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常用机加工刀具材料

来源:未知2022-11-14
     常用刀具材料从软到硬一般是高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼(CBN)、金刚石等。


高速钢:

      又名风钢或锋钢,又称白钢。意思是淬火时即使在空气中冷却也能硬化,并且很锋利。它是一种成分复杂的合金钢,含有钨、钼、铬、钒、钴等碳化物形成元素。合金元素总量达10~25%左右。它在高速切削产生高热情况下(约500℃)仍能保持高的硬度,HRC能在60以上。高速钢由于红硬性好,常用于制造各种切削工具。
      钨系和钼系高速钢经正确的热处理后,洛氏硬度能达到63HRC以上,钴系高速钢在65HRC以上。


硬质合金:

      由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能,特别是它的高硬度和耐磨性,即使在500℃的温度下也基本保持不变,在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金刀具比高速钢切削速度高4~7倍,刀具寿命高5~80倍。制造模具、量具,寿命比合金工具钢高20~150倍。可切削50HRC左右的硬质材料。但硬质合金脆性大,不能进行切削加工,难以制成形状复杂的整体刀具,因而常制成不同形状的刀片,采用焊接、粘接、机械夹持等方法安装在刀体或模具体上使用。
      硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能,特别是它的高硬度和耐磨性,即使在500℃的温度下也基本保持不变,在1000℃时仍有很高的硬度。




涂层硬质合金:

      涂层硬质合金刀具是在强度和韧性较好的硬质合金基体表面上,利用气相沉积方法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物(也可涂覆在陶瓷、高速钢、金刚石和立方氮化硼等超硬材料刀片上)而获得的。涂层作为一个化学屏障和热屏障,减少了刀具与工件间的扩散和化学反应,从而减少了月牙槽磨损。涂层刀片切削时可比未涂层刀具提高刀具寿命3~5倍以上,提高切削速度20%~70%,提高加工精度0.5~1级,降低刀具消耗费用20%~50%。因此,涂层刀具已成为现代切削刀具的标志,在刀具中的使用比例已超过50%。目前,切削加工中使用的各种刀具,包括车刀、镗刀、钻头、铰刀、拉刀、丝锥、螺纹梳刀、滚压头、铣刀、成形刀具、齿轮滚刀和插齿刀等都可采用涂层工艺来提高它们的使用性能。
      涂层硬质合金刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦因数小和热导率低等特性。



金属陶瓷:

     工业用金属陶瓷材料具有复杂的化学成分。这种刀具材料是在TiC-TiN基体中加入作为结合剂的二次碳化物(如WC、Mo2C、TaC和Co-Ni)制成的。商品化的金属陶瓷材料硬度很高,并具有可与硬质合金媲美的强度和韧性。随着金属陶瓷性能的不断改进,它已成为一种很受欢迎的金属切削刀具材料。陶瓷适用于各种钢件和铸铁件的中等负荷加工、半精加工和精加工。金属陶瓷刀具具有出色的切削性能,可以切削加工各类钢铁材料,适用于车削、铣削和端面铣削等加工方法。 
     金属陶瓷兼有金属和陶瓷的优点,它密度小、硬度高、耐磨、导热性好,不会因为骤冷或骤热而脆裂。另外,在金属表面涂一层气密性好、熔点高、传热性能很差的陶瓷涂层,也能防止金属或合金在高温下氧化或腐蚀。金属陶瓷既具有金属的韧性、高导热性和良好的热稳定性,又具有陶瓷的耐高温 、耐腐蚀和耐磨损等特性。



陶瓷刀:

      陶瓷刀具与传统刀具相比,优点有:具有良好的耐磨性;不仅可以进行精加工,也可以进行冲击力很大的加工;切削时不易发生粘黏的现象,因此在相同条件下的损耗会比较低;具有较优的耐用性能;具有耐高温的特点;制作材料是一些较为常见的元素,可以有效的节约重要金属的使用。纯度较高的陶瓷刀具一般是用来切割铸铁等高硬度的金属,将陶瓷刀具进行强化之后,其切削性能愈发突出,可以用来切割各种烙铁和钢材。
      陶瓷刀具的耐磨性很好,其耐磨性是金属刀的60倍。陶瓷刀具的化学稳定性更强,一般不会与酸碱发生反应,也会因沾水而氧化生锈变色。陶瓷刀具具有耐高温、红硬性好等优点,可以在1200摄氏度下连续切削,其切削速度比硬质合金刀具的切削速度高很多,切削效率是传统刀具的3-10倍。


 

立方氮化硼(CBN):

     立方氮化硼磨具的磨削性能十分优异,不仅能胜任难磨材料的加工,提高生产率,且有利于严格控制工件的形状和尺寸精度,还能有效地提高工件的磨削质量,显著提高磨后工件的表面完整性,因而提高了零件的疲劳强度,延长了使用寿命,增加了可靠性,再加上立方氮化硼磨料生产过程在能源消耗和环境污染方面比普通磨料生产为好,所以,扩大立方氮化硼磨具的生产和应用是机械应用是机械工业发展的必然趋势。立方氮化硼作为一种超硬刀具材料,可用于加工钢、铁等黑色金属,特别是加工高温合金、火钢和冷硬铸铁等难加工材料,它还非常适合数控机床加工。
     立方氮化硼具有很高的硬度、热稳定性和化学惰性,以及良好的透红外形和较宽的禁带宽度等优异性能,它的硬度仅次于金钢石,达8000~9000HV。抗弯强度和断裂韧性介于硬质合金和陶瓷之间;热稳定性大大高于人造金刚石,在1300℃时仍可切削。具有很高的抗氧化能力,在1000℃时也不产生氧化现象。对铁系金属元素有较大的化学稳定性,与铁系材料在1200至1300℃高温时也不易起化学作用,但在1000℃左右时会与水产生水解作用,造成大量CBN被磨耗。



金刚石:

     金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨胀系数,以及与非铁金属亲和力小等优点。
     天然金刚石刀具主要用于紫铜及铜合金和金、银、铑等贵重有色金属,以及特殊零件的超精密镜面加工。但其结晶各向异性,刀具价格昂贵。刀具寿命为硬质合金(WC基体)刀具的10~500倍。 
     人造聚晶金刚石复合片(PDC)性能和应用接近PCD刀具,主要用在有色金属、硬质合金、陶瓷、非金属材料、复合材料等切削加工,逐渐替代硬质合金刀具。 
     金刚石很难被一般的低熔点焊料合金所浸润。可焊性极差,难以制作复杂几何形状刀具,故不能应用在高速铣削中。金刚石涂层刀具可以应用于高速加工,原因是除了金刚石涂层刀具具有优良的机械性能外,金刚石涂层工艺能够制备任意复杂形状铣刀,用于高速加工如铝钛合金航空材料和难加工非金属材料如石墨电极等。
 
 

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