1 引言

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Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、Carbide end mill、Aerospace cutting tool、Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Milling cutter、CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、NAS tool、DIN tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

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BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

福岡県工業技術センター 機械電子研究所
竹下 朋春 
１．はじめに
ステンレス鋼などの難削材の切削加工が中小企業において問題となっている。そこで、
TiAlNコーテッド粉末ハイス、TiAlNコーテッド超硬エンドミルを用いた切削性能を検討
する。
２．実験方法
乾式のダウンカット切削にてSUS304、SUS420J2、SUS440C、SUS630の加工実験を
行い、工具摩耗などの工具特性について検討を行った。
使用工具 TiAlNコーテッド粉末ハイス   4枚刃 
TiAlNコーテッド超硬      4枚刃
被削材 SUS304(オーステナイト系)（HB164） 100×60×60
SUS420J2(マルテンサイト系)（HB207） 100×60×60
SUS440C(マルテンサイト系)（HB255） 100×60×60
SUS630(析出硬化系)（HB302） 100×60×60
工作機械 牧野フライス製 BN-８
工具ホルダ BT４０ 
工具損傷観察 万能工具顕微鏡（ニコン）
３．実験条件
実験方法を写真１に、実験条件を表１に示す。
切削方向(DOWN CUT)
回転方向 
              写真１ 実験方法
             表１ 切削条件
切削工具 TiAlNｺｰﾃｯﾄﾞ粉末ハイス 4枚刃
切削方法 側面切削
切削速度 V (m/min) 35m/min
半径方向切込み  0.8mm,
軸方向切込み 10mm
送り速度 ｆ（mm/刃） 0.1mm/刃
切削方向 ダウンカット
切削油 乾式
工具突出し量 30mm
本年度の共同実験では、TiAlNコーテッド粉末ハイスを用いたエンドミル切削を行った。
工具メーカの推奨切削速度35m/min、半径方向切込み量0.8mm、送り速度0.1mm/刃にお
けるSUS304、SUS420J2、SUS440C、SUS630の工具寿命について実験を行った。
４．SUS304、SUS420J2、SUS440、SUS630の組成及び特性
表２ 化学成分、引張試験、硬さ
化学成分 ％ 引張試験 硬さ
記号 C Si Mn P S Ni Cr  耐力
N/mm2
引張強さ
N/mm2
HB
SUS304 0.08以下
1.00以下
2.00以下
0.045
以下
0.030
以下
8.0～
10.50
18 ～
20.00
－ 205 以上
520 以上
187以下
SUS420
J2
0.26
～
0.40
1.00
以下
1.00
以下
0.040
以下
0.030
以下
12.00
～
14.00
－
540 以上
740 以上
235 以下
SUS440C
焼なまし
0.95
～
1.20
1.00
以下
1.00
以下
0.040
以下
0.030
以下
16.00
～
18.00
726 269以下
SUS630 0.07以下
1.00以下
1.00
以下
0.040
以下
0.030
以下
3.00～
5.00
15.00
～
17.50
Cu
Nb
+Ta
363以下
SUS304は、オーステナイト系ステンレス鋼である。SUS304は、耐粒界腐食性、溶接性
の改良が図れてC含有量が低下したものである。SUS420J2は、マルテンサイト系ステン
レス鋼で、SUS410系に比べC量が高く、焼入れ状態での硬さが高く、刃物、ノズルなど
の部品に広く使用されている。SUS440Cは、すべてのステンレス鋼・耐熱鋼中最高の硬さ
を持ち、耐食・耐磨耗性に優れている。SUS630は、マルテンサイト系析出硬化型ステンレ
ス鋼でオーステナイト系に比べて延性および靭性に乏しいが、析出強化により高強度を付
与した材料である。
米国AISI(American Iron and Steel Institute)で規定されている被削性指数では、
SUS304が35で、SUS420が45、SUS440が40、SUS631が35となっている。オーステ
ナイト系ステンレスであるSUS304の加工性が悪いことが判断できる。
５．実験結果
５．１ SUS304、SUS420J2、SUS440C、SUS630の比較
図１にSUS304、SUS420J2、SUS440C、SUS630のTiAlNコーテッド粉末ハイスを用
いた工具逃げ面磨耗、写真2,3,4,5に各切削距離での工具観察写真、表３に切粉の変化を示
す。SUS420J2、はワークが足りず切削距離70mで打ち切った。
B
B
B
B
B
B
B
J
J
J
JJ
J
J
J
J
J
J
H
H
H
H
F
FF
FF
F
F
F
F
F
F
0.001
0.010.10.15
10100100010000100000
FLANK WEAR (mm)
CUTTING LENGTH (mm)
BSUS304
JSUS420J2
HSUS440C
FSUS630
図１ 工具逃げ面磨耗（V=35m/min 半径方向切込み量0.8mm 送り0.1mm/刃）
SUS304については、切削距離25mあたりから切粉が重なったようなものになり、30m
で切粉の重なりが表３に示すようになり、逃げ面磨耗幅も0.12mmに達した。大きな境界
磨耗は、見られなかった。このまま、加工を継続すると切粉が工具に完全に凝着してしま
い切削不能となる。
SUS420J2は、切削距離70mまではチッピングも発生せず、境界部、刃先部が極端に磨耗
することもなく、どの部分でもほぼ均一であった。切削音の大きな変化も無かった。刃先
のエッジもはっきりと判断がつくものであった。70mの時の逃げ面磨耗幅は、0.07mmで
あった。70m切削を行った後の断面形状は、ねじれの関係で波打ったものになり、切削力
の影響によるたわみで最大100μmあった。
SUS440Cは、切削距離10mで逃げ面磨耗幅が0.1mmで、12mで工具が溶損してしまっ
表３ 切削距離による切粉の変化 V=35m/min f=0.1mm 
切削距離
（mm）
1000 20000
60000
(SUS304のみ30000)
SUS304
SUS420J2
SUS630
た。SUS440Cの寿命が短かったため、別途超硬工具との比較を行った。
SUS630は、切削距離40mで逃げ面磨耗幅が0.1mmで、切削距離60mを越えた当りから
切粉が分断しながら排出される状態になった。67mでの逃げ面磨耗幅は、0.15mmであっ
た。この時の、工具径を工作機上測定器にて回転させながら測定したところ、直径が7.97mm
くらいであった。新品の時の工具直径が7.996mm程度なので、20μm程度の直径の減少
が起きていた。この工具では、逃げ面磨耗幅が0.15mmの時に、直径が20μm程度減少す
ることで、最近の機上工具計測装置で工具寿命を判断することが可能ではないかと考える。
しかし、N数を増やし実験を行う必要がある。
写真２ SUS420J2切削（70000mm）      写真３ SUS410切削（60000mm）
写真２ SUS420J2切削（60000mm）      写真３ SUS630切削（67000mm）
５．２ SUS440Cの工具による比較
SUS440Cでの切削性能がSUS420J2やSUS630に対して悪かったため、SUS440Cに
対してTiAlNコーテッド超硬工具4枚刃を用い、表４に示す条件にてTiAlNコーテッド粉
末ハイス工具との比較を行った。その結果を図２に示す。
              表4 切削条件
切削工具 TiAlNｺｰﾃｯﾄﾞ超硬 4枚刃
切削方法 側面切削
切削速度 V (m/min) 80
半径方向切込み  0.8mm
軸方向切込み 10mm
送り速度 ｆ（mm/刃） 0.1mm/刃
切削方向 ダウンカット
切削油 乾式
工具突出し量 30mm
440Cでは、熱処理後の硬度はHRC61程度と非常に硬いため、850℃の3時間で焼きな
ましを行った材料に対して切削を行っている。従ってHRC25程度の材料であった。
TiAlNコーテッド粉末ハイスを用いた実験では、2回とも切削距離10mで表５に示すよ
うな状態となり、逃げ面磨耗幅は0.1mmであった。その後11mで工具損傷が起きた。
この材料のみ、境界磨耗がはげしく、加工面にバリが発生した。
切削距離10mの時の境界磨耗幅は、0.3mmから0.4mm（写真４）に達していた。
切粉の排出も他の材料は後方に排出されるが、SUS440Cのみ切粉の離れが悪く、切削方
向の前方に排出されることが観察された。焼きなましを行っているため硬度は高くないが、
被削時の切削温度の上昇により切粉が硬化し、境界部に影響をおよぼしているのではない
かと考えられる。
B
B
B
B
B
J
J
J
J
J
HHH
HH
HH
H
H
H
0.001
0.010.10.15
10100100010000100000
FLANK WEAR (mm)
CUTTING LENGTH (mm)
Bハイス１
Jハイス２
H超硬
図２ 工具逃げ面磨耗（V=35,80m/min 半径方向切込み量0.8mm 送り0.1mm/刃）
写真4  SUS440C切削（10000mm）ハイス  写真5  SUS440C切削（67000mm）超硬
TiAlNコーテッド超硬工具を用いると、ハイスに比較すると極端な境界磨耗等は発生せ
ず安定して50mまで切削を行うことが出来た（写真５）。その時の逃げ面磨耗幅は、0.09mm
であった。切粉の排出は、他の材質と同様に、後方に排出されていた、しかし切削距離35m
当りから切粉の付着が確認できた。また境界部を顕微鏡で観察すると、焼けが見られた。
50m切削を行った後の断面形状は、ねじれの関係で波打ったものになり、切削力の影響に
よるたわみで最大65μmあった。
表５ 切削距離による切粉の変化
ハイスV=35m/min f=0.1mm   超硬V=80m/min  f=0.1mm
切削距離
（mm）
1000 10000 50000
SUS440C
ハイス
SUS440C
超硬
コーティング技術の進歩により、ハイス工具、超硬工具の高寿命化が図られてきた。
さらにTi系コーティングではなく、自己潤滑性を持ったコーティングや超耐酸化皮膜の
TiSiNコーティングやAlCr系のコーティング皮膜で高硬度なものが開発されてきている。
テクニカル資料には、耐熱性が大幅に向上し切削温度が高くなる重切削において高寿命を
示している。今後も、このような新しい工具に対して評価を行っていきたい。 

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1 不锈钢的切 削加工性

不锈钢按金相组织分有铁素体、马氏体、奥氏体3种。铁素体、马氏体不锈钢的主要成分以Cr为主，经常在淬火、回火或退火状态下使用，综合机械性能适中，切 削加工一般不太难。奥氏体不锈钢的成分以Cr、Ni等元素为主，淬火后呈奥氏体组织，切削加工性比较差，主要表现在： 塑性大，加工硬化很严重，易生成积屑瘤使加工表面质量恶化，切削力约比45钢高25%。加工表面硬化程度及硬化层深度大。

导热系数小，只为45钢的1/3，因此产生的热量多，且又不易传出，造成切削温度高。 切削温度高，加工硬化严重，加上钢中碳化物形成硬质夹杂物，又易与刀具发生冷焊，故刀具磨损快。

2 高温合金钢的切削加工性

高温合金钢按其化学成分有Fe基、Ni基、Co基3种，并含有许多高熔点合金元素，它们与其他合金构成纯度高、组织致密的奥氏体合金。有些元素又与非金属 元素C、N、O等结合成比重小，熔点高的高硬度化合物，还能形成一些具有一定韧性的高硬度的金属间化合物，同时有些合金元素进入固溶体，使基体强化。高温 合金经长期时效后，又能从固溶体中析出硬质相，进一步使晶格歪扭，这不仅增大了塑性变形阻力，而且由于硬质颗粒的存在，加剧了刀具的磨损。高温合金钢的加 工有如下特性：

强度较高又由于抵抗塑性变形的能力强，所以切削力很大。

硬度较高，尤其高温硬度高于其他金属材料，加工时由于塑性变形而进一步硬化。

导热系数小，只为45钢的1/3～1/4。

合金中的高硬度化合物构成硬质点，进一步加剧刀具的磨损。

在中、低切削速度下，易与刀具发生冷焊。在高温下又使刀具发生剧烈的扩散磨损。

3 结语

YT类硬质合金刀具不宜用于加工奥氏体不锈钢和高温合金钢，因为YT类硬质合金中的Ti元素易与工件材料中的Ti元素发生亲和而导致冷焊，在高温下还加剧 了扩散磨损，一般宜采用YG类、YH类或YW类硬质合金。加工奥氏体不锈钢时，宜采用较大的前角(一般g0=15 ～30°)与中等的切削速度(v=50～80m/min)。加工高温合金钢时，宜采用偏小前角(g0=0～10°)以提高切削刃的强度，与偏低的切削速度 (v=30～50m/min)。不论加工奥氏体不锈钢或高温合金钢，切削深度和进给量均宜适当增大，避免切削刃和刀尖划过硬化层，对切削液应采用极压切削 油或极压乳化液，同时采用喷雾冷却办法，以降低切削温度。

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フ ライス加工は、丸ノコの様に多数の切れ刃を持つフライスで面加工を行う切削加工である。これに対し、のみの様に切れ刃が一つのものをバイトという。フライ ス工具には様々な形状、寸法のものがあり、円筒外周に沿って切れ刃を並べる平フライス、円筒正面に複数の切れ刃を持つ正面フライスに大別され、面加工や溝 加工が行える。正面フライスでは円筒外周にも切れ刃を付け、同時に面と側面の加工が能率良く行える。
　フライス工具の材料としては高速度工具鋼、超硬合金、サーメットなどが用いられるが、寸法の大きな工具ではスローアウェイ（取り外し可能なチップ）方式もある。
　 フライス盤には、主軸がベッドに対し水平な横フライス盤、垂直な立てフライス盤がある。横フライス盤ではベッドの上に工作物を固定するテーブルを置き、回 転する平フライスに対してテーブルを往復させ面削りを行う。立てフライス盤では、主軸はベッドに対して垂直方向にあり、正面フライスを用いて正面削りを行 う。また、エンドミルを取り付け、溝加工や側面加工を行う。
　フライス盤は取り付ける工具の種類によって様々な加工に対応できる。主なものとして穴開け、平面加工、段付け、溝加工があるほか、横フライス盤ではメタルソーを用いて切断も可能である。
　このように多種の加工が行えるため、フライス盤もまた機械加工では広く用いられている。

　 ＮＣ（数値制御）加工は、工作機械の制御を数値情報で行うことであり、プログラミングを行うことで工具の位置、経路、主軸の回転、被工作物の位置制御を行 う。初期には、制御用データを記録した紙や磁気テープで数値入力を行っていたが、コンピュータの発達により機械に取り付けられたディスプレイ上から、直接 数値を入力して制御が行えるようになっている。この場合を指して特にCNC（computerized NC）と呼ぶこともあるが、現在NC加工と呼ばれるものはほとんどの場合CNC加工を指す。
　マシニング加工は、NC工作機械のうち、マシニング センタ（machining center）と呼ばれる、フライス加工、中ぐり、穴開け、研削などの加工が1回の工作物の取り付けで行える工作機械を用いて行われる加工である。マシニ ングセンタは目的とする工程に合わせた多くの種類の工具を内蔵し、工程順に工具も自動で取り換えられるようプログラムされる。マシニング加工は、数値制御 による高精度で多種多様な加工が1台で可能となるため、多品種少量の生産に対応でき、普及が進んでいる。

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1．引言

环 境、资源、人口是当今社会面临的三大主要问题。依靠科技进步，实现节资增效，减少废物排放，建立生产、消费与环境、资源相互协调的发展模式已成为人类社 会可持续发展的必由之路。进入21世纪，在制造业实施绿色制造已势在必行。切削加工作为制造业重要而应用广泛的加工方法正面临新的挑战，在此背景下，绿色 切削加工技术应运而生。

在传统的切削加工中，需要使用大量切削液浇注在切削区，以起到冷却、润滑、清洗、排屑、防锈等作用。随着人类社会 对环境保护的高度关注，使用切削液所带来 的负面影响已不容忽视。这些影响主要表现在：①大量使用切削液增加了制造成本。在欧洲汽车制造业，切削液的成本占总制造成本的16．9％，其中包括购买切 削液的费用、使用切削液所需设备费、维护及废液处理费用等。而刀具成本仅占总制造成本的7.5％。②切削液中含有矿物油及硫、磷、氯等对环境有害的添加 剂，如排放前未经处理或处理不当，则会对环境造成污染。③切削液对操作工人的健康造成威胁，会诱发多种皮肤病和呼吸道、肺部疾病。

绿色切削加工技术是一种充分考虑环境和资源问题的加工技术，它要求在整个加工过程中做到对环境的污染最小和对资源的利用率最高。目前国内外对绿色切削的研究主要集中在干式切削、低温切削、绿色湿式切削等几个方面。

2．干式切削

干 式切削是指在机械加工中为了保护环境和降低成本而有意识地减少使用或不使用切削液的加工方法。干式切削分为两种，一种为完全不使用切削液的干式切削，另 一种为用气体混合微量润滑剂代替切削液的准干式切削，其使用的是最小量润滑(Minimal Quantity Lubrication，MQL)技术。采用MQL技术的准干式切削适用于无法完全实现干切削的情况，如磨削加工及难加工材料的切削加工。采用准干切削加 工后，刀具、工件和切屑都保持干燥，切屑无需处理便可回收利用。

目前对干式切削的研究主要集中在以下几个方面。

2.1 干式切削加工刀具的研究

由 于干式切削的温度比湿式切削高得多，为实现干式切削，要求刀具材料必须具有较高的红硬性、耐磨性、热韧性和热化学稳定性，并且切屑、工件与刀具之间的摩 擦系数应尽可能小。刀具结构应便于排屑，刀具强度和冲击韧性要高。目前适用于干式切削的刀具材料有超细颗粒硬质合金、金刚石、立方氮化硼、涂层硬质合金 等。

美国学者开发的纳米涂层(Nanocoatings)刀具，可采用多种材料的不同组合(如金属/金属组合、金属/陶瓷组合、陶瓷/陶 瓷组合、固体润滑剂/ 金属组合等)，以满足不同的功能和性能要求。纳米涂层可使刀具的硬度和韧性显著增加，具有优异的抗摩擦磨损及自润滑性能。

日 本住友电气工业公司开发了能以较高速度对淬硬钢进行干式切削加工的刀具材料——住硼磨料(立方氮化硼磨料工具商品名)BNX10、BNX25。住硼磨料 BNX10适用于淬硬钢的高速连续干切削。对轴的外径加工实例表明，与陶瓷刀具相比，BNX10可获得较高的加工表面光洁度和稳定的尺寸精度，且刀具的寿 命大大提高。住硼磨料BNX25通过优化CBN粒度及含有率，以及采用特殊陶瓷材料作为结合相，提高了耐缺损性和耐月牙洼磨耗性，适用于淬硬钢的高速断续 切削加工。对套筒材料外径的高速切削加工实例表明，与以往的刀具材料相比，在高速切削的条件下使用BNX25刀具的寿命也有所提高。

邓建 新等人以TiB2为添加剂、Al203为基体，研制了Al203/TiB2陶瓷刀具材料。用该陶瓷刀具对淬硬钢进行高速干切削试验，结果表明，当切削 速度大于12Om/min时，刀具开始表现出高温自润滑性能，自润滑膜的组成为Al203/TiBz陶瓷刀具中TiB2的氧化物，它能在刀具表面起到固体 润滑剂的作用，进而降低前刀面的摩擦，减轻刀具的粘着磨损，提高刀具的耐磨性能，具有良好的减摩和抗磨作用。

杨海东等人利用YT15基体的氮化碳薄膜涂层刀具干车削硅铝合金，试验结果表明，刀尖积屑瘤非常小，工件表面粗糙度值较小，刀具的使用寿命远高于硬质合金。

2.2 干式切削加工机理的研究

刘 献礼等人通过对不同硬度淬硬轴承钢GCrI5的干式切削试验，提出了临界硬度的概念，并得出50HRC为区分硬态切削与普通切削GCrl5的临界硬度的 结论。从切削热的角度出发，淬硬钢的硬态干式切削机理就是被切削金属层的软化作用机理，切削温度对金属软化效应起着决定性作用，工件硬度随切削温度的升高 而降低，并进一步影响已加工表面的形成及其质量。研究表明，当淬硬材料硬度高于50HRC时，切削机理因金属软化效应而发生变化，并由此导致切削力、已加 工表面残余应力分布和白层的产生情况发生变化。现有切削理论已不能解释切削温度的变化规律。

在高速干切削方面，其机理是由于切削速度很高，产生的热量聚集于刀具前部，使切削区附近的工件材料达到红热状态，导致屈服强度明显下降，从而 提高材料去除率。目前主要采用PCBN和陶瓷等刀具来实现这种工艺。

2.3 干式切削加工的应用

由于采用干式切削有利于环境保护和降低加工成本(可节省加工费用10％～15％)，因此干式切削加工技术的研究开发日益受到重视，目前欧洲约10％～15％的批量机械加工已采用干式或准干式切削技术。

从加工方法上看，车削、铣削、滚齿等加工应用干切削较多。在冷风冷却、微量润滑剂润滑的 条件下进行了高速滚齿加工，与传统的湿式滚齿机(KA220型)和高速钢滚刀加工相比，加工速度提高了2.3倍，加工齿轮精度也得到明显提高。

就 工件材料而言，铸铁由于熔点高、热扩散系数小，最适合进行干切削。Spur和Lachmund陶瓷刀具和CNB刀具高速切削铸铁的试验结果表明，由于 CNB具有较高的导热系数，能快速带走工件的热量，因此CNB刀具比陶瓷刀具更适合铸铁材料的高速切削。铝及铝合金是难于进行干切削的材料，但通过采用 MQL润滑的高速准干式切削，在解决切屑与刀具粘结及铝件热变形方面已获得突破，在实际生产中已有加工铝合金零件的准干式切削生产线投入运行。对于难加工 材料，则已开发了使用激光辅助进行干切削的加工技术。

3．低温切削

低温切削是利用低温流体如液态氮、液态二氧化碳和冷风等喷向加工系统的切削区域，造成切削区的局部低温或超低温状态，利用工件在低温条件下产生的低温脆 性，提高工件的切削加工性、刀具寿命和工件表面质量。根据冷却介质的不同，低温切削可分为冷风切削和液氮冷却切削。

低 温冷风切削法是通过向刀尖的加工部位喷－20℃～－30℃(甚至更低)的低温气流，并混入微量的植物性润滑剂(每小时10～20ml)，从而起到降温、 排屑、润滑的作用。低温冷风切削与传统切削相比，能够提高加工效率，改善工件表面质量，而且对环境几乎无污染。日本安田工业公司的加工中心采用在电机轴、 刀杆轴的中心插入绝热风管的结构，使用一30℃的低温冷风直接通向刀刃。该结构大大改善了切削条件，有利于低温冷风切削加工工艺的实施。横川和彦对车削和 铣削中的冷风冷却进行了研究。在铣削试验中，分别采用水基切削液、常温风(+10℃)和冷风(一30℃)三种条件进行比较，结果表明，采用冷风切削时刀具 耐用度显著提高。在车削试验中，冷风(一20℃)切削时刀具磨损率比常温风(+20℃)切削时显著下降。

陈德成等人采用微量植物性润滑油 和冷风切削的方法对难加工材料高硅铝合金进行了切削加工试验，结果表明，这种方法可以减少工具磨损，提高加工表面质量，并 可避免使用水溶性切削油时因混人切削液中的硅结晶粒子的循环而造成的刀具磨损。陈德成等人还在冷风冷却和微量植物油润滑条件下进行了切削加工不锈钢的试 验，结果表明，这种方法延长了刀具的使用寿命，可抑制积屑瘤的产生，提高加工表面精度，并可省去废液处理系统，实现绿色切削。


液 氮冷却切削主要有两种应用形式，一种是利用瓶装压力将液氮像切削液一样直接喷射到切削区；另一种是利用液氮受热蒸发循环来间接冷却刀具或工件。氮气是大 气中含量最多的成分，氮气作为制氧工业的副产品，资源十分丰富，由于液氮使用后直接挥发成气体返回大气中，因此不会留下任何污染。目前低温切削加工主要应 用于钛合金、高锰钢、淬硬钢等难加工材料的加工中。K P Raijurkar采用H13A硬质合金刀具、并用液氮循环冷却刀具的方法对钛合金进行了低温切削加工试验，试验结果表明，与传统的切削方法相比，刀具磨 损明显减少，切削温度降低30％，工件表面加工质量得到很大改善。万光民采用间接冷却方法对高锰钢进行了低温切削加工试验，结果表明，采用间接冷却方法低 温加工高锰钢时，刀具所受冲击力减少，刀具磨损减小，加工硬化现象得到改善，工件表面质量也有所提高。王连鹏等人采用液氮喷淋的方法在数控机床上低温切削 加工45淬硬钢，试验结果表明，采用液氮喷淋式低温加工45淬硬钢可以提高刀具耐用度，改善工件表面质量。

4．绿色湿式切削

绿色湿式切削是指使用高性能、长寿命、低污染、可降解的新型绿色切削液，最大限度地减少切削液的用量和废液的排放，增加切削液循环使用的次数，并对其实施无害化处理，从而达到绿色环保要求的切削加工方式。目前绿色湿式切削的研究主要集中在以下几个方面：

4.1 高性能、长寿命、低污染切削液的开发

目前发达国家已普遍使用微乳化液，并正在大力研究环保型切削液。其中添加了含磷、氮和硼的合成物，该乳化液的使用寿命达45个月以上。

在 我国，水基切削液的使用范围越来越广，且已开始从乳化液向性能好、寿命长的合成切削液、微乳化液过渡，矿物油逐渐被生物降解性好的植物油和合成酯所代 替。离子型切削液是一种新型的水溶性切削液，其母液是由阴离子型、非离子型表面活性剂和无机盐配制而成，具有良好的降温冷却效果。刘镇昌等人研制了一种低 毒、低污染的低温(即低凝点)切削液。该切削液具有良好的低温流动性、极强的冷却性能和较好的润滑性能，并能有效抑制细菌繁殖，大大延长切削液的使用寿 命，从而可减少切削废液的排放量，有利用环境保护，具有较好的社会效益。上海海营化工工贸实业公司开发了一种高科技绿色环保冷却液， 它具有良好的润滑、冷却性能和较好的防锈、防腐蚀性能，且无毒、无刺激性、无污染。

4.2 “最小润滑”技术的研究

最少量润滑(MQL)技术是指在切削中，切削工作处在最佳状态下(即不缩短刀具使用寿命，不降低已加工表面质量)，切削液的使用量达到最少。

美 国密执安技术大学对切削加工中有关切削液的适当用量问题进行了研究，试图在满足加工要求的情况下，使切削液用量最少、与切削液有关的费用也降至最低。他 们在福特汽车公司所做的试验中，对切削液的浓度、工件材料、刀具类型及几何参数等都进行了测试与研究，并对工件表面粗糙度、积屑瘤和切削力等作了分析，通 过试验得出了最适当的切削液用量。美国Thyssen制造公司对“最小润滑”加工技术进行了研究，使切削液流或气雾通过刀具作用于加工区域，切削液的流量 由CNC程序控制，取得了很好的效果。王成勇等人采用最小润滑技术钻削多种复合板。在钻削铝一钛多层复合板时，钻削钛板切屑的摩擦磨损作用，会导致铝板孔 呈喇叭形，孔径波动幅度和平均孔径值增大并可能超差。试验采用了最少量润滑技术，使用涂层刀具并采用退刀排屑和扩孔方式加工，减小刃带宽度，增大进给角和 使用阶梯轴，保证了孔的加工质量。

4.3 冷却液净化处理技术的研究

一般情况下，冷却液是循环使用的，对其循环使 用之前要进行净化处理，其中包括过滤、杀菌等环节。郭成等人做了用硅藻土深层过滤法过滤CBN砂轮超高速磨削 条件下的磨削液的试验，结果表明，硅藻土过滤法的精度和效率较高，适合对胶状及粘性物料的过滤。西安工学院科研处开发了一套不排放冷却液的净化装置，该装 置包括滚筒内刮渣磁分离机和电子臭氧灭菌器，两者联用可实现冷却液的零排放，从而消除了机械加工中冷却液排放而带来的环境污染，并且可节约切削液。

5．结论

干式切削技术现已成熟应用于有色金属及其合金和铸铁的加工中，但在钢材尤其是高强度钢的干切削应用方面仍存在问题，主要表现为刀具磨损严重，对刀具的材料和结构要求较高，成本较大。同时，在于切削中还普遍存在粉尘和切屑处理比较困难、机床易生锈等问题。

目前，低温切削仅用于钛合金、高锰钢、淬硬钢等一些难加工材料的加工中。相对于传统的切削方法，低温切削的成本较高，因此降低成本成为低温切削推广应用的前提。同时，机床的防锈也是应考虑的问题。

绿色湿式切削是目前比较可行的加工方法。新型环保切削液I生能的研制、切削液的合理使用及废液的净化处理成为有待解决的问题。

2l世纪呼唤绿色制造，清洁生产需要绿色加工。绿色切削作为一项新的课题，正得到越来越广泛的重视。虽然干式切削、低温切削、绿色湿式切削等技术还有很多 问题需要解决，但与传统的加工方法相比，它们的优越性正逐渐体现出来，绿色切削将是未来绿色制造业的重要组成部分。

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1．聚晶金刚石（PCD）刀具概述

1.1 PCD刀具的发展

金 刚石作为一种超硬刀具材料应用于切削加工已有数百年历史。在刀具发展历程中，从十九世纪末到二十世纪中期，刀具材料以高速钢为主要代表；1927年德国 首先研制出硬质合金刀具材料并获得广泛应用；二十世纪五十年代，瑞典和美国分别合成出人造金刚石，切削刀具从此步入以超硬材料为代表的时期。二十世纪七十 年代，人们利用高压合成技术合成了聚晶金刚石（PCD），解决了天然金刚石数量稀少、价格昂贵的问题，使金刚石刀具的应用范围扩展到航空、航天、汽车、电 子、石材等多个领域。

1.2 PCD刀具的性能特点

金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高 速切削中获得很高的加工精度和加工效率。金刚石刀具的上述特性是由金刚石晶体状态决定 的。在金刚石晶体中，碳原子的四个价电子按四面体结构成键，每个碳原子与四个相邻原子形成共价键，进而组成金刚石结构，该结构的结合力和方向性很强，从而 使金刚石具有极高硬度。由于聚晶金刚石（PCD）的结构是取向不一的细晶粒金刚石烧结体，虽然加入了结合剂，其硬度及耐磨性仍低于单晶金刚石。但由于 PCD烧结体表现为各向同性，因此不易沿单一解理面裂开。

PCD刀具材料的主要性能指标：①PCD的硬度可达8000HV，为硬质合金的 80～120倍；②PCD的导热系数为700W/mK，为硬质合金的 1.5～9倍，甚至高于PCBN和铜，因此PCD刀具热量传递迅速；③PCD的摩擦系数一般仅为0.1～0.3（硬质合金的摩擦系数为0.4～1），因此 PCD刀具可显著减小切削力；④PCD的热膨胀系数仅为0.9×10

-6～1.18×10

-6，仅相当于硬质合金的1/5，因此PCD刀具热变形小，加工精度高；⑤PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小，在加工过程中切屑不易粘结在刀尖上形成积屑瘤。

1.3 PCD刀具的应用

工业发达国家对PCD刀具的研究开展较早，其应用已比较成熟。自1953年在瑞典首次合成人造金刚石以来，对PCD刀具切削性能的研究获得了大量成果，PCD刀具的应用范围及使用量迅速扩大。目前，国际上著名的人造金刚石复合片生产商主要有英国De

Beers 公司、美国GE公司、日本住友电工株式会社等。据报道，1995年一季度仅日本的PCD刀具产量即达10.7万把。PCD刀具的应用范围已由初 期的车削加工向钻削、铣削加工扩展。由日本一家组织进行的关于超硬刀具的调查表明：人们选用PCD刀具的主要考虑因素是基于PCD刀具加工后的表面精度、 尺寸精度及刀具寿命等优势。金刚石复合片合成技术也得到了较大发展，De

Beers公司已推出了直径74mm、层厚0.3mm的聚晶金刚石复合片。

国 内PCD刀具市场随着刀具技术水平的发展也不断扩大。目前中国第一汽车集团已有一百多个PCD车刀使用点，许多人造板企业也采用PCD刀具进行木制品加 工。PCD刀具的应用也进一步推动了对其设计与制造技术的研究。国内的清华大学、大连理工大学、华中理工大学、吉林工业大学、哈尔滨工业大学等均在积极开 展这方面的研究。国内从事PCD刀具研发、生产的有上海舒伯哈特、郑州新亚、南京蓝帜、深圳润祥、成都工具研究所等几十家单位。目前，PCD刀具的加工范 围已从传统的金属切削加工扩展到石材加工、木材加工、金属基复合材料、玻璃、工程陶瓷等材料的加工。通过对近年来PCD刀具应用的分析可见，PCD刀具主 要应用于以下两方面：①难加工有色金属材料的加工：用普通刀具加工难加工有色金属材料时，往往产生刀具易磨损、加工效率低等缺陷，而PCD刀具则可表现出 良好的加工性能。如用PCD刀具可有效加工新型发动机活塞材料——过共晶硅铝合金（对该材料加工机理的研究已取得突破）。②难加工非金属材料的加工： PCD刀具非常适合对石材、硬质碳、碳纤维增强塑料（CFRP）、人造板材等难加工非金属材料的加工。如华中理工大学1990年实现了用PCD刀具加工玻 璃；目前强化复合地板及其它木基板材（如MDF）的应用日趋广泛，用PCD刀具加工这些材料可有效避免刀具易磨损等缺陷。

2．PCD刀具的制造技术

2.1 PCD刀具的制造过程

PCD 刀具的制造过程主要包括两个阶段：①PCD复合片的制造：PCD复合片是由天然或人工合成的金刚石粉末与结合剂（其中含钴、镍等金属）按一定比例在 高温（1000～2000℃）、高压（5～10万个大气压）下烧结而成。在烧结过程中，由于结合剂的加入，使金刚石晶体间形成以TiC、SiC、Fe、 Co、Ni等为主要成分的结合桥，金刚石晶体以共价键形式镶嵌于结合桥的骨架中。通常将复合片制成固定直径和厚度的圆盘，还需对烧结成的复合片进行研磨抛 光及其它相应的物理、化学处理。②PCD刀片的加工：PCD刀片的加工主要包括复合片的切割、刀片的焊接、刀片刃磨等步骤。

2.2 PCD复合片的切割工艺

由于PCD复合片具有很高的硬度及耐磨性，因此必须采用特殊的加工工艺。目前，加工PCD复合片主要采用电火花线切割、激光加工、超声波加工、高压水射流等几种工艺方法，其工艺特点的比较见表1。

表1 PCD复合片切割工艺的比较

工艺方法－工艺特点

电火花加工－高度集中的脉冲放电能量、强大的放电爆炸力使PCD材料中的金属融化，部分金刚石石墨化和氧化，部分金刚石脱落，工艺性好、效率高

超声波加工－加工效率低，金刚石微粉消耗大，粉尘污染大

激光加工－非接触加工，效率高、加工变形小、工艺性差

在 上述加工方法中，电火花加工效果较佳。PCD中结合桥的存在使电火花加工复合片成为可能。在有工作液的条件下，利用脉冲电压使靠近电极金属处的工作液形 成放电通道，并在局部产生放电火花，瞬间高温可使聚晶金刚石熔化、脱落，从而形成所要求的三角形、长方形或正方形的刀头毛坯。电火花加工PCD复合片的效 率及表面质量受到切削速度、PCD粒度、层厚和电极质量等因素的影响，其中切削速度的合理选择十分关键，实验表明，增大切削速度会降低加工表面质量，而切 削速度过低则会产生“拱丝”现象，并降低切割效率。增加PCD刀片厚度也会降低切割速度。

2.3 PCD刀片的焊接工艺

PCD 复合片与刀体的结合方式除采用机械夹固和粘接方法外，大多是通过钎焊方式将PCD复合片压制在硬质合金基体上。焊接方法主要有激光焊接、真空扩散焊 接、真空钎焊、高频感应钎焊等。目前，投资少、成本低的高频感应加热钎焊在PCD刀片焊接中得到广泛应用。在刀片焊接过程中，焊接温度、焊剂和焊接合金的 选择将直接影响焊后刀具的性能。在焊接过程中，焊接温度的控制十分重要，如焊接温度过低，则焊接强度不够；如焊接温度过高，PCD容易石墨化，并可能导致 “过烧”，影响PCD复合片与硬质合金基体的结合。在实际加工过程中，可根据保温时间和PCD变红的深浅程度来控制焊接温度（一般应低于700℃）。国外 的高频焊接多采用自动焊接工艺，焊接效率高、质量好，可实现连续生产；国内则多采用手工焊接，生产效率较低，质量也不够理想。

2.4 PCD刀片的刃磨工艺

PCD 的高硬度使其材料去除率极低（甚至只有硬质合金去除率的万分之一）。目前，PCD刀具刃磨工艺主要采用树脂结合剂金刚石砂轮进行磨削。由于砂轮磨料 与PCD之间的磨削是两种硬度相近的材料间的相互作用，因此其磨削规律比较复杂。对于高粒度、低转速砂轮，采用水溶性冷却液可提高PCD的磨削效率和磨削 精度。砂轮结合剂的选择应视磨床类型和加工条件而定。由于电火花磨削（EDG）技术几乎不受被磨削工件硬度的影响，因此采用EDG技术磨削PCD具有较大 优势。某些复杂形状PCD刀具（如木工刀具）的磨削也对这种灵活的磨削工艺具有巨大需求。随着电火花磨削技术的不断发展，EDG技术将成为PCD磨削的一 个主要发展方向。

3．PCD刀具的设计原则

3.1 刀具材料的选择

（1）合理选择PCD粒度

PCD 粒度的选择与刀具加工条件有关，如设计用于精加工或超精加工的刀具时，应选用强度高、韧性好、抗冲击性能好、细晶粒的PCD。粗晶粒PCD刀具则可 用于一般的粗加工。PCD材料的粒度对于刀具的磨损和破损性能影响显著。研究表明：PCD粒度号越大，刀具的抗磨损性能越强。采用De

Beers 公司SYNDITE 002和SYNDITE

025两种PCD材料的刀具加工SiC基复合材料时的刀具磨损试验结果表明，粒度为2μm的SYNDITE

002PCD材料较易磨损。

（2）合理选择PCD刀片厚度

通常情况下，PCD复合片的层厚约为0.3～1.0mm，加上硬质合金层后的总厚度约为2～8mm。较薄的PCD层厚有利于刀片的电火花加工。De

Beers公司推出的0.3mm厚PCD复合片可降低磨削力，提高电火花的切割速度。PCD复合片与刀体材料焊接时，硬质合金层的厚度不能太小，以避免因两种材料结合面间的应力差而引起分层。

3.2 刀具几何参数与结构设计

PCD 刀具的几何参数取决于工件状况、刀具材料与结构等具体加工条件。由于PCD刀具常用于工件的精加工，切削厚度较小（有时甚至等于刀具的刃口半径）， 属于微量切削，因此其后角及后刀面对加工质量有明显影响，较小的后角、较高的后刀面质量对于提高PCD刀具的加工质量可起到重要作用。

PCD复合片与刀杆的连接方式包括机械夹固、焊接、可转位等多种方式，其特点与应用范围见表2。

表2 PCD复合片与刀杆连接方式的特点与应用

连接方式－特点－应用范围

机械夹固－由标准刀体及可做成各种集合角度的可换刀片组成，具有快换和便于重磨的优点－中小型机床

整体焊接－结构紧凑、制作方便，可制成小尺寸刀具－专用刀具或难于机夹的刀具，用于小型机床

机夹焊接－刀片焊接于刀头上，可使用标准刀杆，便于刃磨及调整刀头位置－自动机床、数控机床

可转位－结构紧凑，夹紧可靠，不需重磨和焊接，可节省辅助时间，提高刀具寿命－普通通用机床

4．PCD刀具的切削参数与失效机理

4.1 PCD刀具切削参数对切削性能的影响

（1）切削速度

PCD 刀具可在极高的主轴转速下进行切削加工，但切削速度的变化对加工质量的影响不容忽视。虽然高速切削可提高加工效率，但在高速切削状态下，切削温度和 切削力的增加可使刀尖发生破损，并使机床产生振动。加工不同工件材料时，PCD刀具的合理切削速度也有所不同，如铣削Al2O3强化地板的合理切削速度为 110～120m/min；车削SiC颗粒增强铝基复合材料及氧化硅基工程陶瓷的合理切削速度为30～40m/min。

（2）进给量

如PCD刀具的进给量过大，将使工件上残余几何面积增加，导致表面粗糙度增大；如进给量过小，则会使切削温度上升，切削寿命降低。

（3）切削深度

增加PCD刀具的切削深度会使切削力增大、切削热升高，从而加剧刀具磨损，影响刀具寿命。此外，切削深度的增加容易引起PCD刀具崩刃。

不同粒度等级的PCD刀具在不同的加工条件下加工不同工件材料时，表现出的切削性能也不尽相同，因此应根据具体加工条件确定PCD刀具的实际切削参数。

4.2 PCD刀具的失效机理

刀 具的磨损形式主要有磨料磨损、粘结磨损（冷焊磨损）、扩散磨损、氧化磨损、热电磨损等。PCD刀具的失效形式与传统刀具有所不同，主要表现为聚晶层破 损、粘结磨损和扩散磨损。研究表明，采用PCD刀具加工金属基复合材料时，其失效形式主要为粘结磨损和由金刚石晶粒缺陷引起的微观晶间裂纹。在加工高硬 度、高脆性材料时，PCD刀具的粘结磨损并不明显；相反，在加工低脆性材料（如碳纤维增强材料）时，刀具的磨损增大，此时粘接磨损起主导作用。

5．结语

PCD 刀具因其良好的加工质量和加工经济性在非金属材料、有色金属及其合金材料、金属基复合材料等切削加工领域显示出其它刀具难以比拟的优势。随着PCD 刀具的理论研究日益深入及其应用技术的进一步推广，PCD刀具在超硬刀具领域的地位将日益重要，其应用范围也将进一步拓展。

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超硬刀具材料是指比陶瓷材料更硬的刀具材料。
主要分两类五种：
1.金刚石类
包括：天然和人工合成单晶金刚石、聚晶金刚石(PCD)及其复合片（PDC）、CVD金刚石三种。
2.立方氮化硼类
包括：聚晶立方氮化硼(PCBN)和CVD立方氮化硼涂层。
其中以人造金刚石复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合片(PCBN)刀具占主导地位。
许 多切削加工概念，如绿色加工、以车代磨、以铣代磨、硬态加工、高速切削、干式切削等都因超硬刀具的应用而起，故超硬刀具已成为切削加工中不可缺少的重要 手段。PCD和PCBN刀具已广泛应用于机械加工的各个行业，如汽车零部件的切削加工，强化木地板的加工等，极大地促进了切削加工及先进制造技术的飞速发 展。

二、超硬刀具材料发展史
时间 超硬材料 公司 方法 指标 用途
1955 人造金刚石 GE 高温高压 磨料
1957 立方氮化硼 GE 高温高压 磨料
1977 PCD，PCBN GE 高温高压 刀具
1995 人造单晶金刚石 5MM 刀具
人造单晶CBN 刀具
类金刚石膜 刀具
金刚石薄膜 CVD 刀具
金刚石厚膜 CVD 2.3MM 刀具

三、金刚石、超硬材料的特性与作用
众所周知，金刚石材料的成分是碳，金刚石与铁系有亲和力，切削过程中，金刚石的导热性优越，散热快，但是要注意切削热不宜高于700度，否则会发生石墨化 现象，工具会很快磨损。因为金刚石在高温下和W、Ta、Ti、Zr、Fe、Ni、Co、Mn、Cr、Pt等会发生反应，与黑色金属(铁碳合金)在加工中会 发生化学磨损，所以，金刚石不能用于加工黑色金属只能用在有色金属和非金属材料上，而CBN即使在1000度的高温下，切削黑色金属也完全能胜任。已成为 未来难加工材料的主要切削工具材料。一般超硬材料指的是人造金刚石、人造CBN。这两种材料的同时存在，起到了互补的作用、可以覆盖当前与今后发展的各种 新型材料的加工，对整个切削加工领域极为有利。

1．PCD
金刚石烧结体（PCD）的出现，在许多方面代替了天然单晶金刚石。PCD与天然金刚石比较，价格便宜，且刃磨远比天然金刚石方便，所以其应用、推广特别迅 速。在大量涌现的新材料中，大部分都是难加工材料，如高硅铝合金，汽车发动机的活塞大量采用这种材料。一般，含硅量低于10%的铝合金，用硬质合金切削工 具即可，但含硅量超过10%,就只能借助PCD。当前采用的高硅铝合金含硅量均在12%以上，有的已达18%以上，所以非PCD莫属。
但是，由于PCD的种类很多，有合理选择的必要。其粒度、浓度等都会影响到硬度、耐磨性等性能。因此，在应用中也必须根据被加工材料的种类。硬度等特性来考虑合理的各种参数。PCD在国内外的生产已十分普及，但是质量有较大的差异，因此在价格上出入很大。

2．PCBN
立方氮化硼烧结体（PCBN）是CBN颗粒与结合剂一起烧结而成，硬度仅次于金刚石，与黑色金属无亲和力。但是，PCBN不适于切削一般的钢件。PCBN刀具材料性能如下：
（1） 具有较高的硬度和耐磨性。
BN晶体结构与金刚石相似，化学键类型相同，晶格常数相近，因此具有与金刚石相近的硬度和强度。CBN微粉的显微影度为HV8000-9000，其烧结体PCBN的硬度为HV3000-5000。
（2） 具有很高的热稳定性。
CBN的耐热性可达1400-1500℃，PCBN在800℃时的硬度还高于陶瓷和硬质合金的常温硬度。
（3） 具有优良的化学稳定性。
由于PCBN耐高温，在大气和水蒸气中，在900℃以下无任何变化 且稳定，甚至在1300℃时，和Fe、Ni、Co等也几乎没有反应，更不会像金刚石那样急剧磨损，这时它仍能保持硬质合金的硬度，因此，它不仅能切削淬火 过的钢零件或冷硬铸铁，而且能被广泛应用于高速或超高速的切削工作上。
（4） 具有较好的导热性。
在各类刀具材料中，CBN的导热性仅次于金刚石，大大高于硬质合金，而且随着温度的升高，PCBN的导热系数是增加的。
（5） 具有较好的摩擦系数。
与不同材料间的摩擦系数CBN为0.1-0.3,硬质合金为0.4-0.6,随着切削速度的提高, 摩擦系数是减小的。
　　
3．超硬材料涂层切削工具

CVD、PVD等技术的出现，是切削工具领域中的一次重大的革命。它的出现立即引起了机械制造领域的巨大反响，理想的切削工具应当是既有硬的表面，又有高的韧性，涂层技术便达到了这个目标。
最早的涂层材料都是陶瓷性质的物质，如TiN、TiC、Al2O3等，近年来，涂层技术又有了很大的发展。超硬材料涂层正在得到全面应用，许多产品相继出 现在市场上。超硬材料涂层的发展，使整个现有的切削工具的性能都明显得到了提高，面对当前大量涌现的难加工材料，这些新发展的涂层技术将有巨大的适应能 力，前景相当喜人?br> 超硬材料涂层的种类共有三大类，即类金刚石、金刚石和CBN。这些涂层材料均为纯金刚石或纯CBN,所以硬度与沉积的 材料是相同的，和PCD与PCBN相比，因不含结合剂，所以硬度、耐磨性等均有较大的提高。
金刚石涂层和CBN涂层的性能与原材料是相同的，只是薄膜而已，使用时与陶瓷涂层类同。

4.厚膜金刚石
金刚石薄膜的合成技术和应用研究在全球范围发展极为迅速，形成了"金刚石薄膜热"。在这十多年内，气相合成的方法发展到二十多种，一般沉积的速度每小时只 1～2um,如何加快沉积速度一直是人们研究的课题。在近期沉积速度发展到了100um/h以上，最高达到930um/h。我们称之为厚膜金刚石。厚膜金 刚石是纯金刚石，其硬度接近天然金刚石，而PCD、PCDN是金刚石粉与结合剂混合在一起烧结而成，因此硬度受到结合剂的影响，其硬度不如前者。我国已成 功地掌握了这门技术，最大的沉积厚度达到了2.3mm。现在已商品化，进入了国际先进行列。
厚膜金刚石不同于PCD之处是没有结合剂，是纯金刚石，所以它的硬度高得多，与天然金刚石不同，它具有各向同性，成本低，因此在许多方面将取代PCD。用 作拔丝模将是均匀磨损，因此拔丝的线材质量明显优于天然金刚石模具。如果沉积质量进一步提高，在超精密加工中也有取代天然金刚石的可能，因此颇受超精密领 域的重视。
总之，金刚石和超硬材料由于性能优越，应用不断地在扩大，已从金属加工发展到了光学玻璃加工、石材加工、陶瓷加工、硬脆材料加工等传统加工难进行的领域，对各种工业的发展将起到巨大的推动作用，前景十分广阔。

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