刀具材料及合理选用

2 1刀具材料应具备的性能及刀具材料的种类2 1 1刀具材料应具备的性能1 高硬度2 良好的耐磨性3 足够的强度和韧性4 高耐热性5 良好的导热性6 良好的工艺性和经济性 第二章刀具材料及其合理选用 第二章刀具材料及其合理选用 2 1 2刀具材料的种类刀具材料从碳素工具钢到今天的硬质合金和超硬材料的出现 都是随着机床主轴转速提高 功率增大 主轴精度的提高 机床刚性的增加而逐步发展的 同时由于新的工程材料不断出现 也对切削刀具材料的发展起到了促进作用 目前金属切削加工中应用的刀具材料 碳素工具钢已基本被淘汰 合金工具钢也很少使用 所使用的刀具材料主要分为高速钢 硬质合金 陶瓷 立方氮化硼和聚晶金刚石5类 其主要物理力学性能如表2 1所示 第二章刀具材料及其合理选用 2 2常用刀具材料2 2 1高速钢刀具材料高速钢是高速工具钢的简称 是在钢中加入较多的钨 钼 铬 钒等合金元素的高合金工具钢 表2 2列出了几种常用高速钢的力学性能 高速钢特点 工艺性好 具有较高的硬度和耐磨性 良好的耐热性 高的强度和韧性 切削速度高 与硬质合金及陶瓷相比 一是具有较好的强度韧性 二是具有较好的制造工艺性 主要用来制造钻头 丝锥 板牙 拉刀 齿轮刀具和成形刀具等形状复杂的刀具 可加工碳钢 合金钢 有色金属 铸铁等多种材料 第二章刀具材料及其合理选用 1 普通高速钢常用的种类如下 钨系高速钢 典型牌号是W18Cr4V 简称W18 具有较好的综合性能 适合制作螺纹车刀 成形车刀 拉刀和齿轮刀具等形状复杂的刀具 但强度和韧性低 不适合制作大截面的刀具 热塑性较差 不适合制造热成形刀具 钼系高速钢 典型牌号是W6Mo5Cr4V2 简称M2 具有较好的力学性能 适合制作承受较大冲击力的刀具 结构比较薄弱的刀具和截面较大的刀具 各种热轧刀具和抵抗冲击的刀具 但热处理易脱碳 易氧化和淬火温度窄等W9Mo3Cr4V是另一钼系类牌号的普通高速钢 简称W9 具有较好的抗弯强度 冲击韧度 热塑性 热稳定 第二章刀具材料及其合理选用 性和磨削加工性比 表面粗糙度值也小 可用于制造锯条 钻头 拉刀 铣刀和齿轮刀具等各种刀具 加工钢料时 刀具寿命比W18和M2都有一定的提高 2 高性能高速钢 主要用于加工高温合金 钛合金 不锈钢 高强度钢等难加工的材料 常见的有以下几种 高碳高速钢 典型牌号是9W18Cr4V 简称9W18 适合制作耐磨性要求高的铰刀 锪钻和丝锥等刀具 也可用于切削奥氏体不锈钢 但不能承受大的冲击 铝高速钢 典型牌号是W6Mo5Cr4V2Al 简称501 和W10Mo4Cr4V3Al 简称5F6 其切削性能与M42相当 刀具寿命比W18高 而价格却相差不多 因含钒量 第二章刀具材料及其合理选用 多 其磨削加工性较差 且过热敏感性强 氧化脱碳倾向较大 使用时要严格掌握热处理工艺 钴高速钢 典型牌号是W2Mo9Cr4VCo8 简称M42 其适合制作加工高温合金 钛合金及其他难加工材料的高速钢刀具 高钒高速钢 典型牌号是W6Mo5Cr4V3 简称M3 适合制作加工硬橡胶 塑料等对刀具磨损严重的刀具材料 以及低速薄切屑精加工刀具 如拉刀 铰刀和丝锥等 高钒高速钢具有较长的寿命 其主要缺点是磨削加工性差 3 粉末冶金高速钢 是将熔融的高速钢钢水置于保护气罐中 用高压氩气或纯氮气使其雾化成细小粉末 然后 第二章刀具材料及其合理选用 将粉末在高温和高压下压制成细密的钢坯 最后将钢坯锻轧成刀具形状 它具有强度和韧性较高 磨加工性好 耐磨性好 淬火变形小等优点 适合制作切削难加工材料的刀具 各种精密刀具和形状复杂的刀具 2 2 2硬质合金刀具材料1 硬质合金的组成和特点硬质合金是用粉末冶金的方法制成的 它是由高硬度 高熔点的金属碳化物的微粉和金属黏结剂 在高压下压制成形 并在1500 的高温下烧结而成 能加工包括淬硬钢在内的多种材料 多用于制造刀片 第二章刀具材料及其合理选用 2 硬质合金的种类 牌号 性能及选用K类相当于钨钴类硬质合金 代号为YG 适用于加工短切屑的黑色金属 有色金属和非金属材料 外包装用红色标志 P类相当于钨钛钴类硬质合金 代号为YT 适用于加工长切屑的黑色金属 外包装用蓝色标志 M类相当于钨钛钽钴类硬质合金 代号为YW 适用于加工长 短切屑的黑色金属和有色金属 外包装用黄色标志 常用硬质合金刀具材料的牌号及用途见下表 1 钨钴类硬质合金 YG 常用牌号有YG3X YG6YG6X YG8等 牌号中的数字表示含钴量的百分比 含钴量越多 其韧性就越大 抗弯强度就越高 但其硬度和 第二章刀具材料及其合理选用 耐磨性则降低 适用于切削铸铁 有色金属及其合金 以及非金属材料和含Ti元素的不锈钢等工件材料 其中YG3适用于精加工 YG8适用于粗加工 YG6适用于半精加工 2 钨钛钴类硬质合金 YT 常用牌号有YT5 YT15YT14 YT30 牌号中的数字表示含碳化钛量的百分比 含碳化钛量越多 其韧性和抗弯强度下降 但其硬度增大适宜于加工塑性材料 其中YT30适用于精加工钢材 YT5适用于粗加工塑性较大的材料 YT15适用于半精加工钢材 3 钨钛钽钴类硬质合金 YW 是一种既能加工钢 又能加工铸铁和有色金属及其合金 通用性较好的刀具材料 常用的牌号有YW1 YW2等 第二章刀具材料及其合理选用 3 其他硬质合金 1 碳化钛基硬质合金 YN类 常用牌号有YN01 YN05 YN10 YN15等 主要用于碳钢 合金钢 工具钢 淬火钢等材料的连续切削和精加工 对尺寸较大和表面粗糙度值要求较小的工件精加工 可获得更好的效果 2 超细晶粒硬质合金 常用牌号有YS2 YM051 YG610和YG643等 用于制造尺寸较小的整体复杂刀具 可用于加工铁基 镍基和钴基高温合金 钛基合金和耐热不锈钢 以及各种喷涂焊 堆焊材料等难加工的材料 3 涂层硬质合金 TiC涂层刀片 刀具容易产生剧烈磨损时宜涂TiC TiN涂层刀片 刀具与工件材料容易产生粘结时涂TiN 第二章刀具材料及其合理选用 Al2O3涂层刀片 刀具在高温下切削时宜涂Al2O3 除上述的单涂层外 还可以采用TiC TiN TiC Al2O3 TiC Al2O3 TiN等双涂层或多涂层 其性能优于单涂层 涂层刀片广泛用于各种钢料 铸铁的精加工和半精加工 负荷较轻的粗加工 涂层刀具的缺点是刀刃的锋利程度和抗剥落能力不及未涂层的刀具 所以不宜小进给量加工高硬度材料和重载切削 2 3其他刀具材料2 3 1陶瓷刀具材料1 陶瓷刀具材料的成分及特点 第二章刀具材料及其合理选用 常用陶瓷刀具材料是以氧化铝或氮化硅为基体成分 经压制成形后烧结而成的一种刀具材料 主要特点是 有很高的硬度和耐磨性 有很高的耐热性 有良好的化学稳定性 加工表面质量高 其最大缺点是抗弯强度和韧性差 不能承受冲击负荷 2 陶瓷刀具材料的主要类型 1 Al2O3基陶瓷 Al2O3基陶瓷是在Al2O3中加入一定数量的碳化钛和一定数量的金属经热压烧结而成 可提高抗弯强度及断裂韧性 抗机械冲击和耐热冲击能力也得以提高 适用于各种铸铁及钢料的精加工 粗加工 常用的牌号有M16 SG3 AG2 TN05等 第二章刀具材料及其合理选用 2 Si3N4基陶瓷 Si3N4基陶瓷比Al2O3基陶瓷刀具具有更高的强度 韧性和疲劳强度 有更高的切削稳定性 其热稳定性更高 允许更高的切削速度 热导率为Al2O3的2 3倍 因此耐热冲击能力更强 适用于端铣和切有氧化皮的毛坯工件等 还可对铸铁 淬硬钢等高硬度材料进行精加工和半精加工 常用牌号有SM FD05等 2 3 2超硬刀具材料1 金刚石 1 天然单晶金刚石刀具 由于其价格昂贵 应用较少 2 人造聚晶金刚石刀具 可以自由刃磨 第二章刀具材料及其合理选用 3 金刚石复合刀片刀具 其强度好 允许切削的断面较大 可以进行间断切削和多次重磨使用 其主要特点是 有极高的硬度 耐磨性好 可用来加工硬质合金 陶瓷 高硅铝合金及耐磨塑料 加工的表面质量