少刀具的模式，也能提高切削加工生产率。
参考文献
[1]陈群英.硬质材料刀具在机械加工中的应用[J].科技风，2012（13）：79.
[2]田 育.现代机械制造业中的刀具失效形式分析[J].价值工程，2011，30（26）：54.
[3]赵小健.硬质材料刀具在机械加工中的应用[J].东方教育，2014（7）.
收稿日期：2018-3-24