刀具材質(zhì)及加工參數(shù)

關(guān)于刀具材質(zhì)及加工參數(shù)第一頁，共二十九頁，2022年，8月28日有關(guān)刀具材料的一組“名言”好鋼用在刀刃上刀具材料的每一次進(jìn)步幾乎都給機(jī)械加工業(yè)帶來一次革命機(jī)床與刀具材料交替進(jìn)展，成為切削技術(shù)不斷向前發(fā)展的歷史規(guī)律金屬切削的發(fā)展史，從某種意義上說，可歸結(jié)為刀具材料的發(fā)展史第二頁，共二十九頁，2022年，8月28日刀具種類1.刀具分類：(1)按加工方式和具體用途，可分為車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動(dòng)線及數(shù)控機(jī)床刀具和磨具等幾大類型。(2)按所用材料性質(zhì)，可分為高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)刀具和金剛石刀具等;(3)按結(jié)構(gòu)形式，可分為整體刀具、鑲片刀具、機(jī)夾刀具和復(fù)合刀具等;(4)按是否標(biāo)準(zhǔn)化，可分為標(biāo)準(zhǔn)刀具和非標(biāo)準(zhǔn)刀具等。第三頁，共二十九頁，2022年，8月28日第四頁，共二十九頁，2022年，8月28日為了完成切削，除了要求刀具具有合理的角度和適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)外，刀具的材料是切削的重要基礎(chǔ)。在切削過程中，刀具在強(qiáng)切削力和高溫下工作，同時(shí)與切屑和工件表面都產(chǎn)生劇烈的摩擦，因此工作條件極為惡劣。為使刀具具有良好的切削能力，必須選用合適的材料，刀具材料對(duì)加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和加工成本影響極大。2.1刀具材料應(yīng)具備的性能第五頁，共二十九頁，2022年，8月28日1.高的硬度和耐磨性：2.足夠的強(qiáng)度和韌性：3.高的耐熱性：4.良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能：5.良好的工藝性：6.良好的經(jīng)濟(jì)性：2.1刀具材料應(yīng)具備的性能第六頁，共二十九頁，2022年，8月28日上述性能中有些是相互矛盾的(如硬度越高，耐磨性越好的材料的韌性和抗破損能力就越差，耐熱性好的材料韌性也較差)。實(shí)際工作中，應(yīng)根據(jù)具體的切削對(duì)象和條件，選擇最合適的刀具材料。常用的刀具材料

碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石、立方氮化硼等。第七頁，共二十九頁，2022年，8月28日刀具材料的分類：工具鋼：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼；硬質(zhì)合金：普通硬質(zhì)合金、細(xì)顆粒硬質(zhì)合金、微顆粒硬質(zhì)合金；有鎢鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金和鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金。陶瓷：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷；超硬材料：立方氮化硼、金剛石。第八頁，共二十九頁，2022年，8月28日1.碳素工具鋼：碳素工具鋼淬火后具有較高的硬度HRC≈61~65

，而且價(jià)格低廉。但這種材料的耐熱性較差250~300℃

，并且淬火時(shí)容易產(chǎn)生變形和裂紋。常用于制造手工工具和一些形狀較簡(jiǎn)單的低速刀具。

C=0.7~1.4%；T8、T10、T10A、T12等，2.合金工具鋼：在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上，加入適量的合金元素（如Cr，Si，W，Mn等）。與碳素工具鋼相比，其熱處理變形有所減少，耐熱性也有所提高350~400℃

。常用于制造手工工具和一些形狀較簡(jiǎn)單的低速刀具（如拉刀、絲錐、扳牙）。HRC≈61~68目前,生產(chǎn)中所用的刀具材料以高速鋼和硬質(zhì)合金居多。碳素工具鋼(如T10A、T12A)、合金工具鋼(如9SiCr、CrWMn)因耐熱性差，僅用于一些手工或切削速度較低的刀具。第九頁，共二十九頁，2022年，8月28日它是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金鋼。特點(diǎn)：熱處理后硬度可達(dá)62～66HRC,抗彎強(qiáng)度約3.3GPa，有較高的熱穩(wěn)定性、耐磨性、耐熱性。切削溫度在500～650°C時(shí)仍能進(jìn)行切削。應(yīng)用：由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別適合于制造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。為了提高高速鋼的硬度和耐磨性，常采用如下措施來提高其性能：(1)在高速鋼中增添新的元素；(2)用粉末冶金法消除碳化物的偏析并細(xì)化晶粒。2.2高速鋼第十頁，共二十九頁，2022年，8月28日

高速鋼按用途分為通用型高速鋼和高性能高速鋼；按制造工藝不同分為熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。

一、通用型高速鋼1、鎢系高速鋼：W18Cr4V。含W18%、Cr4%、V1%。有較好的綜合性能，在600℃時(shí)其高溫硬度為HRC48.5，刃磨和熱處理工藝控制較方便，可以制造各種復(fù)雜刀具。2、鎢鉬系高速鋼：W6Mo5Cr4V2。含W6%、Mo5%、Cr4%、V2%。碳化物分布細(xì)小、均勻，具有良好的機(jī)械性能，抗彎強(qiáng)度比W18Cr4V高10%～15%，韌性高50%～60%?？勺龀叽巛^大、承受沖擊力較大的刀具；熱塑性特別好，更適用于制造熱軋鉆頭等；磨加工性也好。目前各國(guó)廣為應(yīng)用。第十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日二、高性能高速鋼在通用型高速鋼的基礎(chǔ)上再增加一些含碳量、含釩量及添加鈷、鋁等合金元素。按其耐熱性，又稱高熱穩(wěn)定性高速鋼。在630～650℃時(shí)仍可保持HRC60的硬度，具有更好的切削性能，耐用度較通用型高速鋼高1.3～3倍。適合于加工高溫合金、鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等難加工材料。典型牌號(hào)有高碳高速鋼9W18Cr4V、高釩高速鋼W6Mo5Cr4V3、鈷高速鋼W6MoCr4V2Co8、超硬高速鋼W2Mo9Cr4VCo8等。第十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日三、粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼是用高壓氬氣或純氮?dú)忪F化熔融的高速鋼鋼水而得到細(xì)小的高速鋼粉末，然后再熱壓鍛軋制成。特點(diǎn)：有效地解決了一般熔煉高速鋼時(shí)鑄錠產(chǎn)生粗大碳化物共晶偏析的問題，而得到細(xì)小均勻的結(jié)晶組織，使之具有良好的機(jī)械性能。其強(qiáng)度和韌性分別是熔煉高速鋼的2倍和2.5～3倍；磨削加工性好；物理、機(jī)械性能高度各向同性，淬火變形小；耐磨性提高20%～30%。適用于制造精密刀具、大尺寸(滾刀、插齒刀)刀具、復(fù)雜成形刀具、拉刀等第十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日一、硬質(zhì)合金的特點(diǎn)

硬質(zhì)合金由難熔金屬碳化物(如WC、TiC)和金屬粘結(jié)劑(如Co)經(jīng)粉末冶金法制成。特點(diǎn)：硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性都很高。硬度可達(dá)HRA89～93，在800～1000℃還能承擔(dān)切削，耐用度較高速鋼高幾十倍。當(dāng)耐用度相同時(shí)，切削速度可提高4～10倍。強(qiáng)度和韌性小于高速鋼，僅為0.9～1.5GPa(90～150kgf／mm)、工藝性差，切削時(shí)不能承受大的振動(dòng)和沖擊負(fù)荷。適于制造高速切削刀具。大多數(shù)車刀、端銑刀等均由硬質(zhì)合金制造；2.3硬質(zhì)合金第十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日第十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日

ISO將切削用的WC基硬質(zhì)合金分為三類（P、K、M）1、WC-Co類硬質(zhì)合金（YG）K類

由WC和Co組成。硬度為HRA89～91.5，抗彎強(qiáng)度為1.1～1.5GPa(110～150kgf／mm2)。有粗晶粒、中晶粒、細(xì)晶粒、超細(xì)晶粒之分。一般為中晶粒組織，牌號(hào)：YG6、YG8、YG3X、YG6X，其中數(shù)字是含鈷量的百分?jǐn)?shù)，X代表細(xì)晶粒。含鈷少時(shí)硬度高，耐熱、耐磨性好，但脆性增加。反之抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度高。特點(diǎn)：細(xì)晶粒硬質(zhì)合金在含鈷量相同時(shí)比中晶粒的硬度、耐磨性要高些，但抗彎強(qiáng)度、韌性則低些。應(yīng)用：較適于加工短切屑的硬、脆鑄鐵、有色金屬和非金屬材料。含鈷量高的用于粗加工。第十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日2、WC-TiC-Co類硬質(zhì)合金（YT）P類

除WC外，還含5%～30%的TiC。硬度和耐磨性提高，但抗彎強(qiáng)度，特別是沖擊韌性顯著降低。其硬度為HRA89.15～92.5，其抗彎強(qiáng)度則為0.9～1.4GPa(90～140kgf／mm2)。牌號(hào)：有YT5、YT14、YT15、YT30等，數(shù)字為TiC的含量百分?jǐn)?shù)，其相應(yīng)的鈷含量為10%、8%、6%、4%，TiC含量提高，Co含量降低，特點(diǎn)：此類合金有較高的硬度和耐磨性，特別有高的耐熱性，抗粘結(jié)擴(kuò)散能力和抗氧化能力好；但抗彎強(qiáng)度、磨削性和導(dǎo)熱系數(shù)下降，低溫脆性大、韌性差。應(yīng)用：適于加工鋼料。不宜用于加工不銹鋼和鈦合金。因YT中的鈦元素和工件中的鈦元素之間的親合力會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重粘刀現(xiàn)象，在高溫切削及摩擦系數(shù)大的情況下會(huì)加劇刀具磨損。第十七頁，共二十九頁，2022年，8月28日3、WC-TiC-TaC－Co類硬質(zhì)合金（YW）M類在YT類中加入TaC(NbC)可提高其抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖擊韌性、高溫硬度和抗氧化能力、耐磨性等。常用的牌號(hào)有YW1和YW2。應(yīng)用：既可用于加工鑄鐵及有色金屬，也可加工鋼。因而又有通用硬質(zhì)合金之稱。含鈷量高時(shí)強(qiáng)度和沖擊韌度高，可用于粗加工和斷續(xù)切削；含鈷量低，耐磨性、耐熱性好，用于半精加工和精加工。

第十八頁，共二十九頁，2022年，8月28日4、TiC基硬質(zhì)合金（YN）以TiC為主要成分用Ni和Mo作粘結(jié)劑的TiC－Ni－Mo合金特點(diǎn)：硬度高，高耐磨性，較高的耐熱性和抗氧化能力，化學(xué)穩(wěn)定性好，抗粘結(jié)能力強(qiáng)，刀具耐用度高。應(yīng)用：可以加工鋼和鑄鐵，主要用于鋼連續(xù)表面的精加工和半精加工第十九頁，共二十九頁，2022年，8月28日第二十頁，共二十九頁，2022年，8月28日涂層刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體或高速鋼刀具基體上，涂覆一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物而制成的。涂層硬質(zhì)合金一般采用化學(xué)氣相沉積法，沉積溫度在1000℃左右；涂層高速鋼刀具一般采用物理氣相沉積法，沉積溫度在500℃左右。

常用的涂層材料有TiC、TiN、Al2O3等。涂層厚度：硬質(zhì)合金為4～5μm，表層硬度可達(dá)HV2500～4200；高速鋼為2μm，表層硬度可達(dá)HRC80。

2.4涂層刀具第二十一頁，共二十九頁，2022年，8月28日涂層刀具特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：高的耐磨性和抗月牙洼磨損能力；有低的摩擦系數(shù)，可降低切削時(shí)的切削力及切削溫度，可提高刀具耐用度(提高硬質(zhì)合金刀具耐用度1～3倍，高速鋼刀具耐用度2～10倍)。缺點(diǎn)：鋒利性、韌性、抗剝落性、抗崩刃性差及成本昂貴的問題。

第二十二頁，共二十九頁，2022年，8月28日1、TiC涂層：硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削時(shí)能產(chǎn)生氧化鈦膜，減小摩擦及刀具磨損。2、TiN涂層：在高溫時(shí)能產(chǎn)生氧化膜，與鐵基材料摩擦系數(shù)較小，抗粘結(jié)性能好，并能有效降低切削溫度。3、TiC—TiN復(fù)合涂層：第一層涂TiC，與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂TiN,減少表面層與工件間的摩擦。4、TiC-Al203復(fù)合涂層：第一層涂TiC,與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂Al203可使刀具表面具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性能。目前單涂層刀片已很少應(yīng)用，大多采用TiC-TiN復(fù)合涂層或TiC-Al2O3-TiN三復(fù)合涂層。

第二十三頁，共二十九頁，2022年，8月28日一、陶瓷※陶瓷：以氧化鋁（Al2O3）或以氮化硅（Si3N4）為基體再添加少量金屬，在高溫下燒結(jié)而成的一種刀具材料。特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：硬度高，耐磨性、耐高溫性能好，有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗氧化性，與金屬的親合力小、抗粘結(jié)和抗擴(kuò)散能力強(qiáng)；缺點(diǎn)：是脆性大、抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，易崩刃，所以使用范圍受到限制；應(yīng)用：可用于鋼、鑄鐵類零件的車削、銑削加工。高速切削加工的精加工階段。2.5其它刀具材料第二十四頁，共二十九頁，2022年，8月28日二、金剛石※金剛石：碳的同素異形體，在高溫、高壓下由石墨轉(zhuǎn)化而成，是目前人工制造出的最堅(jiān)硬物質(zhì)。特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：硬度高，耐磨性好，刀具耐用度比硬質(zhì)合金可提高幾倍到幾百倍。切削刃口鋒利，刃部表面摩擦系數(shù)較小，不易產(chǎn)生粘結(jié)或積屑瘤，加工冷硬現(xiàn)象較少，很適于精密加工。缺點(diǎn)：熱穩(wěn)定性差，切削溫度不宜超過700～800℃；強(qiáng)度低、脆性大，對(duì)振動(dòng)敏感，只宜微量切削，與鐵有強(qiáng)烈的化學(xué)親合力，不能用于加工鋼鐵材料。第二十五頁，共二十九頁，2022年，8月28日二、金剛石（C）

應(yīng)用：目前主要用于磨具及磨料，可用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷、高硅鋁合金及耐磨塑料等高硬度、高耐磨的材料，可用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷等硬度達(dá)65～70HRC的材料。也可用于加工高硬度的非金屬材料，如石材、壓縮木材、玻璃等，還可加工有色金屬，如鋁硅合金材料以及復(fù)合難加工材料的精加工或超精加工。用作刀具材料時(shí)，多用于在高速下精細(xì)車削或鏜削有色金屬及非金屬材料。加工鋁合金、銅合金時(shí)，切速可達(dá)800～3800m／min。第二十六頁，共二十九頁，2022年，8月28日三、立方氮化硼（CBN）※立方氮化硼：是一種人工合成的新型刀具材料，它由六方氮化硼在高溫、高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)化而成。特點(diǎn)：屬于超硬材料(HV8000～9000)，硬度極高但韌性極差，很高的硬度及耐磨性，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)惰性大，與鐵系金屬在1300℃時(shí)不易起化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)熱性好，摩擦系數(shù)低。應(yīng)用：因此可勝任高溫合