從人類(lèi)使用工具開(kāi)始，便開(kāi)始了人類(lèi)發(fā)展的歷史，最初人們懂得將存在于身邊的東西折斷或彎曲，這已經(jīng)是“變形加工”的雛形。不久，又有了物質(zhì)的軟硬的“概念”，知道用硬的東西可以切削軟的東西。在遠(yuǎn)古時(shí)代所謂的“切削”，開(kāi)始是“去除加工”。那時(shí)，硬的東西首先是石頭，把石頭弄碎、磨光作為工具。后來(lái)隨著鐵的發(fā)現(xiàn)，制作出比石頭更鋒利的刃具。良好的切削刃具，使人們能更容易制造出生產(chǎn)工具和生活工具。可以說(shuō)工具的發(fā)展是人類(lèi)文明進(jìn)步的永恒動(dòng)力。

碳素工具鋼

現(xiàn)代的切削刀具材料經(jīng)歷了從碳素工具鋼到高速工具鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷刀具和超硬刀具材料的一百多年的發(fā)展歷史。18世紀(jì)后半葉，最初的刀具材料組要是碳素工具鋼。因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)它是作為可以加工成切削刀具的最硬的材料，然而，由于其耐熱溫度很低（低于200℃）。碳素工具鋼在高速切削時(shí)，存在由于切削熱而理科完全變鈍的缺點(diǎn)，切削范圍受到限制。因此期待著出現(xiàn)在高速下也能切削的刀具材料。反映這一期待而出現(xiàn)的材料是高速鋼。

高速鋼

高速鋼也稱(chēng)鋒鋼，是在1898年由美國(guó)的F.W.泰勒（F.W.Tayloe）和M.懷特（M.white）研制的。與其說(shuō)它的含碳量比碳素工具鋼少，不如說(shuō)加入了鎢。由于其中硬質(zhì)碳化鎢的作用，使之在高溫條件下硬度也不降低，而且由于可以用遠(yuǎn)比碳素工具鋼切削速度（切鋼6~10m/min，切鑄鐵3~5m/min）高的速度進(jìn)行切削，故命名為高速鋼。最初的高速鋼含鎢8%、鉻3.6%，切削速度達(dá)12m/min；1906年確定了高速鋼的最佳成分為：C 6.7%；W 18.9%；Cr 5.47%；Mn 0.11%；V 0.29%；其余為Fe。從1900~1920年，出現(xiàn)了添加釩和鈷的高速鋼，其耐熱性提高到500~600℃。切鋼的切削速度達(dá)到30~40m/min，提高了近6倍。此后，隨其組成元素的系列變化，形成了鎢系和鉬系高速鋼。直到目前它仍被廣泛應(yīng)用。高速鋼的出現(xiàn)引起了切削加工的革命，大大提高了金屬切削的生產(chǎn)率，并要求完全改變機(jī)床的機(jī)構(gòu)，以適應(yīng)這種新刀具材料的切削性能要求。新機(jī)床的出現(xiàn)和進(jìn)一步發(fā)展，反過(guò)來(lái)又促進(jìn)了更優(yōu)良的刀具材料開(kāi)發(fā)，刀具受到激發(fā)而得到發(fā)展，在新的制造技術(shù)條件下，高速鋼刀具在高速切削時(shí)也存在由于切削熱而限制刀具耐用度的問(wèn)題。當(dāng)切削速度達(dá)到700℃，高速鋼刀尖就完全變鈍，在切削溫度高于此值的切削速度下，就完全不能進(jìn)行切削。因而，出現(xiàn)了比上述更高切削溫度條件下保持足夠硬度、可在更高的切削溫度下切削的硬質(zhì)合金刀具材料。

硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金是1925年德國(guó)人K.史律太爾（K.Schroter）發(fā)明；1929年由德國(guó)克虜伯公司商品化推向市場(chǎng)。它是以鎢為主要成分，將WC粉末以鈷作為結(jié)合劑燒結(jié)而成的。最初研制的WC-Co合金，耐熱性達(dá)到800℃，切削速度提高40m/min以上。這種硬質(zhì)合金雖然具有高溫下硬度不降低的有點(diǎn)，但存在沖擊強(qiáng)度低、性脆易破碎等缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)在后臺(tái)研制的添加碳化鈦等其他碳化物以及帶圖層的硬質(zhì)合金中得到了改善。1931年出現(xiàn)了在WC-Co合金中添加TiC合金，即WC-TiC-Co合金，其耐熱性達(dá)到了900℃以上，切鋼時(shí)的切削速度達(dá)到了220m/min。這就是說(shuō)從高速鋼發(fā)展到硬質(zhì)合金的40年間，由于刀具材料的耐熱性能的提高，切削速度提高了近40倍。之后由于制造質(zhì)量的提高和添加了熔點(diǎn)更高的碳化物（TaC，NbC），如超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金，WC-TiC-TaC（NbC）-Co合金等，其耐熱性提高到1000~1100℃以上，使切削速度進(jìn)一步得以提高。涂層硬質(zhì)合金由于綜合了TiC基硬質(zhì)合金的高耐磨性和金屬切除率以及WC基硬質(zhì)合金高的韌性和使用的可靠性，使它在告訴切削剛件和鑄鐵時(shí)都獲得了巨大的成功，特別是硬質(zhì)合金機(jī)夾刀片的廣泛使用，更增加了涂層硬質(zhì)合金刀片的使用價(jià)值。因此硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀具與涂層硬質(zhì)合金刀具的出現(xiàn)與發(fā)展，進(jìn)一步完成了從高速鋼開(kāi)始的金屬切削加工的革命。它的重要意義在于剛才的切量在機(jī)械加工車(chē)間整個(gè)切削量中占據(jù)非常大的比重。

陶瓷刀具

然而人民是不會(huì)滿(mǎn)足于此的，由于Al2O3硬度高且耐熱性好，通常不容易與被切削材料粘附，已被廣泛應(yīng)用于砂輪磨削加工中。因此能耐高速度下切削熱的材料--熔融氧化鋁收到了廣泛的關(guān)注，由此產(chǎn)生了陶瓷刀具材料。由于陶瓷刀具材料高硬度和高溫硬度穩(wěn)定性（1200℃以上），因而在告訴切削和對(duì)某些難加工材料的切削方面，是任何硬質(zhì)合金刀具都無(wú)法比擬的；另外，由于世界方位內(nèi)的W、Co、Ta等資源奇缺，價(jià)格昂貴，而陶瓷材料和多重碳化物資源比較豐富，對(duì)發(fā)展陶瓷刀具非常有利；特別是近年來(lái)可供陶瓷刀具使用的高剛性機(jī)床數(shù)量增加，因而，陶瓷刀具材料進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來(lái)得以迅速發(fā)展。陶瓷刀具材料性能得到很大的改善，其使用量也迅速增加，目前已形成了氧化鋁系、氮化鈦系、碳化物系、碳化硅纖維增強(qiáng)Al2O3等幾種系列產(chǎn)品。

超硬刀具

用硬的材料可以切削軟的材料，為了切削硬質(zhì)材料，就必須使用比它更硬的材料。目前地球上嘴硬的物質(zhì)是金剛石。盡管自然界天然金剛石早已被發(fā)現(xiàn)，且用他們作為切削工具也有很長(zhǎng)的歷史，人工合成金剛石也早在20世紀(jì)50年代初合成成功，但真正用金剛石廣泛地制作工業(yè)切削刀具材料，還是近20多年的事。一方面，鎖著現(xiàn)代空間技術(shù)和宇航技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代工程材料的使用日益繁多，如有色金屬及其合金、SiCp或SiCw增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料、玻璃鋼、碳纖維增強(qiáng)材料、多層石英-聚醯乙酰胺或碳纖維-聚醯乙酰胺印刷電路板、中密與高密度復(fù)合纖維板，Al2O3強(qiáng)化復(fù)合地板、半導(dǎo)體硅、鍺、砷化鎵等。雖然改進(jìn)的高速鋼、硬質(zhì)合金及新型陶瓷刀具材料在切削傳統(tǒng)加工工件時(shí)，卻邪速度和切削加工生產(chǎn)率成倍甚至十幾倍的增加，但是，當(dāng)用他們加工上述材料時(shí)，刀具的耐用度和切削加工效率仍然很低，且切削加工質(zhì)量難以保證，有時(shí)甚至無(wú)法加工，需要用更鋒利更耐磨的刀具材料。另一方面，隨著現(xiàn)代機(jī)械制造與加工工業(yè)的迅猛發(fā)展，自動(dòng)機(jī)床、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）加工中心、無(wú)人加工車(chē)間的廣泛應(yīng)用，為了進(jìn)一步提高加工精度、減少換刀時(shí)間，提高加工效率，越來(lái)越迫切要求有耐用度更高、性能更穩(wěn)定的刀具材料。在這種情況下，金剛石刀具迅速發(fā)展，同時(shí)也大大促進(jìn)了金剛石刀具材料的發(fā)展。金剛石刀具材料具有一系列優(yōu)異的性能，具有加工精度高，切削速度快，使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。如用Compax（聚晶金剛石復(fù)合片）刀具可以保證加工上萬(wàn)件硅鋁合金活塞環(huán)零件且其刀尖基本保持不變；用Compax大直徑銑刀加工飛機(jī)鋁制翼梁，其切削速度可高達(dá)3660m/min；這些都是硬質(zhì)合金刀具無(wú)法媲美的。不僅如此，金剛石刀具材料的采用還可以擴(kuò)大加工領(lǐng)域，改變傳統(tǒng)的加工工藝。以前鏡面加工只能用研磨拋光工藝，現(xiàn)在不僅可以用天然單晶金剛石刀具，而且在有的情況下還可以用PDC超硬復(fù)合刀具進(jìn)行超精密切削，實(shí)現(xiàn)以車(chē)代磨。隨著超硬刀具的應(yīng)用，機(jī)加工領(lǐng)域出現(xiàn)了一些新的概念，如使用PDC道具后，限制車(chē)削速度的不再是刀具面是機(jī)床，并且當(dāng)車(chē)削速度超過(guò)某一速度后，工件和刀具均不發(fā)熱。這些突破性的概念的含義是很深刻的，它為現(xiàn)代機(jī)加工行業(yè)展示了無(wú)限的發(fā)展前景。

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