金剛石刀具知識(shí)點(diǎn)分析

刀具根底學(xué)問(wèn)一、刀具材料應(yīng)具備的性能；A，高的硬度和高耐磨性硬度是刀具材料應(yīng)具備的根本特性耐磨性是指材料抗拒磨損的實(shí)力。B，足夠的強(qiáng)度和韌性1.強(qiáng)度是刀具材料抗拒破壞的實(shí)力2，韌性是指材料發(fā)生斷裂時(shí)外界做功的大小。高的耐熱性和熱傳性良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性1〕切削性能目前刀具材料分四大類：工具鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷及超硬刀具材料等。常用的刀具材料一、工具鋼1.碳素工具鋼碳素工具鋼是含碳量為0.65％～1.3％的優(yōu)質(zhì)碳素鋼。常用的鋼號(hào)有T7A、T8A等。耐熱溫度：200℃～300℃。2.合金工具鋼1868，英國(guó)的穆舍特制成含鎢的合金工具鋼。在碳素工具鋼中參與適當(dāng)?shù)脑劂t〔Cr〕、硅常用的合金工具鋼有9CrSi，CrWMn等〔Si〕、錳〔Mn〕、釩〔V〕、鎢〔W〕等煉成的。耐熱溫度：325℃～400℃。主要用于制造瘦長(zhǎng)的或截面積大、刃形困難的刀具。二，高速鋼高速鋼是一種富含鎢〔W〕、鉻〔Cr〕、鉬〔Mo〕、釩〔V〕等元素的高合金工具鋼。美國(guó)的F.W.泰勒和M.懷特于1898創(chuàng)制的。含碳量一般在0.70～1.65％之間。耐熱溫度：500℃～650℃。高速鋼的抗彎強(qiáng)度是硬質(zhì)合金的3～5倍，沖擊韌性是硬質(zhì)合金的6～10倍一般高速鋼〔HSS〕鎢系高速鋼：W18Cr4V(W18)具有較好的綜合性能，可制造困難刃型的刀具。但由于鎢是稀有金屬，如今很少運(yùn)用。鎢鉬系高速鋼：W6Mo5Cr4V2(M2)M2的碳化物顆粒小，分布勻整，具有較高的抗彎強(qiáng)度、塑性、韌性和耐磨性。又因?yàn)殂f的存在，使其熱塑性特別好。2.高性能高速鋼〔HSS-E〕高性能高速鋼是在一般高速鋼中增加一些碳、釩及添加鈷〔Co〕、鋁等元素的新鋼種。鈷高速鋼：W2Mo9Cr4VCo8(M42)一種含鈷的超硬高速鋼，常溫硬度67HRC-69HRC，具有良好的綜合性能。鋁高速鋼：W6Mo5Cr4V2Al在M2的根底上加Al、增C，進(jìn)步了鋼的耐熱性和耐磨性。在600℃時(shí)的硬度能到達(dá)54HRC，其切削性能較好，應(yīng)用廣泛。3.粉末冶金高速鋼〔HSS-PM〕粉末冶金高速鋼是把煉好的高速鋼液，在疼惜性氣罐中，在高壓氬氣或純氮?dú)獾榷栊詺怏w中霧化成細(xì)小粉末，并在高速冷卻下獲得細(xì)小而勻整的結(jié)晶組織，然后將粉末在高溫高壓下壓制成致密的鋼坯，最終用一般鍛造或軋制方法成形。其碳化物顆粒小、分布勻整，有良好的各向同性的力學(xué)性能，熱處理變形小，耐磨性和可磨性好。用于制造各種困難形態(tài)的高性能刀具、精細(xì)刀具；該種鋼的冶煉本錢高，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少。三，硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是以碳化鎢(WC)，碳化鈦(TiC)粉末為主要成分，并以鈷、鉬、鎳(Ni)為粘結(jié)劑在真空爐或氫氣復(fù)原爐中燒結(jié)而成的粉末冶金制品。1923，德國(guó)的施勒特爾往碳化鎢粉末中參與10％～20％的鈷做粘結(jié)劑，創(chuàng)立了碳化鎢和鈷的新合金，硬度僅次于金剛石。這是世界上人工制成的第一種硬質(zhì)合金。〔1〕硬度高；常溫硬度達(dá)89～94HRA一般狀況下，硬度越高者可允許的切削速度越高，而韌性越高者可承受的切削力越大?！?〕耐熱性好；〔3〕抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性比高速鋼低；〔4〕可加工性差。耐熱溫度：800℃～1000℃。一般硬質(zhì)合金K類硬質(zhì)合金(鎢鈷類，標(biāo)準(zhǔn)YG類)這類硬質(zhì)合金的成分為90％～97％的碳化鎢加上3％～10％的鈷。YG3X----碳化鎢〔WC〕97％、鈷〔Co〕3%YG8C----碳化鎢〔WC〕92％、鈷〔Co〕8%主要用于加工鑄鐵、非鐵材料和非金屬材料。P類硬質(zhì)合金(鎢鈦鈷類，標(biāo)準(zhǔn)YT類這類硬質(zhì)合金的成分為5％～40％的碳化鈦，其余均為碳化鎢和鈷。YT5----碳化鈦〔TiC〕5％、碳化鎢〔WC〕85％、鈷〔Co〕10%YT30----碳化鈦〔TiC〕30％、碳化鎢〔WC〕66％、鈷〔Co〕4%主要用于加工以鋼為代表的塑性材料，不宜加工不銹鋼和鈦合金M類硬質(zhì)合金(鎢鈦鉭〔鈮〕類，標(biāo)準(zhǔn)YW類)硬質(zhì)合金的成分：5％～10％碳化鈦〔TiC〕加上碳化鉭TaC(NbC)，其余均為碳化鎢〔WC〕和鈷〔Co〕。國(guó)內(nèi)常用的牌號(hào)為YW1、YW2等。既可以加工鑄鐵、非鐵材料，也可以加工鋼材，稱為通用硬質(zhì)合金。碳化鉭(TaC)或碳化鈮(NbC)的作用：進(jìn)步合金的高溫硬度及高溫強(qiáng)度；及鋼的粘結(jié)溫度較高，減緩了合金成分向鋼中擴(kuò)散，延長(zhǎng)刀具壽命；在合金中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)到達(dá)12％～15％時(shí)，可進(jìn)步抗拒周期性溫度變更的實(shí)力，防止產(chǎn)生裂紋；改善合金的焊接、刃磨工藝性，進(jìn)步合金的運(yùn)用性能。涂層刀具在韌性較好的硬質(zhì)合金基體上，或在高速鋼刀具基體上，涂一薄層或多層硬度和耐磨性很高的難熔金屬化合物〔TiC、TiN、TiCN、Al2O3〕而制成的刀具。1969瑞典研制勝利了碳化鈦涂層刀具，其基體是鎢鈦鈷硬質(zhì)合金或鎢鈷硬質(zhì)合金，外表碳化鈦涂層的厚度僅有幾微米，及同牌號(hào)的合金刀具相比，其運(yùn)用壽命延長(zhǎng)了3倍，切削速度進(jìn)步了25％～50％。涂層高速鋼刀具承受PVD方法在高速鋼刀具基體上涂復(fù)TiN、碳氮化鈦TiCN、氮鋁化鈦(TiAlN)等硬膜，可制成涂層高速鋼刀具。沉積溫度為500℃左右。涂層硬質(zhì)合金刀具通過(guò)化學(xué)氣相沉積法(CVD)、等離子體化學(xué)氣相沉積法(PCVD)，在硬質(zhì)合金刀片上涂復(fù)耐磨的碳化鈦〔TiC〕或TiN、Al2O3等薄層，形成外表涂層硬質(zhì)合金，沉積溫度為1000℃左右。涂層硬質(zhì)合金刀具的優(yōu)點(diǎn)：〔1〕表層的涂層材料具有極高的硬度和耐磨性，允許承受較高的切削速度?！?〕切削時(shí)，涂層材料及被加工材料之間能產(chǎn)生氧化鈦薄膜，降低摩擦系數(shù)，使切削力降低?！?〕涂層材料及鋼的粘結(jié)溫度高，外表晶粒較細(xì)，切削時(shí)很少產(chǎn)生積屑瘤，相宜于精加工?！?〕涂層硬質(zhì)合金是一種復(fù)合材料，基體是強(qiáng)度、韌性較好的合金，表層是高硬度、高耐磨、耐高溫、低摩擦的材料，其綜合性能好。一、陶瓷刀具材料〔5〕牢靠性受基體成分影響很大。一、陶瓷刀具材料以氧化鋁或氧化硅為基體，再添加少量金屬，在高溫高壓下燒結(jié)而成的一種刀具材料。用于在高速下精細(xì)加工硬材料?！?〕具有很高的硬度、耐磨性、耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性；〔2〕摩擦因數(shù)小，切削不易粘結(jié)，不易產(chǎn)生積屑瘤。〔3〕強(qiáng)度、韌性低，脆性大，強(qiáng)度只有硬質(zhì)合金的1/2；〔4〕導(dǎo)熱實(shí)力差，只有硬質(zhì)合金的1/2～1/5；〔5〕線膨脹系數(shù)大，在力、熱沖擊下易裂開(kāi)。不易有較大的溫度波動(dòng)，一般不用切削液。二、立方氮化硼——超硬刀具材料立方氮化硼〔CBN〕是由軟的六方氮化硼〔白石墨〕在高溫高壓下參與催化劑轉(zhuǎn)變而成的。主要對(duì)淬硬鋼、冷硬鑄鐵進(jìn)展粗加工及半精加工。還能高速切削高溫合金、熱噴涂材料等難加工材料。硬度高和耐磨性好，到達(dá)3500～4500HV，僅次于金剛石；熱穩(wěn)定性較高，1300℃時(shí)不發(fā)生氧化；導(dǎo)熱性較好，及鐵的摩擦系數(shù)較小；抗彎強(qiáng)度及斷裂韌性介于陶瓷及硬質(zhì)合金之間。金剛石——超硬刀具材料金剛石〔ND〕刀具的優(yōu)點(diǎn)是：有較高的硬度和耐磨性；能長(zhǎng)期保持銳利的切削刃；有很好的導(dǎo)熱性，較低的熱膨脹系數(shù)；摩擦系數(shù)小，刃面粗糙度小，刃口特別銳利。缺點(diǎn)：較脆易崩刃，刃磨困難，制造工藝差；熱穩(wěn)定性差，切削溫度在700℃～800℃時(shí)，外表就會(huì)碳化，而且及碳親和力強(qiáng)，故不易加工含碳的黑色金屬，用于非鐵材料、非金屬材料以及復(fù)合材料的加工；金剛石來(lái)源有限，價(jià)格昂貴。自然自然金剛石PCBNPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬質(zhì)合金涂層WC硬質(zhì)合金涂層超細(xì)粒狀硬金屬涂層高速鋼TiN涂層高速鋼斷裂韌性耐磨性刀具材料的耐磨性與斷裂韌性一、超硬刀具材料超硬刀具是指用自然單晶金剛石及性能及之相近的人造金剛石和立方氮化硼作為切削部分的刀具。超硬刀具出現(xiàn)于20世紀(jì)50頭，主要包括金剛石刀具和立方氮化硼刀具。超硬刀具的類型人造聚晶金剛石(PCD)或聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具；人造聚晶金剛石(PCD)或聚晶立方氮化硼(PCBN)復(fù)合片刀具；超硬材料涂層刀具；電鍍金剛石或電鍍立方氮化硼。1.PCD或PCBN刀具PCD又稱為金剛石燒結(jié)體，是在高溫高壓作用下，通過(guò)鈷等結(jié)合劑將人造金剛石的單晶粉聚晶成的多晶體材料。PCBN是CBN單晶粉的燒結(jié)體可隨意取向刃磨，抗磨損實(shí)力強(qiáng)；原料來(lái)源豐富，其價(jià)格遠(yuǎn)低于ND刀具；可承受較高的切削速度和較大的背吃刀量；晶粒尺寸大，切削刃較粗糙，刃口質(zhì)量差。2.PCD或PCBN復(fù)合片刀具以硬質(zhì)合金為基底，在其外表燒結(jié)或壓制一層0.5～1mm厚的PCD或PCBN而組成的金剛石復(fù)合片或立方氮化硼復(fù)合片。這種復(fù)合片的抗彎強(qiáng)度及硬質(zhì)合金根本一樣，而工作外表的硬度接近PCD或PCBN，且可焊性好，重磨簡(jiǎn)潔，本錢低，故應(yīng)用廣泛。三、超硬刀具幾何參數(shù)超硬刀具材料的vc脆性大、強(qiáng)度低。三、超硬刀具幾何參數(shù)vc超硬刀具的合理運(yùn)用正確選用刀片的種類和牌號(hào)PCD或PCBN刀片的運(yùn)用性能及其晶粒尺寸的大小有關(guān)。晶粒尺寸越大，耐磨性越好，刀具的壽命越高，但切削刃較粗糙，刃口質(zhì)量差。粗晶粒晶粒的平均尺寸為20～50m；中晶粒晶粒的平均尺寸為10～20m；細(xì)晶粒晶粒的平均尺寸為2～10m。2.2.選取相宜的切削用量防止水解作用2.立方氮化硼刀具能承受1250～1350℃的切削溫度，但在1000℃左右高溫下，CBN會(huì)同水蒸氣及空氣中的氧起反響，消費(fèi)氨和硼酸，這種化學(xué)反響稱為水解作用。3.會(huì)加速刀具的磨損。在濕式切削時(shí)，忌用水溶液作切削液，須用帶極壓添加劑的水溶液或極壓切削油，以減弱水解作用。4.刀具材料應(yīng)具備的性能：足夠的硬度和耐磨性、足夠的強(qiáng)度及韌性、較高的耐熱性、較好的工藝性、較好的傳熱性、經(jīng)濟(jì)性。5.工具鋼包括碳素工具鋼和合金工具鋼。碳素工具鋼主要用于制造手用刀具、低速及小進(jìn)給量的機(jī)用刀具。合金工具鋼比碳素工具鋼有較高的淬透性、韌性、耐磨性和耐熱性。主要用于制造瘦長(zhǎng)刀具或截面積大、刃形困難的刀具。6.高速鋼按切削性能分為一般高速鋼、高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼。及工具鋼相比，高速鋼有較高的硬度、耐磨性以及強(qiáng)度和韌性。及硬質(zhì)合金相比，高速鋼的最大優(yōu)點(diǎn)是可加工性好并具有良好的綜合力學(xué)性能。高速鋼仍是主要用于制造形態(tài)困難的刀具。高性能高速鋼和粉末冶金高速鋼適于制造切削難加工材料的各種精細(xì)刀具和形態(tài)困難刀具。7.硬質(zhì)合金刀具材料有YG類、YT類、YW類三種。具有高硬度、高耐磨性、高耐熱性、抗彎強(qiáng)度低、可加工工藝性差等特點(diǎn)。YG類硬質(zhì)合金主要用于加工形成短切屑的鑄鐵、有色金屬及非金屬等脆性材料以及淬硬鋼、高強(qiáng)度鋼、奧氏體不銹鋼等難加工材料。YT類硬度合金主要用于加工形成長(zhǎng)屑的鋼材等塑性材料。YW類主要是加工鋼料和難加工材料的半精加工和精加工陶瓷材料具有很高的硬度和耐磨性及耐熱性，抗擴(kuò)散和抗粘堅(jiān)固力強(qiáng)。最大缺點(diǎn)是強(qiáng)度低、韌性差。適用于鋼、鑄鐵及塑性大的材料的半精加工和精加工，尤其對(duì)于冷硬鑄鐵、淬硬鋼等高硬度材