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⼑具基本知识

先进的加⼯设备与⾼性能的数控⼑具相配合，才能充分发挥其应有的效能，取得良好的经济效

益。随着⼑具材料迅速发展，各种新型⼑具材料，其物理、⼒学性能和切削加⼯性能都有了很

⼤的提⾼，应⽤范围也不断扩⼤。

⼀、⼑具材料应具备基本性能

⼑具材料的选择对⼑具寿命、加⼯效率、加⼯质量和加⼯成本等的影响很⼤。⼑具切削时要承

受⾼压、⾼温、摩擦、冲击和振动等作⽤。因此，⼑具材料应具备如下⼀些基本性能：

(1)硬度和耐磨性。⼑具材料的硬度必须⾼于⼯件材料的硬度，⼀般要求在60HRC以上。⼑具材

料的硬度越⾼，耐磨性就越好。

(2)强度和韧性。⼑具材料应具备较⾼的强度和韧性，以便承受切削⼒、冲击和振动,防⽌⼑具脆

性断裂和崩刃。

(3)耐热性。⼑具材料的耐热性要好，能承受⾼的切削温度，具备良好的抗氧化能⼒。

(4)⼯艺性能和经济性。⼑具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能；磨削加⼯性能

等，⽽且要追求⾼的性能价格⽐。

⼆、⼑具材料的种类、性能、特点、应⽤

1．⾦刚⽯⼑具材料的种类、性能和特点及⼑具应⽤

⾦刚⽯是碳的同素异构体，它是⾃然界已经发现的最硬的⼀种材料。⾦刚⽯⼑具具有⾼硬度、

⾼耐磨性和⾼导热性能，在有⾊⾦属和⾮⾦属材料加⼯中得到⼴泛的应⽤。尤其在铝和硅铝合

⾦⾼速切削加⼯中，⾦刚⽯⼑具是难以替代的主要切削⼑具品种。可实现⾼效率、⾼稳定性、

长寿命加⼯的⾦刚⽯⼑具是现代数控加⼯中不可缺少的重要⼯具。

⑴⾦刚⽯⼑具的种类

①天然⾦刚⽯⼑具：天然⾦刚⽯作为切削⼑具已有上百年的历史了，天然单晶⾦刚⽯⼑具经过

精细研磨，刃⼝能磨得极其锋利，刃⼝半径可达0.002µm，能实现超薄切削，可以加⼯出极⾼的

⼯件精度和极低的表⾯粗糙度，是公认的、理想的和不能代替的超精密加⼯⼑具。

②PCD⾦刚⽯⼑具：天然⾦刚⽯价格昂贵，⾦刚⽯⼴泛应⽤于切削加⼯的还是聚晶⾦刚⽯

(PCD)，⾃20世纪70年代初，采⽤⾼温⾼压合成技术制备的聚晶⾦刚⽯(Polycrystauine

diamond，简称PCD⼑⽚研制成功以后，在很多场合下天然⾦刚⽯⼑具已经被⼈造聚晶⾦刚⽯

所代替。PCD原料来源丰富，其价格只有天然⾦刚⽯的⼏⼗分之⼀⾄⼗⼏分之⼀。

PCD⼑具⽆法磨出极其锋利的刃⼝，加⼯的⼯件表⾯质量也不如天然⾦刚⽯，现在⼯业中还不

能⽅便地制造带有断屑槽的PCD⼑⽚。因此，PCD只能⽤于有⾊⾦属和⾮⾦属的精切，很难达

到超精密镜⾯切削。

③CVD⾦刚⽯⼑具：⾃从20世纪70年代末⾄80年代初，CVD⾦刚⽯技术在⽇本出现。CVD⾦

刚⽯是指⽤化学⽓相沉积法(CVD)在异质基体(如硬质合⾦、陶瓷等)上合成⾦刚⽯膜，CVD⾦刚

⽯具有与天然⾦刚⽯完全相同的结构和特性。

CVD⾦刚⽯的性能与天然⾦刚⽯相⽐⼗分接近，兼有天然单晶⾦刚⽯和聚晶⾦刚⽯(PCD)的优

点，在⼀定程度上⼜克服了它们的不⾜。

⑵⾦刚⽯⼑具的性能特点

①极⾼的硬度和耐磨性：天然⾦刚⽯是⾃然界已经发现的最硬的物质。⾦刚⽯具有极⾼的耐磨

性，加⼯⾼硬度材料时，⾦刚⽯⼑具的寿命为硬质合⾦⼑具的lO～100倍，甚⾄⾼达⼏百倍。

②具有很低的摩擦系数：⾦刚⽯与⼀些有⾊⾦属之间的摩擦系数⽐其他⼑具都低，摩擦系数

低，加⼯时变形⼩，可减⼩切削⼒。

③切削刃⾮常锋利：⾦刚⽯⼑具的切削刃可以磨得⾮常锋利，天然单晶⾦刚⽯⼑具可⾼达0.002

～0.008µm，能进⾏超薄切削和超精密加⼯。

④具有很⾼的导热性能：⾦刚⽯的导热系数及热扩散率⾼，切削热容易散出，⼑具切削部分温

度低。

⑤具有较低的热膨胀系数：⾦刚⽯的热膨胀系数⽐硬质合⾦⼩⼏倍，由切削热引起的⼑具尺⼨

的变化很⼩，这对尺⼨精度要求很⾼的精密和超精密加⼯来说尤为重要。

⑶⾦刚⽯⼑具的应⽤

⾦刚⽯⼑具多⽤于在⾼速下对有⾊⾦属及⾮⾦属材料进⾏精细切削及镗孔。适合加⼯各种耐磨

⾮⾦属，如玻璃钢粉末冶⾦⽑坯，陶瓷材料等；各种耐磨有⾊⾦属，如各种硅铝合⾦；各种有

⾊⾦属光整加⼯。

⾦刚⽯⼑具的不⾜之处是热稳定性较差，切削温度超过700℃～800℃时，就会完全失去其硬

度；此外，它不适于切削⿊⾊⾦属，因为⾦刚⽯(碳)在⾼温下容易与铁原⼦作⽤，使碳原⼦转化

为⽯墨结构，⼑具极易损坏。

2．⽴⽅氮化硼⼑具材料的种类、性能和特点及⼑具应⽤

⽤与⾦刚⽯制造⽅法相似的⽅法合成的第⼆种超硬材料—⽴⽅氮化硼(CBN)，在硬度和热导率⽅

⾯仅次于⾦刚⽯，热稳定性极好，在⼤⽓中加热⾄10000C也不发⽣氧化。CBN对于⿊⾊⾦属具