刀具材料影響著高速切削加工技術的廣泛應用。目前適用于高速切削的刀具有：涂層刀具、陶瓷刀具、金屬陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)刀具、聚晶金剛石(PCD)刀具以及性能優(yōu)異的高速鋼和硬質(zhì)合金復雜刀具等。

一、高速切削對刀具材料的要求

由于高速切削加工的切削速度是常規(guī)切削的5～10倍，對刀具材料以及刀具結構、幾何參數(shù)等都提出了新的要求。刀具材料的選擇對加工效率、加工質(zhì)量以及成本和刀具的壽命等有著重要的影響。高速切削加工除了要求刀具材料具備普通刀具材料的一些基本性能之外，還對刀具材料有更高的要求，主要包括:

1、高的硬度和耐磨性：高速切削加工刀具材料的硬度必須高于普通加工刀具材料的硬度，一般在HRC 60以上。刀具材料的硬度愈高，其耐磨性愈好。

2、高的強度和韌性：刀具材料要有很高的強度和韌性，以便承受切削力、振動和沖擊，防止刀具脆性斷裂。

3、良好的熱穩(wěn)定性和熱硬性：刀具材料要有很好的耐熱性，要能承受高溫，具備良好的抗氧化能力。

4、良好的高溫力學性能：刀具材料要有很高的高溫強度、高溫硬度和高溫韌性。

5、較小的化學親和力：刀具材料與工件材料的化學親和力要較小。

二、高速切削的刀具材料

1、涂層刀具

涂層刀具是通過在韌性較好的刀具基體上涂覆硬質(zhì)耐磨的金屬化合物薄膜，以獲得遠高于刀具基體的硬度和優(yōu)良的切削性能。常用的刀具基體材料主要有高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷和金屬陶瓷等。涂層刀具具有很強的抗氧化性能和抗粘結性能，因而具有良好的耐磨性和抗月牙洼磨損能力。由于涂層的摩擦系數(shù)低切削時的切削溫度降低，切削力也減小大大提高了刀具的耐用度。涂層可以是單涂層，也可以是雙涂層或多涂層，甚至可以是幾種涂層材料復合而成的復合涂層。

涂層刀具可以分成硬涂層刀具和軟涂層刀具。硬涂層刀具的涂層材料主要有氮化鈦（TiN）、 碳化鈦（TiC）、碳氮化鈦（TiCN）、氮化鋁鈦（TiAlN）、碳氮化鋁鈦（TiAlCN）和氧化鋁（Al2O3）等。硬涂層刀具的主要優(yōu)點是硬度高、耐磨性能好。軟涂層刀具的涂層材料主要有MoS2和WS2。軟涂層刀具可以減少摩擦，降低切削力和切削溫度。TiN涂層的硬度高、耐磨性好，具有很高的化學穩(wěn)定性，可大大減少刀具與工件之間的摩擦系數(shù)；TiC涂層與被切削金屬的親和力小潤濕性好，抗氧化性強具有良好的抗摩擦磨損性能；TiAlN涂層刀具不僅具有TiN的硬度和耐磨性，而且在高速切削時氧化生；Al2O3起到抗氧化和抗擴散磨損的作用，具有良好的切削性能，其{zg}工作溫度可達800℃；Al2O3涂層在高溫下具有良好的熱穩(wěn)定性，適用于高速切削時產(chǎn)生大量熱的刀具；金剛石膜涂層刀具主要適用于加工有色金屬；MoS2和WS2作為軟涂層材料的高速鋼刀具主要用于加工高強度鋁合金、鈦合金或貴重金屬材料 。

2、陶瓷刀具

陶瓷刀具的材料主要有氧化鋁基和氮化硅基2大類，是通過在氧化鋁和氮化硅基體中分別加入碳化物、氮化物、硼化物、氧化物等得到的，此外還有多相陶瓷。

陶瓷刀具具有硬度高耐磨性能及高溫力學性能優(yōu)良、化學穩(wěn)定性好、不易與金屬發(fā)生粘結等特點。陶瓷刀具的{zj0}切削速度通?？杀扔操|(zhì)合金刀具高3~10倍，適用于高速切削鋼、鑄鐵及其合金等。陶瓷刀具可在200~1000m/min的切削速度范圍內(nèi)高速切削軟鋼（如A3 鋼）、淬硬鋼、鑄鐵及其合金等。陶瓷刀具主要應用于耐磨材料、淬硬材料和難加工材料等的車、銑粗精加工。具體來說，氧化鋁基陶瓷主要用于加工淬硬鋼和耐磨鑄鐵，氮化硅基陶瓷主要用于加工鑄鐵、高溫合金和鎳基合金等材料。

3、金屬陶瓷刀具

金屬陶瓷有較高室溫硬度、高溫硬度及良好的耐磨性、抗氧化能力強和化學穩(wěn)定性好。金屬陶瓷材料主要包括高耐磨性TiC基硬質(zhì)合金（TiC+Ni或Mo）、高韌性TiC基硬質(zhì)合金（TiC+TaC+WC）、強韌TiN基硬質(zhì)合金（以TiN為主體）、高強韌性TiCN基硬質(zhì)合金（TiCN

+NbC）等。金屬陶瓷刀具可在300～500m/min的切削速度范圍內(nèi)高速加工鋼和合金鋼，精加工鑄鐵。此外金屬陶瓷還可制成鉆頭、銑刀和滾刀。 

4、立方氮化硼(CBN)刀具

立方氮化硼刀具具有極高的硬度(僅次于PCD)和紅硬性，CBN刀具是高速精加工或半精加工淬硬鋼、冷硬鑄鐵和高溫合金等的理想刀具材料。由于CBN刀具加工高硬度零件時可獲得良好的加工表面粗糙度，因此采用CBN刀具切削淬硬鋼可以實現(xiàn)“以車代磨”?？紤]到CBN刀坯的價格較高以及重磨因素，一般在可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片的一角上鑲焊1塊CBN刀坯,且通常只做1個刀尖。研究證明，采用純CBN材料制成的刀具在許多情況下并不能獲得{zj0}加工效果。

5、聚晶金剛石(PCD)刀具

聚晶金剛石(PCD)材料具有高硬度、高耐磨性、高導熱性及低摩擦系數(shù)等特點。PCD刀具可以實現(xiàn)有色金屬及耐磨非金屬材料(如石墨和合成材料)的高速、高精度、高穩(wěn)定性加工。據(jù)報導，鑲PCD的鉆頭加工硅鋁合金的切削速度達300～400m/min,PCD與硬質(zhì)合金基體共同燒結而成的復合片鉆頭，用于加工Al合金、Mg合金、復合材料、石墨、粉末冶金坯料，與硬質(zhì)合金刀具相比，刀具壽命提高了65～145倍；采用高強度Al合金刀體的PCD面銑刀的切削速度υc達3000～4000m/min,有的達到7000m/min,適合于汽車零部件成形面的高速加工。

6、性能優(yōu)異的高速鋼和硬質(zhì)合金復雜刀具

高性能鈷高速鋼、粉末冶金高速鋼和整體硬質(zhì)合金材料已成為制造滾刀、剃齒刀、插齒刀等齒輪刀具的主流刀具材料，可用于齒輪的高速切削。用硬質(zhì)合金粉末和高速鋼粉末配制成的新型粉末冶金材料制成的齒輪滾刀，滾切速度可達到150～180m/min。再對其進行TiAlN涂層處理后，可用于高速干切齒輪。