随着数控加工技术的飞速发展和广泛应用 数控机床，刀具材料在不断更新和发展。高速切削已成为现代切削中不可缺少的重要手段。高速切削的切削速度是常规切削的5～10倍，对刀具材料、刀具结构、几何参数等都提出了新的要求，特别是对刀具材料的要求更高，高速切削刀具的材料必须具有较高的强度、韧性、硬度，良好的热稳定性和热硬度，良好的高温力学性能，化学亲和力小，耐磨损。这里就高速切削刀具的刀具材料、性能及其合理选用措施进行探讨。
高速刀具分类及性能
涂层 米填充 电视工具
涂层刀具是在刀具基体上涂覆一层硬质耐磨的金属化合物薄膜，达到提高刀具表面硬度和耐磨性的目的。常用刀具基体材料主要有高速钢、硬质合金、金属陶瓷和陶瓷等。涂层刀具可分为硬质涂层刀具和软质涂层刀具，硬质涂层刀具的涂层材料主要有氮化钛（TiN）、碳化钛（TiC）、氧化铝（Al2O3）、碳氮化钛（TiCN）、氮化铝钛（TiAlN）、碳氮化铝钛（TiAlCN）等。硬质涂层刀具的主要特点是硬度高、耐磨性好。软涂层刀具是以MoS2、WS2为涂层材料的高速钢刀具。软涂层刀具可以降低摩擦、切削力和切削温度。
涂层可以是单层涂层、双层涂层或多层涂层，甚至可以是几种涂层材料组成的复合涂层。复合涂层可以是TiC-Al2O3-TiN、TiCN和TiAlN多复合涂层，最新发展的还有TiN/NbN、TiN/CN等多复合膜。TiN涂层硬度高、耐磨性好，TiC涂层与金属亲和力小、抗氧化性强，TiAlN具有良好的高速切削性能，Al2O3涂层具有良好的热稳定性。TiAlN层在高速切削中表现优异，最高切削温度可达800℃。
陶瓷制品 C乌廷 电视工具
陶瓷刀具材料主要有氧化铝基和氮化硅基。陶瓷刀具具有硬度高（HRA91~95）、强度高（抗弯强度750~1000MPa）、耐磨性好、化学稳定性好、抗粘结性能好、摩擦系数小、价格便宜等优点。不仅如此，陶瓷刀具还具有很高的高温硬度，在1200℃时可达HRA80。在正常切削过程中，陶瓷铣刀极其耐用，切削速度可比硬质合金高2至5倍。
近年来，由于控制原料纯度、细化粒度，加入各种碳化物、氮化物、硼化物和氧化物，使其性能得到改善。通过粒子、晶须、相变、微裂纹及几种增韧机理的协同作用，其断裂韧性也得到提高。不仅抗弯强度提高到0.9~1.0GPa（最高可达1.3-1.5GPa），而且断裂韧性和抗冲击性能大大提高，应用范围日益扩大。除一般的精加工和半精加工外，还可用于冲击载荷下的粗加工。是国际上公认为最有潜力提高生产效率的刀具。
目前，陶瓷刀具可以高速加工钢、铸铁及其合金等材料，切削速度可达200~1000m/min，刀具寿命比硬质合金长几倍甚至几十倍，与金刚石、CBN(立方氮化硼)等超硬刀具相比，陶瓷价格相对低廉。
金属 C陶瓷 C乌廷 电视工具
金属陶瓷具有较高的室温硬度和高温硬度，耐磨性好，抗氧化性强，化学稳定性好。金属陶瓷刀具材料主要有耐磨性高的TiC基硬质合金（TiC+Ni或Mo）、韧性高的TiC基硬质合金（TiC+TaC+WC）、强韧的TiN基硬质合金和强韧度高的TiCN基硬质合金（TiCN+NbC）。用这些合金制成的刀具可在υc=300m/min~500m/min范围内高速加工钢和合金钢，并可对铸铁进行精加工。金属陶瓷可制成钻头、立铣刀和滚刀等，如日本研制的金属陶瓷滚刀，其转速可达υc=600m/min，约为硬质合金滚刀的10~20倍，加工表面粗糙度值Rmax为2μm。
立方氮化硼 (CBN) 工具
立方氮化硼（CBN）刀具硬度较高，仅次于金刚石（可达8000HV～9000HV），热稳定性高（可达1250℃～1350℃）。对铁元素化学惰性强，抗粘结能力强，可用金刚石砂轮进行磨削和修锐。因此，适用于加工35HRC以上的各种淬火钢、热喷涂材料、冷硬铸铁以及钴基、镍基材料。由于立方氮化硼（CBN）刀具在加工高硬度零件时能获得良好的表面粗糙度。因此，使用立方氮化硼（CBN）刀具可以以车削、铣削代替磨削，大大提高加工效率。
聚晶金刚石（PCD）刀具
聚晶金刚石（PCD）刀具PCD刀具可实现有色金属和非金属耐磨材料的高速加工。据报道，加工硅铝合金的PCD钻头切削速度为300m/min~400m/min。PCD与硬质合金复合钻头用于加工铝合金、镁合金、复合材料FRP、石墨、粉末冶金毛坯等，与硬质合金刀具相比，刀具寿命提高65~145倍。采用高强度铝合金刀体的PCD面铣刀加工合金的切削速度υc为3000m/min~4000m/min，有的达到7000m/min。近年来，国外已开发出金刚石膜刀具（车铣刀片、麻花钻头、立铣刀、丝锥等），其寿命是硬质合金刀具的10~140倍。
高性能高速钢和硬质合金复合切削刀具
用高性能钴高速钢、粉末冶金高速钢和硬质合金制成的齿轮刀具可用于齿轮的高速切削。用硬质合金粉末和高速钢粉末制成的新型粉末冶金材料制成的齿轮滚刀，滚削速度可达150m/min～180m/min，经TiAlN涂层处理后，可用于齿轮的高速干切削。用细颗粒硬质合金制成并涂有耐磨、耐热、润滑涂层的麻花钻加冷却液加工碳素结构钢和合金钢时，切削速度可达200m/min，干切削时切削速度也可达到150m/min。用细颗粒硬质合金制成的丝锥加工灰铸铁时，切削速度可达100m/min。
根据加工材料合理选择切削刀具
如何正确选择刀具来加工相应的工件材料，从而提高加工生产率，降低生产成本，是一个非常重要的问题。每种刀具材料都有其特定的加工范围。一般来说，CBN、金属陶瓷刀具、陶瓷刀具、涂层刀具适用于加工钢等黑色金属材料。PCD刀具适用于铝、镁、铜等有色金属及其合金和非金属材料的高速加工。
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陶瓷刀具适用于加工各种铸铁、钢件、镍基高温合金等，不同品种、不同加工范围的陶瓷刀具，Al2O3基陶瓷刀具具有良好的耐磨性、耐热性，高温化学稳定性好，可用于加工铸铁、钢件及其合金；Si3N4基陶瓷刀具具有良好的断裂韧性和抗热震性，适用于铸铁、合金铸铁的断续加工。
金属陶瓷铣刀既具有陶瓷的硬度，又具有硬质合金的高强度，具有良好的抗粘着性和耐磨性，与钢的亲和力小，适用于模具钢的中、高速切削，当切削速度低于750m/min时，可加工铸铁零件。
金刚石刀具适用于加工非金属材料、有色金属及其合金。由于金刚石的热稳定性差，与铁的化学亲和力强。因此，PCD不宜加工钢材料。金刚石的摩擦系数小，与有色金属无亲和力，切屑易流出，导热系数高，切削时不易产生积屑瘤，加工表面质量好，最适用于有色金属材料、有色金属和非金属材料的超精密加工。如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、粉末烧结硬质合金、各种纤维和颗粒增强复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃及各种耐磨木材（特别是实木、胶合板等复合材料）。
立方氮化硼刀具适用于加工35HRC以上各种淬硬钢、热喷涂材料、冷硬铸铁及钴基、镍基材料。加工材料硬度越高越能体现立方氮化硼刀具的优势。国外还研制了不同CBN含量的CBN刀具，以充分发挥CBN刀具的切削性能。据报道，BN-10加工灰铸铁的速度可达2000m/min。
刀具材料的不断更新，使切削加工向高速、超高速方向发展，各种刀具材料与相应的工件材料相匹配，并具有不同的切削速度范围，涂层刀具将主导高速切削领域，陶瓷刀具的固有优势将得到更广泛的发挥，CBN、PCD将在高速切削中占据重要地位，其应用将越来越广泛。加强高速切削刀具材料的研究与开发，对高速切削技术的应用与发展具有重要意义。
从高速切削机理研究可知，随着切削速度的提高，金属去除率大大提高。材料的高应变率（在切削速度500m/min、切削温度1400℃时约为1.67×105/s）使切屑形成过程以及刀具与工件接触面上发生的各种现象与传统切削条件下不同，刀具的热硬性和刀具磨损成为关键。要实现高速切削，必须支持适合高速切削的刀具材料和刀具制造技术。
目前使用的金属切削刀具材料可分为九大类，从切削速度最低、耐磨性最差的高速钢到高速性能最好的聚晶金刚石刀具，高速切削还要求刀具材料具有良好的韧性、抗冲击能力强、耐磨性好等特点。
一般来说，低性能刀具，如高速钢、无涂层硬质合金等，在普通切削加工中应用广泛，但其高速性能不佳。高性能刀具，如聚晶金刚石刀具，是所有刀具材料中最硬的，具有非常高的耐磨性和高速能力，切削热对其几乎没有影响，在有色金属和非金属材料的高速加工中充分体现了它的优越性。但它的抗冲击性能较差，在切削钢和铸铁材料时其热性能很差。因为在高速切削黑色金属时，刀具材料中的碳原子会扩散到工件中，导致刀具磨损加剧。
硬质合金刀具应用最为广泛，占各类刀具总销量的80%。常速下金属切削的90%采用硬质合金刀具。硬质合金具有相对较好的冲击韧性，但高速性能较差。此外，高速切削刀具还必须具有极高的热硬度和化学稳定性，而硬质合金无法满足这些要求。
CBN刀具耐热性优良，可在高温下切削硬质材料，但价格昂贵，且不能加工软金属材料；化学稳定性好的铝基陶瓷材料刚好适合此类加工，但热硬度不足，不能用于高速加工。
集中不同特性的刀具材料的优点，开发新型刀具材料。使它们既具有冲击韧性，又具有较高的耐磨性，是高速切削刀具研究中要解决的主要问题之一。在冲击韧性相对较好的刀具基体材料上，表面涂覆热硬性好、耐磨性好的材料。新型刀具往往兼具两种材料的优点，这种类型的刀具在高速切削中有着广泛的应用。
在这一思想指导下，硬质合金涂层刀具、CBN涂层刀具、PCD涂层刀具等新型复合刀具相继出现，适用于不同金属材料的高速切削。
适用于高速切削的涂层硬质合金刀具采用耐热性好、硬度高的涂层材料和多层涂层技术，涂层硬质合金刀具的切削范围大，使用寿命长，切削性能大大优于非涂层硬质合金，因此，涂层硬质合金有取代普通非涂层硬质合金的趋势。
刀具涂层技术不仅适用于淬硬的硬质合金刀具，而且对其他刀具材料，如金属陶瓷、陶瓷也有很好的效果。
陶瓷刀具也是可用于高速切削的刀具，是近年来刀具材料研究开发的重要组成部分。晶须增强陶瓷刀具是用特殊材料制成的刀具，由于具有良好的冲击韧性和较强的抗热震性，非常适合高速加工。
高速切削刀具需要解决的另一个问题是在刀片上磨出或压出一定几何形状的断屑槽，以实现断屑和控制切屑方向，这也是提高加工效率和刀具耐用度的一项重要技术。
高速切削刀具应具有优良的冲击韧性和抗热震性，有较好的耐热性、耐磨性和化学稳定性。有较好的断屑效果，并适用于较宽的金属切削范围。
高速切削的发展趋势
开发制造新一代高速大功率机床，进一步改善和提高主轴性能。
需要开发新型高耐磨、耐热刀具材料，进一步改进高速刀具结构。因为高速切削刀具直接决定高速切削的效益、质量和安全，是推广和实施高速切削技术的基础。
开发和推广干切削和硬切削新工艺。近年来，国外在发展高速切削的过程中，先后开发和应用了干切削和硬切削（即切削淬硬工件）新工艺。由于干切削具有保护环境的作用，硬切削可代替磨削，提高工效，因而得到了新的发展，但这两种切削方式都需要高性能的刀具材料。
