刀盘的重量对铝合金加工的影响
刀盘的重量对铝合金加工加重负担。合金可供选择的刀具材料有硬质合金，陶瓷和聚晶金刚石(PCD)….YG类硬质合金是切削铝合金主要的刀具材料实际加工中通常使用无涂层的硬质合金刀具陶瓷刀具有更高的硬度，耐磨性和良好的高温性能。
目前，Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷均已成功地用于制作车刀、镗刀和铣刀等的切削部分材料。陶瓷刀具的结构目前大多采用机夹可转位刀片的结构形式。刀片的形状有三角形、正方形、长方形、棱形和圆形等。
陶瓷刀片材料的品种多达几十种，不同种类的陶瓷刀片有着不同的应用范围，故须正确选择刀具陶瓷的种类与牌号，使其与被加工材料相“匹配”。除需要满足技术要求外，还应满足经济和环保性能的要求。
氧化铝（Al2O3）基陶瓷具有良好的耐磨性、耐热性，且其高温化学稳定性好，不易与铁元素之间发生相互扩散或化学反应，其耐磨性和耐热性均高于氮化硅（Si3N4）基陶瓷刀具，所以Al2O3基陶瓷刀具的应用范围最广，适于对钢材、铸铁及其合金的高速切削加工；加工钢优于Si3N4 基陶瓷刀具；但它不宜用来加工铝合金、钛合金和钽合金，否则容易产生化学磨损。
氮化硅（Si3N4）基陶瓷刀具的断裂韧性和抗热振性高Al2O3基陶瓷刀具，最适于断续加工铸铁和高温合金等材料，一般不宜用来加工产生长切屑的钢材（如正火和热轧状态），用Si3N4基陶瓷刀具切削45号钢时的刀具磨损比切削灰铸铁时高得多。
赛阿龙（Sialon）陶瓷最适于加工各种铸铁（如灰铸铁、球墨铸铁、冷硬铸铁、高合金耐磨铸铁等）和耐热合金，通常不推荐用其加工钢材。
Inconel 718（GH169）镍基合金是典型的难加工材料，具有较高的高温强度、动态剪切强度，热扩散系数较小，切削时易产生加工硬化，导致刀具切削温度高、磨损速度加快。Al2O3 / SiCw晶须增韧陶瓷适合于加工硬度低的镍基合金，当切削速度为100?300 m/min时可获得较长的刀具寿命；ISCAR公司生产的一款IW7晶须增韧陶瓷（Al2O3 / SiCw）新牌号，来自加工Inconel 718、镍基耐热合金等高温合金材质涡轮盘的报告显示，相比于其它陶瓷刀片，切削性能和刀具寿命均有明显提高。Si3N4基陶瓷也可用于Inconel 718合金的加工。而Sialon陶瓷的韧性高，适合于切削经过固溶处理的Inconel 718（45HRC）合金。
此外，航空航天用的Kevlar和石墨类复合材料，用陶瓷刀具可实现切削速度300 m/min左右的高速切削加工。
必须指出，陶瓷刀片不像硬质合金那样在国际上有统一的分类，各生产厂都有各自的品种与牌号，不同厂生产的同类刀片性能上也有一定的差异，使用时须参照厂家产品样本来选择。为此，刀片牌号选定后必须在机床上先进行试切削，合格后方可以正式应用。
1 力学性能的匹配
切削刀具与加工对象的力学性能匹配主要是指刀具与工件材料的强度、韧性及硬度等力学性能参数应相互匹配。不同力学性能的刀具(如高速钢刀具、硬质合金刀具和超硬刀具等)所适合加工的工件材料有所不同约材料有所不同。通常，刀具材料的硬度必须高。通常，刀具材料的硬度，刀具硬度一般要求在60 HRC以上。高硬度的工件材料必须用更高硬度的刀具来加工，具体的刀具材料参数见表1。
为了提高切削加工生产率，一般采用高速切削加工。高速切削采用的切削速度比常规切削高出几倍甚至十几倍，因此切削温度很高。可是刀具材料随着温度的升高，强度和硬度会下降。为此，高速切削时要求刀具材料不仅要有良好的室温力学性能，还应具有优异的高温力学性能，且其高温力学性能比室温力学性能更为重要。各种刀具材料的硬度随温度的变化见图1。
2 物理性能的匹配
切削刀具与加工对象的物埋性能匹配主要是指刀具与工件材料的熔点、弹性模量、导热系数、热膨胀系数相抗热冲击性能等物埋性能参数应相互匹配。具有不同物埋性能的刀具(如高导热和低熔点的高速钢刀具、高熔点和低热胀的陶瓷刀具、高导热和低热胀的金刚石刀具等)所适合加工的工件材料有所不同。加工导热性差的工件时，应采用导热性较好的刀具，以使切削热可迅速传出而降低切削温度。
如金刚石的导热系数为硬质合金的1.5 ~9 倍，为铜的2-6 倍，由于导热系数及热扩散率高，切削热容易散出，故刀具切削部分温度低。金刚石的热膨胀系数比硬质合金小几倍，约为高速钢的1/10，因此金刚石刀具不会产生很大的热变形，这对尺寸精度要求很高的精密加工刀具来说尤为重要。立万氮化硼(CBN)的导热性虽不及金刚石，但却大大高于高速钢和硬质合金。随切削温度的提高，CBN 刀具的导热系数逐渐增加，可使刀尖处切削温度降低，减少刀具的扩散磨损并有利于高速精加工时加工精度的提高。CBN 的耐热性可达到1 400-1 500 C ，比金刚石的耐热性(700-800 C)几乎高一倍。
由于高速切削的切削速度比常规切削时高几倍甚至十几倍，切削温度很高，因此高速切削刀具的失效主耍取决于刀具材料的热性能(包括刀具的熔点、耐热性、抗氧化性、高温力学性能和抗热冲击性能等)。高速干切削、高速硬切削和高速加工黑色金属的最高切削速度主要受限于刀具材料的耐热性，因此要求刀具材料的熔点高、导热性好、氧化温度高、耐热性好及抗热冲击性强。如高速加工钢和铸铁等黑色金属时，最高切削速度只能达到加工铝合金时的1/3-1/5 ，其原因是切削热易使刀尖发生热破损。在高速切削低导热性及高硬度材料(如钛合金和耐热镍基合金、高硬度合金钢等)时，易形成锯齿状切屑，而高速铣削过程中则会产生厚度变化的断续切屑，它们都会导致刀具内的热应力发生高频率的周期变化，从而加速刀具的磨损。
3 化学性能的匹配
刀具的磨损是机械磨损和化学磨损综合作用的结果。机械磨损主要包括磨料磨损、粘着磨损、塑性磨损和微观断裂等。化学磨损主要是指在高温下刀具材料的组分与工件材料发生的化学反应、化学溶解以及刀具与工件间元素的扩散等。已有的研究表明:刀具切削加工时的磨损与所加工的工件材料和切削条件密切相关，在不同的切削条件下加工不同的工件材料时，自主导地位的磨损机制有所不同。
如在低速切削时由于温度较低，其磨损机制往往表现为磨料磨损而在高速切削时高温引起的化学反应、氧化磨损相扩散磨损则自主导地位。由于在高温下工件材料硬度有所下降，圆而磨料磨损逐渐减小如图2所示。
化学磨损与切削温度T密切相关，其表达式为:
切削刀具与加工对象的化学性能匹配主要是指刀具与工件材料的化学亲和性、化学反应、扩散、粘着和溶解等化学性能参数应相互匹配。具有不同组分的刀具(如高速钢刀具、硬质合金刀具相超硬刀具等)所适合加工的工件材料有所不同。当刀具与工件中的元素化学亲和性强(易产生化学反应、相互粘着或扩散)时，应设法回避。如含有SIC颗粒或SIC晶须的刀具材料在加工镍基合金时表现出优良的切削性能，但在加工钢件时刀具材料却发生急剧磨损。这是因为SIC 很容易在切削高温作用下与工件材料中的铁产生化学反应，其反应式为:4Fe+SIC→FeSi+Fe3c。
如陶瓷的化学惰性大于TIC和wC。即使在熔化温度时，Ai2O3，与钢也不起化学反应。因此，切削加工钢件时，Ai2O3， 陶瓷刀具的扩散磨损很小。另外，Ai2O3，陶瓷中含有铝元素，因此Ai2O3，陶瓷刀具在加工铝及铝合金时存在较大化学亲和力，很容易出现较大的粘着磨损相扩散磨损。因此应避免用此类刀具加工铝、钛及其合金。
Si3N4 基陶瓷刀具高速切削碳钢时主要发生化学磨损。化学磨损本身在陶瓷刀具的总磨损量中所由比例一般并不大，但化学磨损的重要作用在于它能大大加剧机械磨损，如化学溶解及扩散作用会引起陶瓷表面强度减弱，加剧刀具与工件间的粘着，从而导致严重的粘着磨损和微观断裂磨损。
金刚石刀具切削温度达到800 C时就会失去其硬度金刚石刀具不适合于加工钢铁类材料因为金刚石与铁族元素之间有很强的化学亲和力，在高温下铁原子容易与碳原子相互作用使其转化为石墨结构，刀具极易损坏。
4 结束语
切削刀具与加工对象的力学性能匹配主要是指刀具与工件材料的强度、韧性和硬度等力学性参数应相互匹配。切削刀具与加工对象的物理性能匹配主要是指刀具与工件材料的熔点、弹性模量、导热系数、热膨胀系数及抗热冲击性能等物理性能参擞应相互匹配。切削刀具与加工对象的化学性能匹配主要是指刀具与工件材料化学亲和性、化学反应、扩散、粘着和溶解等化学性能参数应相互匹配。在实际应用中，应根据所加工的工件材料选择相互匹配的刀具料。
现今，切削液通常不再必要的重要原因是有了涂层。它们通过抑制从切削区到刀片(刀具)的热传导来减缓温度的冲击。涂层的作用就象一层热屏障，因为它有比刀具基体和工件材料低得多的热传导系数。因此，这些刀具吸收的热量较少，能承受较高的切削温度。无论是车削还是铣削，涂层刀具都允许采用更高效的切削参数，而不会降低刀具寿命。
涂层厚度在2到18微米之间，它在刀具性能方面起着重要的作用。较薄的涂层比厚的涂层在冲击切削时，经受温度变化的性能要好，这是因为较薄的涂层应力较小，不易产生裂纹。在快速冷却和加热时，厚的涂层就象玻璃杯极快地加热冷却一样，容易碎掉。用薄涂层刀片进行干式切削可以延长刀具寿命高达40%，这就是物理涂层常用来涂圆形刀具和铣刀片的原因。PVD涂层往往涂得比化学涂层要薄，与轮廓结合得较牢固。另外，PVD涂层可以在低得多的温度下沉积在硬质合金上，因此，它们更多地应用于非常锋利的刃口及大的正前角铣刀、车刀。
虽然涂层材料氮化钛，在所有涂层刀具中占有80%。然而在高速干式切削的情况下，最好的PVD涂层是氮铝钛(TiAlN)，它的性能在高温连续切削时，优于氮化钛四倍，例如用于高速车削。TiAlN涂层对于处在较高的热应力条件下的刀具，也胜过其它涂层。象干式铣削及那些小直径孔的深孔钻削切削液难以到达的部位。
TiAlN在切削温度下比TiN更硬，且具有热稳定性，PVD涂层利用了它的抗化学磨损性能，它的硬度高达维氏3500度，它的工作温度高达1470°F。材料科学家推测：这些性质可归功于非结晶的氧化铝薄膜，它是当高温时涂层表面中的一些铝氧化后，在切屑/刀具界面上形成的。
这项研究特意选用超薄多层PVD涂层，这种沉积过程产生的涂层由上百层组成，每一层仅有几个纳米厚。而一般的PVD涂层的沉积物只有几层微米级厚度的涂层。
尽管PVD涂层有很多优点，但是对于加工大多数黑色金属，CVD涂层仍然是更受欢迎。在CVD加工过程中，沉积温度比较高有助于提高结合强度，并且允许基体中有较高的钴含量，这样刀刃的韧性好，提高抗塑性变形的能力。由于CVD涂层比PVD涂层厚，就要求在它们的刃口处进行钝化，以防止涂层剥落，同时也能有助于提高刀具的抗磨损性能。允许采用进给量可达0.035英寸/转。
CVD是在刀具上沉积一层有用的氧化铝的过程，这是人们熟知的最耐热和抗氧化的涂层。氧化铝是不良导体，它把刀具与切削变形而生成的热量隔开，促使热量流到切屑中。这是一种极好的CVD涂层材料，主要用于在干切时使用的硬质合金车刀。它在高速切削时还能保护基体，是最好的抗磨料磨损和月牙洼磨损的涂层。
涂层刀片有较长的刀具寿命，它在干式铣削比湿式铣削更稳定。更高切削速度会使切削温度进一步升高。例如，在14000转/分和1575英寸/分的切削速度下干式切削加工铸铁，能把刀具前面的切削区加热到600°～700℃。其金属切除率就类似于铣削铝，这时在铸铁上产生的温度就高于常规刀具。
2金属陶瓷、陶瓷、CBN、PCD的选用
切削速度越高就要求刀具材料更耐磨，还要求具有较高的热硬性。金属陶瓷、立方氮化硼以及两种适合精细加工需要的陶瓷--氧化铝和氮化硅(现代术语"陶瓷"包含氧化铝和氮化硅，而不象过去单指氧化铝。)，它们的应用日渐普及。聚晶金刚石是另一种干式切削情况下使用的刀具材料。在所有这些材料中，它们都有较高的红硬性和耐磨性，需要权衡考虑的是脆性较大。
(1)金属陶瓷
是一种先进的硬质合金。金属陶瓷比常规硬质合金能承受更高的切削温度，但是缺乏硬质合金的耐冲击性、在中型到重型加工时的韧性、以及在低速大进给时的强度。金属陶瓷在小的和不变的负荷时，也象常规硬质合金那样，有差不多的刀刃强度。但是它在高切削速度下的耐高温和耐磨性能更好，持续时间更长，加工的工件表面更光洁。当用于加工软的和粘性的材料时，它也有较好的抗积屑瘤性能，表面质量很好。
好的高温硬度来自配料时加入的钛的化合物。金属陶瓷是硬质合金的一种型式，它含有坚硬的钛基化合物(碳化钛、碳氮化钛和氮化钛)，粘结剂是镍或镍钼。由于金属型粘结剂的温度局限性，典型的金属陶瓷牌号，在加工的材料硬度超过HRC40时，不具备足够高的热硬性。
金属陶瓷比起涂层和非涂层硬质合金，对断裂和进给引起的压力更加敏感。因此，它最好用于高精度工件和表面质量要求较高时。理想的加工工序是切削那些连续的表面。
车削碳钢时，进给量的上限通常是0.025英寸/转。一般用途的铣削，可以在高的主轴速度、中等进给量的条件下进行。如果满足这些条件，在大量生产时金属陶瓷能长时间地保持锋利的切削刃。如果金属陶瓷是在传统的切削速度和进给量下使用，比起硬质合金刀具能改善了刀具寿命和表面质量，也能提高生产率，对于切削合金钢时其提高幅度为20%，对于切削碳钢、不锈钢和软铁时为50%。
(2)陶瓷
陶瓷刀具类似于金属陶瓷，它比硬质合金有更高的化学稳定性，可在高的切削速度下进行加工并持续较长的时间。纯氧化铝可以耐非常高的温度，但是它的强度和韧性很低，工作条件如果不好，容易破碎。
为了减低陶瓷对破碎的敏感性，在企图改善其韧性、提高耐冲击性能时，加入了氧化锆或加入碳化钛与氮化钛的混合物。尽管加入了这些添加剂，但是陶瓷的韧性比硬质合金还是低得多。
另一个提高氧化铝陶瓷韧性的方法是在材料中加入结晶纹理或碳化硅晶须，通过这些特殊的平均起来仅有1纳米直径，20微米长很结实的晶须，相当程度地增加了陶瓷的韧性、强度和抗热冲击性能。在组成上，晶须可高达30%。
象氧化铝一样，氮化硅比硬质合金有更高的热硬性。它耐高温与机械冲击的性能也比较好。与氧化铝陶瓷相比它的缺点是在加工钢时它的化学稳定性不很好。可是，用氮化硅陶瓷可在1450英尺/分或更高的速度下加工灰铸铁。
虽然使用陶瓷刀加工效率可以很高，但是应用必须正确。例如，陶瓷刀具不能用于加工铝，而对灰铸铁、球墨铸铁、淬硬钢和某些未淬硬钢、耐热合金则特别适合。可是对这些材料而言，应用得成功还有赖于开始切削之前刀具刃口外观的准备、机器和装备的稳定性和选用最佳的加工参数。
(3)CBN
CBN是一种非常硬的刀具材料，通常最好用来加工硬度高于RC48的材料，它有极好的高温硬度--高达2000℃，尽管比硬质合金要脆得多，比陶瓷耐热性和化学的稳定性要差，但是它比陶瓷刀具有较高的冲击强度和抗破碎性能。对于切削淬硬金属时，机床刚性可以稍差。此外，一些特制的CBN刀具能抵御高功率粗加工的切屑负荷，间断切削的冲击以及精加工时的磨损和切削热。
对于要求严格的零件，应对设备进行适当的调整，以提高机器和装备的刚性。刃口倒钝应足够大以防止微观剥落和使刀具基体上有一定厚度的CBN层，这就能使刀具在高速、重负荷、剧烈的间断负荷下工作。这些特点使CBN成为粗加工淬硬钢和珠光体灰铸铁所选用的刀具材料。
刀具带有一薄层CBN是比较脆弱的，但是它用于加工淬硬的铁合金又是比较好的刀具材料。CBN具有低的导热系数和高的压缩强度，经受得了由于高切削速度和负前角产生的切削热。在切削区内由于较高的温度使工件材料软化，有助于切屑的形成。负的几何角度加强了刀具，稳定了切削刃，改善了刀具寿命和允许在小于0.010″的浅切深下进行加工。
在干式车削淬硬工件的情况下，由于CBN刀具可以加工出小于16微英寸的表面质量，并能控制±0.0005″的精度，因此常用它取代磨削工序。CBN刀具很适合淬硬车削和高速铣削加工。而对于这个应用范围，陶瓷和CBN是重叠的。因此，进行成本效益分析是非常必要的，以确定哪一种材料将提供最好的效果。
(4)PCD刀具
聚晶金刚石作为最硬的刀具材料，它是最耐磨的。它的硬度和耐磨性来自各金刚石晶体间无一定方位的粘结，这种晶体方位各异的排列抑制了裂纹的扩展。使用时，将PCD小片粘结到硬质合金刀片上，这可增加它的强度和抗冲击性能，其刀具寿命是硬质合金的100倍。
然而，某些性能限制了它在很多加工工序的使用。其一是PCD对黑色金属中铁的亲和力，引起化学反应，这种刀具材料只能用于加工非铁零件。其二是PCD不能经受切削区超过600℃的高温。因此，它不能切韧性、高延展性材料。
PCD刀具特别适于加工有色金属，特别是对摩擦很厉害的高硅铝合金。采用锋利的切削刃和大正前角高效切削这些材料，使切削压力和积屑瘤达到最小。
一、什么是高速切削技术
高速切削技术是指采用超硬材料刀具和磨具，利用能可靠地实现高速运动的高精度、高自动化和高柔性的制造设备，以进步切削速度来达到进步材料切除率、精度和质量的先进技术。随着数控中心和柔性制造系统在机械制造中的使用，机械辅助工时大为缩短。高速切削不同工件材料时，所用的切削刀具、工艺方法以及切削参数均有很大不同，把握高速切削工艺特点是高速切削中的一个重要环节。
二、不同材质的金属切削工艺的区别
（1）高速切削轻金属
铝是飞机和各种航天器零部件的主要材料，也是机器和仪表零部件的常用金属。它的相对密度很轻，经过适当处理的铝合金材料。近年来铝合金在汽车和其他动力机械中的使用也逐渐增多。铝镁合金大多使用铸件，这些轻合金的最大优点在于其固有的易切特性。
（2）高速铣削钢
高速铣削用于钢和铸铁的精工，特别是外形复杂的零件，高速切削可以大大提高效率。高速铣削钢的主要题目是刀具磨损，优化切削参数的目的不仅仅为了进步金属切除率，而且更注重于降低切削力，进步工件的表面质量、尺寸精度和外形精度以及减少刀具磨损。
（3）高速铣削铸铁
在高速铣削铸铁时，对于象氮化硅刀具这样的脆性刀具材料，影响刀具磨损的主要因素是刀片的外形和几何参数。在高速铣削铸铁时必须使用圆刃刀具，否则刀具很快就会由于高脆性而损坏，切削速度的选择取决于刀具材料。
（4）高速切削难切削材料
难切削材料包括特殊合金钢、钛合金、镍合金等，这些材料由于强度大、硬度高、耐冲击，大多用于航空制造和动力部分。但这些材料轻易硬化、切削温度高、刀具磨损严重。在这些材料的切削中，导致刀片失效的典型形式是刀具磨损，尤其在切削高强度合金时轻易使刀片碎裂。
三、切削不同金属如何选用刀具
（1）切削轻合金的刀具选用
由于在轻金属的高速切削过程中存在较大的冲击载荷，聚晶金刚石和立方氮化硼刀具的寿命特性并不好。特别是切削低熔点的硅铝合金材料时，要使用金刚石镀层硬质合金刀具；在铣削铝镁合金时，刀刃圆角半径对切削温度和微粒火花的影响都很大，硬质合金刀具的刀刃半径必须精密刃磨到纳米级的水平。
（2）高速铣削钢材的刀具选用
高速切削时刀具的磨损也受到材料强度等力学性能的影响，工件材料的抗拉强度增大则刀具寿命降低，所以要减小每齿的进给量。在高速切削刀具材料方面，金属陶瓷刀具的寿命比硬质合金长，镀层硬质合金刀具的磨损特性和所使用的刀具基体材料有很大关系。
（3）高速铣削铸铁的刀具选用
高速铣削铸铁零件材料也影响刀具的耐用度，被切材料的铁含量对于刀具的耐用度影响很大。对于硬质合金和金属陶瓷刀具，高速切削中的最主要题目是刀具磨损。金属陶瓷刀具由于具有刀片强度高、密度低和化学稳定性好等优点，它的耐用度要比硬质合金好，而氮化硅刀具只是适合于在比较低的进给速度下进行切削。
（4）难切削材质铣削刀具的选用
在对钛合金、特殊合金和耐热镍基合金等材料进行高速切削的实验中，顺铣时的刀具磨损明显要大，其原因是顺铣的刀具在离开工件时切屑加厚，使切屑粘在刀刃上形成积屑瘤。这些材料的高强度和高弹性，特别是应变硬化增大了切削载荷。
四、专用切削油的选用
（1）轻合金工件切削油
切削铜、铝合金、有色金属以及其他轻金属时，切削力和切削温度都不高，可选用抗磨剂比例不高但具有良好的抗腐蚀性能的铜铝合金专用切削油。
（2）铸铁工件切削油
铸铁切削时需选择防锈功能强的切削油。铸铁与青铜等为脆性材料时，切削中常形成崩碎切屑，容易随切削油到处流动，流入机床导轨之间造成部件损坏，可使用冷却和清洗性能好的切削油并做好过滤。
（3）难切削工件切削油
切削合金钢、钛合金时如果切削量较低、表面粗糙度要求较小，如拉削以及螺纹切削需要极压性能优异的切削油，可选用硫化脂肪酸酯作为主要添加剂的极压切削油。
在切削加工中，刀具性能对切削加工的效率、精度及表面品质有着决定性的影响。下面我为大家详细介绍切削刀具标准与刀具材料必须具备的基本性能的相关知识。
刀具材料必须具备如下一些基本性能：
硬度高，即刀具材料的硬度必须高于被加工材料；高的强度和韧性，刀具切削部分的材料在切削时要受到很大的切削力和冲击力，因此刀具材料必须要有足够的强度和韧性；耐磨性和耐热性好，一般来说，刀具材料硬度越高，耐磨性也就越好，同时刀具的耐磨性和耐热性有着密切的关系；导热性好，导热性越好，就能降低切削部分的温度，从而减轻刀具磨损；工艺性和经济性好。
因此刀具材料必须具备如下一些基本性能：硬度高，即刀具材料的硬度必须高于被加工材料；高的强度和韧性，刀具切削部分的材料在切削时要受到很大的切削力和冲击力，
因此刀具材料必须要有足够的强度和韧性；耐磨性和耐热性好，一般来说，刀具材料硬度越高，耐磨性也就越好，同时刀具的耐磨性和耐热性有着密切的关系；导热性好，导热性越好，就能降低切削部分的温度，从而减轻刀具磨损；工艺性和经济性好。
切削刀具标准：
（1）新型高速钢
高速钢（HSS）是加入了W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢。虽然目前可供使用的刀具材料品种较多，但由于高速钢在强度、韧性、热硬性、工艺性，特别是锋利性（刀尖半径可达12~15μm）等方面具有优良的综合性能，因此在切削某些难加工材料以及在复杂刀具（尤其是切齿刀具、拉刀和立铣刀等）制造中仍占有较大比重。
（2）新型细晶粒和超细晶粒硬质合金
硬质合金是高硬度、难熔的金属化合物（主要是WC，TiC等，又称为高温碳化物）微米级的粉末，用钴或镍等金属做粘结剂烧结成的粉末冶金制品。硬质合金是当前切削领域中应用最广泛的切削刀具材料，切削效率大约为高速钢的5~10倍。全世界硬质合金的产量增长极快，
新材料、新牌号的硬质合金刀具不断出现，在全部刀具中的比重越来越大。但其工艺性差，用于复杂刀具尚受到很大的限制。
细晶粒（1～0.5μm）和超细晶粒（小于0.5μm）硬质合金材料及整体硬质合金刀具的开发，使硬质合金的抗弯强度大大提高，可替代高速钢用于制造小规模钻头、立铣刀、丝锥等量大面广的通用刀具，其切削速度和刀具寿命远超过高速钢。
整体硬质合金刀具的使用可使原来采用高速钢的大部分应用领域的切削效率显著提高。为提高硬质合金的韧性，通常采取增加Co含量的方法，由此引起的硬度降低现在可通过细化晶粒得到补偿，并可使硬质合金的抗弯强度提高到4.3GPa，已达到并超过普通高速钢的抗弯强度。
细晶粒硬质合金的另一优点是刀具刃口锋利，尤其适合高速切削粘而韧的材料。
（3） 超硬刀具
所谓超硬刀具材料是指人造金刚石和立方氮化硼，以及用这些粉末与结合剂烧结而成的聚金刚石和聚晶立方氮化硼。由于超硬刀具具有比硬质合金更优良的耐磨性，能够适应更高的切削速度，已成为高速切削的主要刀具材料，更为重要的是能够满足难加工材料的切削需要。因此超硬刀具材料已经在整个切削加工领域中起到越来越重要的作用。
金刚石是碳的同素异形体，分为天然金刚石和人造金刚石（PCD）两种。PCD是在高温、高压和催化剂作用下，由石墨转化而成的。金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性，
拥有锋利的切削刃和良好的导热性能，同时PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小，在加工过程中不易在刀尖上产生积屑瘤。
目前，PCD刀具主要运用在以下两个方面：a.难加工有色金属及其合金，如用PCD刀具加工矽铝合金时，刀具寿命可达硬质合金的50~200倍；b. 难加工非金属材料，PCD刀具非常适合于石材、硬质碳、碳纤维增强塑胶和人造板材等难加工非金属材料的加工。因此，可以说金刚石刀具是精密加工有色金属及其合金、陶瓷、玻璃、木材等非金属材料最佳的刀具。
但是金刚石的热稳定性较低，切削温度超过700~800℃时，就会完全失去其硬度。另外，金刚石中的碳和铁具有很强的亲和力，在高温高压下，铁原子与碳原子发生相互作用，导致金刚石石墨化，从而使刀具极容易发生磨损。因此，金刚石刀具一般不用来加工钢铁等材料。
继美国GE公司于1957年首次合成立方氮化硼之后，在高温高压条件下将立方氮化硼聚合在硬质合金上，得到了复合结构的立方氮化硼（CBN）刀片。CBN刀具有聚晶烧结块和复合刀片两种，能在较高切削速度下加工淬硬钢及铸铁，以车代磨，并可高速切削部分高温合金，加工精度高，表面粗糙度相当低，而且立方氮化硼还适宜加工各种淬硬钢、Ni基、Fe基及其他一些耐磨、耐蚀的热喷涂（焊）件材料，钒钛铸铁、冷硬铸铁等耐磨类铸铁，钛合金材料等。
（4）陶瓷材料
陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能及良好的高温力学性能，与金属的亲和力小，不易与金属产生粘结，并且化学稳定性好。因此，陶瓷刀具可以加工传统刀具难以加工或根本不能加工的超硬材料。陶瓷刀具有Al2O3基和Si3N4基两大类，加入各种碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等可改善其性能，还可通过颗粒、晶须、相变、微裂纹和几种增韧机理的协同作用提高其断裂韧性。
目前，国产的一些晶须增韧陶瓷、梯度功能陶瓷等产品已达到国外同类刀片的性能，有的还优于国外。陶瓷刀具使用的主要原料氧化铝、氧化矽等在地壳中含量丰富，对节省贵重金属也具有重要的意义。陶瓷刀具主要应用于难加工材料的高速加工。国际上已经将陶瓷材料刀具视为进一步提高生产率的最有希望的刀具之一。
导致金刚石石墨化，从而使刀具极容易发生磨损。因此，金刚石刀具一般不用来加工钢铁等材料。
继美国GE公司于1957年首次合成立方氮化硼之后，在高温高压条件下将立方氮化硼聚合在硬质合金上，得到了复合结构的立方氮化硼（CBN）刀片。CBN刀具有聚晶烧结块和复合刀片两种，能在较高切削速度下加工淬硬钢及铸铁，以车代磨，并可高速切削部分高温合金，加工精度高，表面粗糙度相当低，而且立方氮化硼还适宜加工各种淬硬钢、Ni基、Fe基及其他一些耐磨、耐蚀的热喷涂（焊）件材料，钒钛铸铁、冷硬铸铁等耐磨类铸铁，钛合金材料等。
（4）陶瓷材料
陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能及良好的高温力学性能，与金属的亲和力小，不易与金属产生粘结，并且化学稳定性好。因此，陶瓷刀具可以加工传统刀具难以加工或根本不能加工的超硬材料。陶瓷刀具有Al2O3基和Si3N4基两大类，加入各种碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等可改善其性能，还可通过颗粒、晶须、相变、微裂纹和几种增韧机理的协同作用提高其断裂韧性。
目前，国产的一些晶须增韧陶瓷、梯度功能陶瓷等产品已达到国外同类刀片的性能，有的还优于国外。陶瓷刀具使用的主要原料氧化铝、氧化矽等在地壳中含量丰富，对节省贵重金属也具有重要的意义。陶瓷刀具主要应用于难加工材料的高速加工。国际上已经将陶瓷材料刀具视为进一步提高生产率的最有希望的刀具之一。
目前使用的刀具材料种类繁多，主要有金刚石、立方氮化硼、陶瓷、金属陶瓷、硬质合金和高速钢等。不同刀具材料具有不同的性能，并有其特定的应用范围。
金刚石
能用作刀具材料的金刚石有4类：天然金刚石、人工合成单晶金刚石、聚晶金刚石和金刚石涂层。
天然金刚石是最昂贵的刀具材料，由于天然金刚石可以刃磨成最锋利的切削刃，主要应用在超精密加工领域，如加工微机械零件、光学镜面、导弹和火箭中的导航陀螺、计算机硬盘芯片等。人工合成单晶金刚石刀具有很好的尺寸、形状和化学稳定性，主要用来加工木材，如加工高耐磨Al2O3涂层的木地板。聚晶金刚石是以钴作为粘结剂，在高温高压下(约507MPa，几千摄氏度)由金刚石微粉压制而成的。聚晶金刚石刀具具有优异的耐磨性，可用来切削有色金属和非金属材料，精加工难加工材料，如硅铝合金和硬质合金等。
立方氮化硼
立方氮化硼(CBN)与聚晶金刚石一样，也是在高温高压下人工合成的，其多晶结构和性能也与金刚石类似，具有很高的硬度和杨氏模量，很好的导热性，很小的热膨胀，较小的密度，较低的断裂韧性。此外，立方氮化硼具有卓越的化学和热稳定性，同铁族元素几乎不发生反应，这一点要优于金刚石。因此，加工黑色金属时多选用立方氮化硼而不用金刚石。聚晶立方氮化硼(PCBN)特别适合于加工铸铁、耐热合金和硬度超过HRC45的黑色金属(如发动机箱体、齿轮、轴、轴承等汽车零部件)。PCBN刀具适合于高速干切削，可以用2O00m/min以上的速度高速加工灰铸铁。PCBN刀具在高速硬切削方面的应用也比较广泛，尤其是精加工汽车发动机上的合金钢零件，如硬度65之间HRC6O～65之间的齿轮、轴、轴承，而这些零部件过去是靠磨削来保证尺寸精度和表面质量的。
CBN的力学和热学性能受粘结相的种类及其含量的影响。粘结相有钴、镍或碳化钛、氮化钛、氧化铝等，CBN的颗粒大小和粘结相种类影响到其切削性能。低CBN含量(质量分数，下同，50%～65%)的PCBN刀具主要用来精加工钢(HRC45～65)，而高CBN含量(80%～90%)的PCBN刀具用来高速粗加工、半精加工镍铬铸铁，断续加工淬硬钢、烧结金属、硬质合金、重合金等。
不含粘结相的CBN正在研制当中，通过控制合成条件使CBN颗粒更微细，微细颗粒的CBN即使在高温下也具有高热导率、极高热稳定性、高硬度和高强度。无粘结相的CBN可望成为下一代刀具材料。
陶瓷
按化学成分，陶瓷刀具材料可分为氧化铝基陶瓷、氮化硅基陶瓷、赛阿龙(复合氮化硅—氧化铝)陶瓷三大类。
氧化铝基陶瓷具有良好的化学稳定性，与铁系金属亲和力很小，因此不易发生粘结磨损。氧化铝在铁中的溶解度只有WC在铁中溶解度的1/5，因此，氧化铝基陶瓷扩散磨损小，同时它的抗氧化能力强。然而，氧化铝基陶瓷的强度、断裂韧度、导热系数和抗热震性较低。氧化铝基陶瓷刀具在高速切削钢时具有比氮化硅陶瓷刀具更优越的切削性能。
与氧化铝陶瓷相比，氮化硅基陶瓷具有较高的强度、断裂韧度和抗热震性能，较低的热胀系数、杨氏模量和化学稳定性，与铸铁不易发生粘结，因此，氮化硅基陶瓷刀具主要用于高速加工铸铁。
赛阿龙陶瓷刀具具有较高的强度、断裂韧度、抗氧化性能、导热率、抗热震性能和抗高温蠕变性能。但是热膨胀系数较低，不适合加工钢，主要用来粗加工铸铁和镍基合金。
为了进一步改进陶瓷刀具加工新材料时的切削性能和抗磨损性能，研究人员开发了碳化硅晶须增韧陶瓷材料(包括氮化硅基陶瓷和氧化铝基陶瓷材料)，增韧后的陶瓷刀具高速切削复合材料和航空耐热合金(镍基合金等)时的效果非常好，但不适合加工铸铁和钢。
陶瓷刀具的制造方法有热压法和冷压法两大类。热压法是将粉末状原料在高温高压下压制成饼状，然后切割成刀片；冷压法是将原材料粉末在常温下压制成坯，再经烧结成为刀片。热压法陶瓷刀具质量好，是目前陶瓷刀具的主要制造方法，冷压法可制造表面形状较复杂或带孔的陶瓷刀具。
TiC(N)基硬质合金
TiC(N)基硬质合金(即金属陶瓷)密度小，硬度高，化学稳定性好，对钢的摩擦系数较小，切削时抗茹结磨损与抗扩散磨损的能力较强，具有较好的耐磨性。金属陶瓷刀具适于高速精加工碳钢、不锈钢、可锻铸铁，可以获得较好的表面粗糙度。常用的金属陶瓷有：(1)碳化钛基高耐磨性的TiC+Ni或Mo，高断裂韧度的TiC+WC+TaC+Co(2)增韧氮化钛基金属陶瓷；(3)碳氮化钛基高耐磨和抗热震性的TiCN+NbC。
硬质合金
硬质合金是高硬度、难熔的金属化合物粉末(WC、TiC等)，用钴或镍等金属做黏结剂压坯、烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金刀具材料的问世，使切削加工水平出现了一个飞跃。硬质合金刀具能实现高速切削和硬切削。为满足各种难加工材料的切削要求，开发了许多硬质合金加工技术，研制出多种新型硬质合金，方法是：采用高纯度的原材料，如采用杂质含量低的钨精矿及高纯度的三氧化钨等．采用先进工艺，如以真空烧结代替氢气烧结，以石蜡工艺代替橡胶工艺，以喷雾或真空干燥工艺代替蒸汽干燥工艺；改变合金的化学组分。调整合金的结构；采用表面涂层技术。研制出的新型硬质合金有添加钽、铌的硬质合金、细晶粒与超细晶粒硬质合金，添加稀土元素的硬质合金等。
在晶粒尺寸为0.2～1µm的碳化钨硬质合金晶粒中加人更高硬度(HRA90～93)和强度(2000～3500MPa，最高5000MPa)的TaC,NbC等颗粒，可以制成整体超细晶粒硬质合金刀具或可转位刀片。晶粒细化后，硬质相尺寸变小，粘结相更均匀地分布在硬质相周围，可以提高硬质合金的硬度与耐磨性，能显著提高刀具寿命。如适当增加钴含量，还可以提高抗弯强度。这种刀具可以高速切削铁族元素材料、镍基和钴基高温合金、钛基合金、耐热不锈钢、焊接材料和超硬材料等。
高速钢
普通高速钢是用熔融法制造的，在加工效率和加工质量要求日益提高的先进切削加工中，普通高速钢的性能已嫌不足。
20世纪后期，逐步出现了许多高性能高速钢，新型高速钢在普通高速钢的基础上，通过调整基本化学成分，并添加其他合金元素，使其常温和高温机械性能得到显著提高。用作刀具材料的高性能高速钢有高碳高速钢、高钴高速钢、高钒高速钢和含铝高速钢等。
粉末冶金高速钢是将高频感应炉熔炼出的钢液，用高压氖气或纯氮喷射雾化，再急冷得到细小均匀结晶粉末，或用高压水喷雾化形成粉末，所得到的粉末在高温高压下热等静压制成粉末冶金高速钢刀具。与传统高速钢相比，粉末冶金高速钢没有碳化物偏析的缺陷，且晶粒尺寸小，因此抗弯强度和韧性高，硬度高，适用的切削速度较高，刀具寿命较长，并可加工较硬的工件材料。
一、根据工件的材质选用切削油
(1)铸铁加工时需选择防锈功能强的切削油。铸铁与青铜等为脆性材料时，切削中常形成崩碎切屑，容易随切削油到处流动，流入机床导轨之间造成部件损坏，可使用冷却和清洗性能好的切削油并做好过滤工作。
(2)对铝制品工加工时，由于某些等级的铝材具有“粘性”和拖尾，不能采用自由切削加工。有些铝合金很坚硬且耐磨性高，需要使用含有硫化猪油等抗磨性能高的切削油以防止刀具产生积屑磨损刀具。
(3)铜、铝合金以及切削有色金属和轻金属时，切削力和切削温度都不高，可选用抗磨剂比例不高但具有良好的抗腐蚀性能的铜铝合金专用切削油。
(4)切削合金钢、钛合金时如果切削量较低、表面粗糙度要求较小，如拉削以及螺纹切削需要极压性能优异的切削油，可选用硫化脂肪酸酯作为主要添加剂的极压切削油。
二、根据加工刀具材料选择
在一些精密的高强度加工中，例如：拉削、攻丝、深孔和钻削，需要切削油具有优异的极压抗磨性能以保护刀具，可选用极压切削油或专用攻丝油、深孔钻切削油等。
(1)工具钢刀具的耐热温度在200～300℃，耐热性能差，高温下失去硬度，因此要求采用冷却性能好、粘度低流动性好的切削油。
(2)高速钢刀具进行高速粗切削时，切削量大并产生大量的切削热，应采用冷却性好的切削油。如果用高速钢刀具进行中、低速的精加工时，一般采取低粘度切削油能减小刀具和工件的摩擦黏结，抑制切削瘤生成，提高加工精度。
(3)硬质合金刀具熔点和硬度较高，化学和热稳定性较好，切削和耐磨性能比高速钢刀具好得多，在一般加工中可使用活性硫切削油。如果是重切削，切削温度很高，容易极快磨损刀具，此时应选用非活性硫化切削油并增大切削油的流量，保证充足的冷却润滑。
(4)陶瓷刀具、金刚石刀具和立方氮化硼刀具都具有较高的硬度和耐磨性，切削时一般使用低粘度的非活性硫化切削油，以保证加工工件的表面光洁度。
