刀具的两个适用性和一个匹配性(2)

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　　其次，是刀具与被加工工件的适用性。这其中包含的内容比较多。适用于加工工件的材料和力学条件刀具上最重要的基本点是刀尖。所谓刀尖，从定义上是主、副切削刃的交点。而主切削刃是前刀面与主后刀面的交线，副切削刃是前刀面与副后刀面的交线；因此刀尖实际上也是前刀面、主后刀面、副后刀面三个面的交点。加上工作状态，它与工件接触的点也是在工件上已加工表面和切削平面(又称过渡表面)的交线上。因此，它实际上是五个面和两个刃的汇集点。但是，本文说将的刀尖，要比上述定义的范围大一些，它是指上述概念“刀尖”及其刀具上邻近该“刀尖”的周边地区。构成这个刀尖切削性能的，有三个主要因素：基体材料、表面状态、几何形状。这三者以及它们的交互作用，基本上决定了这个刀尖具有什么样的切削性能。基体材料：现在许多刀具都具备了涂层，但基体材料仍然对刀尖的性能发挥着非常重要的作用。涂层通常很薄，大部分的涂层的厚度在3～25µm(约人类头发的健?倍)，其能够直接承受的切削力和切削热还是很有限的，大部分的切削力、切削热要依靠刀具的基体材料来承受。目前主要用于刀具基体材料的，有高速钢、钨基硬质合金(即平时就称为硬质合金的)、钛基硬质合金(平时许多人称之为金属陶瓷)、陶瓷(氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、混合陶瓷等)、立方氮化硼(CBN)、人造金刚石(PCD，德文缩写为PKD)几大类。目前以硬质合金最为常用。钨基硬质合金分为钨钴类硬质合金和钨钴钛类硬质合金两个大类(参见漫笔硬质合金的发明一文)。钴在硬质合金中所起的作用是粘结相，因此，基体材料的钴含量越高，在同等条件下就抗冲击能力越强。而碳化钨、碳化钛等是硬质相，硬质相越多，基体材料的硬度就越高。因此，通常精加工时由于加工余量均匀，一般冲击较小，可选用含钴较少的硬质合金，刀具的耐磨性也比较好；而粗加工时则经常会面对余量不均匀的情况，宜采用含钴量较高的硬质合金，这样对防止粗加工时刀具的突然崩刃，发挥刀具应有的耐用度还是很有意义的。

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　　基体材料近年来的一个技术进步是富钴层技术。采用富钴层技术的硬质合金是通过一定的工艺，使硬质合金中的钴相对向表层集中，这样硬质合金的中心部分就有更高的硬度，而表面因具有更多的钴而韧性更强。切削中切屑的冲击主要是发生在表层，采用富钴层的刀具更能够抵御这样的冲击。基体的另一个主要变化在于细颗粒化。在相同或相近的化学成分下，颗粒细化能明显提高硬质合金的强度。我个人认为，从某种方面看，硬质合金的强度分析与砂轮的强度分析颇有相似之处。硬质合金刀具的强度实际上也是有两方面构成的，一是硬质相本身的强度，即硬质相抵御外力破坏的能力，另一方面是粘结相保护硬质相不致脱落、位移的能力。细化的硬质合金首先是由于硬质相颗粒的细小化，致使其破坏的临界外力增加了。好比我们要扳断一支粉笔很容易，而要扳断一个粉笔头却要困难得多。

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