1常用刀具材料介紹修改后

1、第一章常用刀具材料介紹一. 刀具材料的基本性能在切削過程中，刀具切削部分是在很大的切削力、較高的切削溫度及劇烈摩擦等條件不 工作的，同時(shí)，rti于切削余呈和工件材質(zhì)不均勻或切削時(shí)形不成帶狀切屑，還伴隨沖擊和振 動，因此刀具切削部分的材料應(yīng)具備以下幾方而的性能：1. 高的硬度刀貝材料的硬度必須高于工件材料的硬度，以便切入工件。一般常溫吋 硬度在60hrc以上，對某些難切除材料，刀具的硬度要求在hrc65以上。2. 高的耐磨性刀具在切削加工屮經(jīng)受劇烈摩擦，要求芄磨損要小，通常刀具材料的 硬度越高，耐磨性越好。3. 高的耐熱性耐熱性(又稱紅硬性)是指刀具在高溫下能夠保持其硬度的性能。它 是衡量刀只材

2、料切削性能的主要指標(biāo)。4. 足夠的強(qiáng)度和韌性在切削過程屮，刀具要經(jīng)得起所承受的各種應(yīng)力和沖擊，才能 防止刀具的崩刃或脆性斷裂。5. 良好的工藝性刀具材料應(yīng)具備ft好的可加工性和墊處理性。此外，還應(yīng)考慮到刀具材料的經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)性差的刀m材料難以推廣使用。二. 刀具材料的種類及選用常川的刀具材料宥碳素工具鋼、合金工具鋼、髙速鋼、硬質(zhì)合金及陶瓷材料等，其屮應(yīng) 用最多的是高速鋼和硬質(zhì)合金。1. 碳素工具鋼碳素工具鋼是指含碳雖為0. 65%-1. 35%的優(yōu)質(zhì)高碳鋼，淬火硬度可 達(dá)hrc6065。刀具刃磨時(shí)容易達(dá)到鋒利，價(jià)格低廉。這類鋼由于耐熱性很差(200-250°c),允許的切削速度很低(

3、vlom/min),只適立做一些低速手動工其，如 板牙、手工鋸條、銼刀等。常用的牌號是t7a、t8at13a等。2. 合金工具鋼合金工具鋼是指含鉻、鎢、硅、錳等合金元素的低碳合金鋼。其碳 的質(zhì)s分?jǐn)?shù)為0.85% 1.5%,合念元素的總質(zhì)fi分?jǐn)?shù)迕5%以下。合念工具鋼冇較高的耐 熱性(300-400°c),可以允許有較商的切削速度下工作；此外這類鋼淬透性較好，熱處 理變形小，耐磨性較好，因此可以用于截而積較人要求熱處理變形較小，對耐磨性及韌 度有一定要求的低速切削刀其，如板牙、絲錐、鉸刀、拉刀等。以上兩種材料作為刀其 使用的較少。最常用的牌號柯9sicr、crwmn等。3. 高速鋼高速

4、鋼乂稱鋒鋼、白鋼、鎢鋼。是-種加入了較多鎢、鉬、鉻、釩等合 金7c素的高合金工其鋼。它的耐磨性、熱硬性都比前兩者明顯提高，熱硬性溫度可達(dá) 550600°c。高速鋼允許的切削速度遠(yuǎn)不及硬質(zhì)合金，但由于其抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性比 硬質(zhì)合金高，而且有切削加工方便、刃磨容易、可以鑄造及熱處理等優(yōu)點(diǎn)，所以常用來 制造形狀復(fù)雜的刀其，如絲錐、鉆頭、拉刀、銑刀齒輪刀具等。常用的牌號有w18cr4v、 w6mo5cr4v2 等。高速鋼的性能高速鋼性能知識點(diǎn) 具有較高的強(qiáng)度和韌性 良好的耐磨性 紅硬性為600。c 允許切削速度ve=2530m/min 良好的制造工藝性 可獲得鋒利的刀刃(鋒鋼之稱) 加工范

5、圍較大：鑄鐵、有色金屬、鋼商速鋼按其用途和性能可分為通用高速鋼、高性能尚速鋼兩類；按其化學(xué)成份可分為 鎢系高速鋼和鉬系高速鋼兩類。(1) 通用高速鋼通闈高速鋼足指加工一般金屬材料川的高速鋼。常川的奮兩個 品種。1) w18cr4v屬于鎢系高速鋼。其淬火后硬度為hrc6366,凼于它的含釩量低，磨削性能好，熱處理工藝控制方便，在6070年代川得比較普遍。但是它的抗穹強(qiáng)度 與沖擊韌性比鉬系高速鋼差，因而使川壽命短，現(xiàn)在這種髙速鋼很少使川。2) w6mo5cr4v2 屬于鉬系髙速鋼，與w18cr4v相比，淬火硬度與耐磨性相近。它 的抗巧強(qiáng)度、沖擊韌性和a溫塑性較高；似磨削性能差，淬火溫度范圍也狹窄。

6、因它的 使用壽命長、介格低，所以被推廣使用。(2) 高性能高速鋼足在通川高速鋼屮加入一些合金元素，以進(jìn)一步提高它的耐 熱性、耐磨性。這種高速鋼的切削速度可達(dá)50loom/rain,具有比通用高速鋼更高的生 產(chǎn)率與刀具壽命；時(shí)還能切削不銹鋼、耐熱鋼、高強(qiáng)度鋼等難加工材料。1) 高釩髙速鋼(w12cr4v4mo) 這種高速鋼山于含釩(v)、碳(c)量增加，提高 了耐磨性，刀具壽命比通川髙速鋼提高了 24倍，這足它的主要特點(diǎn)。似足。隨著含 釩量的提高(3-5%),使磨削性能變差，刃磨困難，n前較少使用。2) 高碳高速鋼(95w18cr4v)、含鈷高速鋼(w6mo5cr4v2co8 )及含鋁高速鋼（w

7、6mo5cr4v2al）等高速鋼，都是高性能高速鋼，耐磨性、熱塑性等較好，近年來使用 較廣。高速鋼的分類知識點(diǎn)4.硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是科難溶金/,4碳化物（wc、tic）和金屬粘接劑（如co）的粉 末，在高壓下成形，并經(jīng)1500°c的高溫?zé)Y(jié)而成。鈷起粘結(jié)作用。硬質(zhì)合金的硬度為7481. 5hrc,奮較好的耐磨性和熱硬性。硬質(zhì)合金在8001000'c仍然 保持良好的熱硬性，允許切削速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過高速鋼。似其抗彎強(qiáng)度遠(yuǎn)比高速鋼低，承受沖擊 能力差，刃口也不如高速鋼鋒利。硬質(zhì)合金的制造下藝性比較差，w為它的硬度比較高，所 以不能進(jìn)行機(jī)械加工。似足硬質(zhì)合金的加工范圍比較廣，脆性金屬、鋼

8、材、有色金屬等均可 加工，足0前應(yīng)川比較廣的一種刀具材料。高速鋼一普通高速鋼p鎢系髙速鋼：w18cr4v（最常用，刃磨性好） l鉬系高速鋼：w6mo5cr4v2 髙碳髙速鋼：95w18cr4v （含c量為0.95%）-髙性能髙速鋼高釩高速鋼：w6mo5cr4v3 （提高耐磨性） 一鈷高速鋼：w6mo5cr4v2co8 一鋁髙速鋼：w6mo5cr4v2al硬質(zhì)合金知識點(diǎn)廳合 w撤4-81.驚，紅轍加ori（wc，耐磨性優(yōu)良。 午切削min. 脆，大，怕觸麵。容易出醐刃，醐撇工餅。 佛譴i藝脇由預(yù)赦髙，不鵬鵬肛。（1加工范瞰廣。臟材料、鋼材、有色金屬等均可加工。常用硬質(zhì)合金按其化學(xué)成分和使用特性可

9、分為叫類：鎢鈷類（yg）、鎢鈦鈷類（rr）、鎢 欽鉭鈮鈷類（yw）、碳化鈦基類（yn）及涂層硬質(zhì)合金。1）鎢鈷合金類（yg） 這是由wc和co組成的合金。這類硬質(zhì)合金ffl對于鎢鈷欽合 金來說，韌性較好，常用來加工脆性材料（如鑄鐵、青銅等）或沖擊性較大的工件。但由于 它的熱硬性不及鎢鈷鈦類，在64（rc時(shí)嚴(yán)秉粘結(jié)，使刀其磨損，耐用度下降，所以一般不用 于加工塑性材料，如碳鋼等。常用的牌號有yg3x、yg6、yg8等。yg8用于粗加工，yg6 和yg3x用于半精加丄和精加丄。yg3 （粘加t）ym （半粘加t） yos （粗加cow含娬t 韌性t 強(qiáng)度t hrc 1 耐始性i &啲;vr

10、u性i強(qiáng)度i 11 lift_w的件t脆性t2）鎢欽鈷合金類（yt） 這是由wc、tic和co組成的合金。由于在合金中加入了碳 化鈦（tic），從而提高丫合金的耐磨性，但是抗彎強(qiáng)度、磨削性能和導(dǎo)熱系數(shù)行所下降；低 溫脆性較大，不耐沖擊，因此這類合金不適立加工脆性金屬，而適于高速切削一般鋼材。鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金中，常有牌號有yt5、yt14、yt15和yt30。合金屮增加了碳化鈦 的含跫（tic）時(shí)減少了鈷（co）的含量，因而提高了合金的硬度和耐磨性，但抗彎強(qiáng)度 和導(dǎo)熱系數(shù)隨著降低。因些，當(dāng)切削條件比較平穩(wěn)，要求強(qiáng)度和耐磨性高時(shí)，應(yīng)選用tic 含fi較多的牌號：反之，當(dāng)?shù)毒咴谇邢鬟^程中承受沖擊、振

11、動而容易引起崩刃時(shí)，應(yīng)選用 tic含量少的牌號h5 （祖加?。?yi14、h15 （半錯加t）too （精如t）tic禽lilt硬度f耐轎忭t脆性t韌怍各ticvdj硬度*耐舒件*脆件*韌性t3）鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質(zhì)合金（yw）在合金屮加入適量的碳化鉭（tac）或碳化鈮（nbc）稀有難熔金屬碳化物，可提島合金的0溫硬度、強(qiáng)度、耐磨性、粘結(jié)溫度和抗氧化性，同吋韌性也有所增加，具有較好的綜合切削性能，人們稱之為“萬能合金”，似是這類 合金的價(jià)格比較貴，所以主要川于加工難切削材料。4）碳化基類硬質(zhì)合金（yn） 它足由碳化鈦?zhàn)鳛橛操|(zhì)相，錁、鉬作為膠結(jié)劑而組成的, 所以硬度高達(dá)hra9095,有高的耐磨

12、性，并m有較高的切削性能，在iooctc以上高溫卜， 它仍能進(jìn)行切削加工，因此它能采用較高的切削速度（300400/min），適合對較高硬度的 合金鋼、工其鋼、淬硬鋼進(jìn)行連續(xù)切削的精加工5）涂層硬質(zhì)合金足60年代開始出現(xiàn)的，它足采川化學(xué)氣相沉積法或其它方法，在硬 質(zhì)合金表而涂覆約35mn耐磨的難熔金屬化合物，可提高刀片的綜合切削性能，與普通刀 片相比，壽命可提高14倍。刀其的涂層技術(shù)在現(xiàn)代切削加工和力異發(fā)展中產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的 影響，涂層刀具己經(jīng)成為現(xiàn)代7jm的標(biāo)志，目前，在國外涂層刀具el達(dá)70%以上，而國內(nèi)涂 層刀具的使用也越來越多。硬質(zhì)合金是用的較多的一種刀m材料。常用的硬質(zhì)合金材料的牌號的選

13、用可見表3-1。表1-1常用硬質(zhì)合金牌號的選用牌號用途yg3鑄鐵、有色金屬及其合金的精加工、半精加工。要求切削量不承受沖擊載荷。yg6x鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工、半精加工。yg6鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工與粗加工。yg8鑄鐵、存色金屬及其合金的粗加工：也能用于斷續(xù)切削。yt30碳素鋼、合金鋼的精加工。yt15碳素鋼、合金鋼連續(xù)切削時(shí)的粗加工、半精加工及精加工，也可川yt14于斷續(xù)切削時(shí)的精加工。yt5碳素鋼、合金鋼的粗加工，可川于斷續(xù)切削。yw1不銹鋼。高強(qiáng)度鋼與鑄鐵的半精加工與精加工。yw2不銹鋼、高強(qiáng)度鋼與鑄鐵的粗加工與半精加工。yn05低碳鋼、中碳鋼、合金鋼的高速精車、工藝

14、系統(tǒng)剛性較好的細(xì)長軸 精加工。yn10碳鋼、合金鋼、工具鋼、淬硬鋼連續(xù)表而的精加工。5. 陶瓷它的主要成份是氧化鋁（a12o3），刀具用陶瓷一般是以氧化鋁為難本成分的 陶瓷，是在高溫下燒結(jié)而成的。艽硬度可達(dá)9195hra，耐磨性比硬質(zhì)合金高i 兒倍，適于 加工冷硬鑄鐵和淬硬鋼；在1200°c高溫下仍能切削，高溫硬度討達(dá)80 hra, /十:540°c時(shí)為 90hra,切削速度比硬質(zhì)合金高210倍；具有&好的抗粘性能，使它與多種金屬的親和力 ??；化學(xué)穩(wěn)定性好，即使在融化時(shí)，與鋼也不起相互作用；抗氧化能力強(qiáng)。但缺點(diǎn)是脆性大、 抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性低、導(dǎo)熱性差。當(dāng)前用的較多

15、的是純氧化鋁陶瓷（俗稱白陶瓷）和氧化鋁一碳化鈦混合陶瓷（俗稱黑陶瓷）。 超硬刀具材料超硬刀具材料是金剛石和立方氮化硼的統(tǒng)稱，用于超精加工及硬脆材料的 加工。它們可用來加工任何硬度的工件材料，包括淬火硬度達(dá)6567hkc的工具鋼，冇很好 的切削牲能，切削速度比硬質(zhì)合金刀具提高1020倍，且切削時(shí)溫度低。加工超硬材料時(shí), 工件表面粗糙度的位很小，甚至可部分代替磨削加工，經(jīng)濟(jì)效益顯著提菇。陶瓷刀具還可以 實(shí)現(xiàn)干切削，從而省去了切削液。陶瓷刀具材料知識點(diǎn)陶瓷材料的優(yōu)點(diǎn) 可加工硬度高達(dá)hrc65的高硬度難加工材料； 可用于扒荒粗車及銑、刨等大沖擊間斷切削; 耐用度提高幾倍至幾十倍； 切削效率提高310倍

16、，可實(shí)現(xiàn)以車、統(tǒng)代6. 金剛石刀具（pcd） 金剛石具有極高的硬度，比硬質(zhì)合金及陶瓷的硬度高幾倍， 是至今為止已發(fā)現(xiàn)的最硬材料。磨削吋金剛石的研磨能力很強(qiáng)，耐磨性比一般砂輪高100 200倍，且隨著工件材料硬度增大而提高。金剛石具冇很高的導(dǎo)熱性，切削刃可刃磨得非常 鋒利，被加工表iftf粗糙度值小，對在納米級穩(wěn)定切削。金剛石刀具具冇較低的摩擦系數(shù)，保 證較好的丄件質(zhì)量。但人造金剛石脆性大、抗沖*能力差，對振動敏感，耍求機(jī)床精度高、 平穩(wěn)性好。金剛石刀具主要川于高速精細(xì)車削或鏜削各種冇色金屬及k合金，也町加工各種非金屬 材料。但由于金剛石刀具的耐熱性較差，并.f1與鐵元素具冇較強(qiáng)的親和力，因此金

17、剛石刀具 一 般不適合于加工鐵系金屬加工。7. 立方氮化硼刀具（cbn） 立方氮化硼刀具的硬度及耐磨性，僅次于金剛石；熱穩(wěn) 定性比金剛石高1倍，討高速切削高溫合金，切削速度比硬質(zhì)合金高35倍；有優(yōu)良的化 學(xué)穩(wěn)定性，適于加工的工件材料有硬度在hrc45以上的淬硬鋼和耐磨鑄鐵；導(dǎo)熱性比金剛 孖差但比其他材料高得多，抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性介于硬質(zhì)合金和陶瓷之間。用cbn刀再， 可加工以前只能用磨削方法加工的特種鋼，它還非常適合數(shù)控機(jī)床加工。各種刀具材料的物理力學(xué)性能見表3-2。表1-2各種刀具材料的物理力學(xué)性能材料種類相對密度或硬度/hrc抗彎強(qiáng)度沖擊韌性 ak/熱導(dǎo)率入/耐熱性/°c切削速度

18、密度 / （g/cni3）（hrv）<hv>o bb/gpa（mj/m2）<w/ （m. k） >大致比值工具鋼碳素工具 鋼7. 67. 860 65（81. 284）2. 1641.872002500. 320.4合金工具 鋼7. 7-7. 960 65（81. 284）2.35&41. 873004000. 480.6高速鋼8.08. 863 70（8386. 6）1.964. 410. 0980.58816. 75 25. 15506001 1. 2硬質(zhì)合金鎢鈷類14. 315. 3（8991. 5）1.08 2. 160.019 0. 05975. 48

19、7.98003. 28鎢鈦鈷類9. 3513. 2（8992. 5）0. 8821.370. 0029 0. 006820. 962.890044. 8含有碳化鍆、鈮類-（92）1.47*1000 1100610碳化鈦基 類5. 566. 3（9293. 3）0. 781.08*1100610陶瓷氧化鋁陶 瓷3. 64. 7（9195）0. 440. 6860. 0049-0.01174. 19 20. 931200812氧化鋁碳 化物混合陶 瓷0.71 0.881100610氧化硅陶3.2650000. 7350.8337.681300超硬材料立方鉍化 硼3. 443. 49<8009

20、000. 29475. 551400 1500人造金鋼 石3. 473. 56<100000.21 8146.5470080025三.刀具材料選用的案例分析 （一）.淬火鋼的加工案例與刀具選用1. 淬火鋼的特點(diǎn)淬火鋼是指金屬經(jīng)過淬火后，組織為馬氏體，硬度大于hrc50的鋼。它屬于難切削材 料。加丄淬火鋼的傳統(tǒng)方法是磨削，但是為了提高生產(chǎn)效率，解決丄件形狀s雜而不能磨削 和淬火后產(chǎn)生形狀和位置誤差問題，所以就需采用車削、銑削等切削加工方法。2. 淬火鋼切削時(shí)的特點(diǎn)（1）.淬火鋼硬度高、強(qiáng)度也高，基本沒有塑性；（2）.切削力大，切削溫度高；（3）.因?yàn)榇阌蹭撚捕雀摺⒋嘈源?，所以切削時(shí)不易產(chǎn)生

21、積屑瘤，并可獲得較低的表面 粗糙度；（4）jj刃易崩碎，易磨損；（5）.導(dǎo)熱系數(shù)低，其導(dǎo)熱系數(shù)約為啓通45號鋼的1/7。3. 切削淬火鋼刀具材料的選擇合理選擇刀具材料，是切削加工淬火鋼的重要條件。根據(jù)淬火鋼的切削特點(diǎn)，刀具材料 不僅要冇高的硬度、耐磨性、耐熱性，而k要冇一定的強(qiáng)度和導(dǎo)熱性，我們從下ifti幾方則來 分析和選擇。（1）.采用硬質(zhì)合金刀具材料為了改善硬質(zhì)合金的性能，在選擇硬質(zhì)合金吋，應(yīng)優(yōu)先 選擇加入適s tac和nbc的超細(xì)微粒的硬質(zhì)合金，因?yàn)樵趙c-co類硬質(zhì)合金中中加入tac 以后，可將原來的800高溫強(qiáng)度提高150300mpa,常溫硬度提島hv40100,所以在硬質(zhì)合 金的刀

22、具材料屮可選用鈣鈦鉭（鈮）鈷類和碳化碳基類，常用的牌號有yn05、ynio等。（2）.采用陶瓷刀具加工因陶瓷刀具硬度及耐磨性較切削時(shí)不粘刀，不稃易產(chǎn)生 積屑瘤，可以獲得較低的表面粗糙度和尺寸穩(wěn)定性，佴由于陶瓷力具脆性人，抗彎強(qiáng)度低, 在切削淬火鋼吋易崩刃，所以制約了陶瓷力具的使川范圍。（3）.立方氮化硼復(fù)合刀片，它的硬度為hv80009000,復(fù)合抗變強(qiáng)度為9001300mpa， 異熱性比較高，耐熱性為14001500'c，是刀具材料屮最高的，它十分適合于淬火鋼的精 加工，還可實(shí)現(xiàn)難加工材料的以車代磨的精加工，加工后零件的表面粗糙度及尺寸精度都比 較理想。綜上所述，切削淬火鋼最好的刀具

23、材料是立方鉍化側(cè)，其次足陶瓷力具，再其次是鎢鈦 鉭（鈮）鉆類及碳化鈦基類硬質(zhì)合金刀具。（二）.冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵加工案例與刀具選用1. 冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵的切削加工特點(diǎn)（丨）.冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵是典型的硬脆材料，表面硬度比較高，粗加工時(shí)，單位 切削力達(dá)到3000mpa，強(qiáng)烈的沖擊極易引起振動，加劇刀具的磨損。（2）.有些冷硬鑄鐵結(jié)構(gòu)尺寸人，加工余景也人，為了提高生產(chǎn)效率，切削吋采用較人 的切削速度和進(jìn)給量，所以對刀具的強(qiáng)度和工藝系統(tǒng)的剛性都要求較高。（3）.冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵異有高硬度和較高的熱強(qiáng)度，特別是人件切削，刀異連 續(xù)工作吋間長，從而使刀具的溫度提高，容易出現(xiàn)刀體變形或

24、焊接刀片開焊的現(xiàn)象，使刀其壽命降低。(4) .冷硬鑄鐵表s組織為白n，性質(zhì)硬而脆，當(dāng)?shù)秏切入或切出吋，容易fh現(xiàn)崩邊現(xiàn) 象，造成工件報(bào)廢或損壞刀具。(5) .大多數(shù)冷硬鑄件毛坯表而加工余量不均勻，或其表層存有氣孔、砂眼等鑄造缺陷, 使切削吋沖擊較大，造成刀其經(jīng)常崩刃，甚到出現(xiàn)“扎到”現(xiàn)象。(6) .冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵的切屑旦碎狀，jiw切削時(shí)瞬時(shí)溢度很高，造成高溫鐵 屑飛濺。2. 切削冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵時(shí)刀具材料的選擇合理選擇刀具，是切削加工冷硬鑄鐵和耐磨合金鑄鐵必須考慮的m題，因?yàn)榈毒卟牧喜?但要有一定的硬定，要有較好的耐磨性，還要考慮切削刀其耐沖擊的強(qiáng)度和韌性，我們從下 面幾個方面來進(jìn)行分析和選擇。(1) .采用硬質(zhì)合金刀具材料現(xiàn)在大部份中小企業(yè)仍然在用焊接合金刀尖，如yg6、 y