儘管PVD塗層顯示出很多優點，但一些塗層如Al2O3和金剛石則傾向於採用CVD塗層技術。 Al2O3是一種耐熱和抗氧化很強的塗層，它能夠將刀具體和切削產生的熱量隔離開。 通過CVD塗層技術，還可以綜合各種塗層的優點，以達到最佳的切削效果，滿足切削加工的需要。 例如。 TiN具有低摩擦特性，可減少塗層組織的損耗，TiCN可降低後刀面的磨損，TiC塗層硬度較高，Al2O3塗層具有優良的隔熱效果等。
塗層硬質合金刀具與硬質合金刀具相比，無論在強度、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，低成本的塗層硬質合金可實現高速車削。 近年來，一些廠家應用改進塗層材料等方法，使塗層刀具的性能有了極大的提高。 如美、日的一些廠家採用瑞士AlTiN塗層材料和新塗層專利技術生產的塗層刀片，硬度高達HV4500~4900，可在498.56m/min的速度時切削硬度HRC47~58的模具鋼。 在車削溫度高達1500~1600°C時仍然硬度不降低、不氧化，刀片壽命為一般塗層刀片的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構和壓制工藝的不斷改進，特別是納米技術的進展，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、硬質合金以後引起切削加工的第3次革命。 陶瓷刀具具有高硬度(HRA91~95)、高強度(抗彎強度為750~1000MPa)，耐磨性好，化學穩定性好，抗粘結性能良好，摩擦係數低且價格低廉等優點。 不僅如此，陶瓷刀具還具有很高的高溫硬度，1200°C時硬度達到HRA80。
正常切削時，陶瓷刀具耐用度極高，切削速度可比硬質合金提高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、氮化矽基陶瓷、金屬陶瓷和晶須增韌陶瓷。
氧化鋁基陶瓷刀具比硬質合金有更高的紅硬性，高速切削狀態下切削刃一般不會產生塑性變形，但它的強度和韌性很低，為改善其韌性，提高耐衝擊性能，通常可加入ZrO或TiC和TiN的混合物，另一種方法是加入純金屬或碳化矽晶須。 氮化矽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，它的缺點是在加工鋼時易產生高溫擴散，加劇刀具磨損，氮化矽基陶瓷主要應用於斷續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為主要的硬質相(0.5~2µm)，它們通過Co或Ti粘結劑結合起來，是一種與硬質合金相似的刀具，但它具有較低的親和性、良好的摩擦性及較好的耐磨性。 它比常規硬質合金能承受更高的切削溫度，但缺乏硬質合金的耐衝擊性、強力切削時的韌性以及低速大進給時的強度。 近 年通過大量的研究、改進和採用新的製作工藝，其抗彎強度和韌性均有了很大提高，如日本三菱金屬公司開發的新型金屬陶瓷NX2525及瑞典山德維克公司開發 的金屬陶瓷刀片新品CT系列和塗層金屬陶瓷刀片系列，其晶粒組織的直徑細小至1µm以下，抗彎強度和耐磨性均遠高於普通的金屬陶瓷，大大拓寬了其應用範 圍。
立方氮化硼(CBN)
CBN的硬度和耐磨性
僅次於金剛石，有極好的高溫硬度，與陶瓷相比，其耐熱性和化學穩定性稍差，但衝擊強度和抗破碎性能較好。 它廣泛適用於淬硬鋼(HRC≥50)、珠光體灰鑄鐵、冷硬鑄鐵和高溫合金等的切削加工，與硬質合金刀具相比，其切削速度可提高一個數量級。
CBN含量高的複合聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具硬度高、耐磨性好、抗壓強度高及耐衝擊韌性好，其缺點是熱穩定性差和化學惰性低，適用於耐熱合金、鑄鐵和鐵系燒結金屬的切削加工。 PCBN刀具中CBN顆粒含量較低，採用陶瓷作粘結劑，其硬度較低，但彌補了前一種材料熱穩定性差、化學惰性低的特點，適用淬硬鋼的切削加工。
在切削灰鑄鐵和淬硬鋼時，可選擇陶瓷刀具或CBN刀具，為此，應進行成本效益和加工質量分析，以確定選擇哪一種。 圖3為Al2O3、Si3N4和CBN刀具加工灰鑄鐵後刀面磨損情況，如圖3所示，PCBN刀具材料切削性能優於Al2O3和Si3N4。 但在淬硬鋼乾式切削時，Al2O3陶瓷的成本低於PCBN材料。 陶瓷刀具有良好的熱化學穩定性，但卻不及PCBN刀具的韌性和硬度。 在切削硬度低於HRC60以下和採用小進給量時，陶瓷刀具是較好的選擇。 PCBN刀具適於切削硬度高於HRC60的工件，尤其在自動化加工和高精度加工時更為適用。 除此之外，在相同後刀面磨損情況下，PCBN刀具切削後的工件表面殘餘應力也比陶瓷刀具相對穩定，如圖4所示。
使用PCBN刀具乾式切削淬硬鋼還應遵循以下原則：在機床剛性允許條件下盡可能選擇大切深，這樣切削區生成的熱量使得刃前區金屬局部軟化，能有效降低PCBN刀具的磨損，此外，在小切深時還應考慮採用PCBN刀具導熱性差而使得切削區熱量來不及擴散，剪切區也能產生明顯的金屬軟化效應，減小切削刃的磨損。
2，超硬刀具的刀片結構及幾何參數
刀片形狀及幾何參數的合理確定對充分發揮刀具切削性能是至關重要的。 按刀具強度而言，各種刀片形狀的刀尖強度從高到低依次為：圓形、100°菱形、正方形、80°菱形、三角形、55°菱形、35°菱形。 刀片材料選定後，應選用強度盡可能高的刀片形狀。 硬車削刀片也應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，精加工時的刀尖圓弧半徑約為0.8µm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，淬硬鋼切削表面質量高，一般不產生積屑瘤，但切削力較大，特別是徑向切削力比主切削力還要大，所以，刀具宜採用負前角(go≥-5°)和較大的後角(ao=10°~15°)。 主偏角取決於機床剛性，一般取45°~60°，以減少工件和刀具顫振。
超硬刀具切削參數及對工藝系統的要求
1，切削參數的選擇
工件材料硬度越高，其切削速度應越小。 使用超硬刀具進行硬車削精加工的適宜切削速度範圍為80～200m/min，常用範圍為10～150m/min；採用大切深或強力斷續切削高硬度材料，切速應保持在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。 進給量通常可以選擇0.05～0.25mm/r之間，具體數值視表面粗糙度值和生產率要求而定。 當表面粗糙度Ra=0.3～0.4µm時，採用超硬刀具進行硬車削比用磨削經濟得多。
2，對工藝系統的要求
除選擇合理的刀具外，採用超硬刀具進行硬車削對車床或車削中心並無特殊要求，若車床或車削中心剛度足夠，且加工軟的工件時能得到所要求的精度和表面粗糙度，即可用於硬切削。 為了保證車削操作的平穩和連續，常用的方法是採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、支承和旋轉可以保持相當平穩狀態，現有的設備就可採用超硬刀具進行硬車削。
超硬刀具在硬車削中的應用
採用超硬刀具進行硬車削，此項技術經過十幾年的發展及推廣應用，獲得了巨大的經濟效益和社會效益。 下面以軋輥加工等行業為例，說明超硬刀具在生產中的推廣應用情況。
軋輥加工行業
國內許多大型軋輥企業已使用超硬刀具對冷硬鑄鐵、淬硬鋼等各類軋輥進行荒車、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，節約加工工時和電力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，切削速度提高了3倍，每車1根軋輥，節約電力、工時費四百多元，節約刀具費近一百元，取得了巨大的經濟�
陶瓷材料
陶瓷刀具材料隨著其組成結構和壓制 工藝的不斷改進，特別是納米技術的進展，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、硬質合金以後引起切削加工的第3次革命。 陶瓷刀具具有高硬度(HRA91~95)、高強度(抗彎強度為750~1000MPa)，耐磨性好，化學穩定性好，抗粘結性能良好，摩擦係數低且價格低廉 等優點。 不僅如此，陶瓷刀具還具有很高的高溫硬度，1200°C時硬度達到HRA80.
正常切削時，陶瓷刀具耐用度極高，切削速度可比 硬質合金提高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、氮化矽基陶瓷、金屬陶瓷和晶須增韌陶瓷。
氧化鋁基陶瓷刀具比硬質合金有更高的紅硬性，高速切削狀態下切削刃一般 不會產生塑性變形，但它的強度和韌性很低，為改善其韌性，提高耐衝擊性能，通常可加入ZrO或TiC和TiN的混合物，另一種方法是加入純金屬或碳化矽晶 須。 氮化矽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，它的缺點是在加工鋼時易產生高溫擴散，加劇刀具磨損，氮化矽基陶瓷主要應用於斷續車 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為主要的硬質相(0.5~2μm)，它們通 過Co或Ti粘結劑結合 起來，是一種與硬質合金相似的刀具，但它具有較低的親和性、良好的摩擦性及較好的耐磨性。 它比常規硬質合金能承受更高的切削溫度，但缺乏硬質合金的耐衝擊性、強力切削時的韌性以及低速大進給時的強度。 近年通過大量的研究、改進和採用新的製作工藝，其抗彎強度和韌性均有了很大提高，如日本三菱金屬公司開發的新型金屬陶瓷NX2525及瑞典山德維克公司開 發的金屬陶瓷刀片新品CT系列和塗層金屬陶瓷刀片系列，其晶粒組織的直徑細小至1μm以下，抗彎強度和耐磨性均遠高於普通的金屬陶瓷，大大拓寬了其應用範 圍。
立方氮化硼(CBN)
CBN的硬度和耐磨性
僅次於金剛石，有極好的高溫硬度，與陶瓷相比，其耐熱性 和化學穩定性稍差，但衝擊強度和抗破碎性能較好。 它廣泛適用於淬硬鋼(HRC≥50)、珠光體灰鑄鐵、冷硬鑄鐵和高溫合金等的切削加工，與硬質合金刀具相比，其切削速度可提高一個數量級。
CBN 含量高的複合聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具硬度高、耐磨性好、抗壓強度高及耐衝擊韌性好，其缺點是熱穩定性差和化學惰性低，適用於耐熱合金、鑄鐵和鐵系 燒結金屬的切削加工。 PCBN刀具中CBN顆粒含量較低，採用陶瓷作粘結劑，其硬度較低，但彌補了前一種材料熱穩定性差、化學惰性低的特點，適用淬硬鋼的切削加工。
在 切削灰鑄鐵和淬硬鋼時，可選擇陶瓷刀具或CBN刀具，為此，應進行成本效益和加工質量分析，以確定選擇哪一種。 圖3為Al2O3、Si3N4和CBN刀具加工灰鑄鐵後刀面磨損情況，如圖3所示，PCBN刀具材料切削性能優於Al2O3和Si3N4.但在淬硬鋼乾式 切削時，Al2O3陶瓷的成本低於PCBN材料。 陶瓷刀具有良好的熱化學穩定性，但卻不及PCBN刀具的韌性和硬度。 在切削硬度低於 HRC60以下和採用小進給量時，陶瓷刀具是較好的選擇。 PCBN 刀具適於切削硬度高於HRC60的工件，尤其在自動化加工和高精度加工時更為適用。 除此之外，在相同後刀面磨損情況下，PCBN刀具切削後的工件表面殘餘應力也比陶瓷刀具相對穩定。
來源機械專家網
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