高速切削加工中刀具材料的選用

1、. 高速切削加工中刀具材料的選用 摘要簡要地介紹了在高速切削加工中，根據(jù)不同的工藝及被加工零件的不同材料，選用刀具材料的問題。 關鍵詞：高速切削 刀具材料選用 1 引言隨著科技工業(yè)的飛速發(fā)展，切削加工技術的應用也越來越廣泛，新型刀具材料也不斷涌現(xiàn)，高速切削加工技術的應用也越來越廣泛，高速切削加工設備在生產(chǎn)中的優(yōu)勢正在日益發(fā)揮，在切削過程中，刀具的切削部分是在較大的切削力、較高的切削溫度和劇烈的摩擦條件下進行工作的。刀具材料對刀具耐用度、加工效率、加工質(zhì)量和加工成本影響極大。因此，應當重視刀具材料的正確選擇和合理使用。2.1 刀具材料的基本要求刀具在高溫下進行切削工作，同時還要承受切削力、沖擊和

2、振動，因此刀具材料必須具備以下基本要求：1、 高硬度刀具材料必須具有高于工件材料的硬度，常溫硬度必須在hrc62以上，對于某些難以切削的材料，刀具硬度更高。精品.2、 高的耐磨性耐磨性表示抵抗磨損的能力，通常刀具材料的硬度越高、耐磨性就越好。3、 足夠的強度和韌性為了承受切削力、沖擊和振動，刀具材料應該具有足夠的強度和韌性。一般用抗彎強度bb和沖擊韌性k來衡量。4、 高的耐熱性耐熱性（又稱紅硬性）是指材料在高溫下保持其硬度的性能，是衡量刀具材料切削性能的主要指標。5、 良好的工藝性為了便于刀具的制造，要求刀具材料具有良好的可加工性和熱處理性能（如淬透性好，淬火變形小，脫碳層淺等）。6、 良好的

3、經(jīng)濟性經(jīng)濟性差的刀具材料難以推廣使用。2.2 刀具材料種類及選用刀具材料種類很多，常用的金屬材料有碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼及硬質(zhì)合金；非金屬材料有陶瓷、金剛石（天然和人造）、立方氮化硼等。1、 碳素工具鋼含碳量在0.651.3的優(yōu)質(zhì)碳素鋼稱碳素工具鋼，用來制造刀具的常用牌號有t8a、t10a等。一般用于制造低速、手用刀具，如手用鋸條、銼刀等。精品.2、 合金工具鋼在碳素工具鋼中加入適量的合金元素如mn、cr、w、si等即成合金工具鋼，常用牌號有9sicr、crwmn、gcr5等。與碳素工具鋼相比，硬度相近，耐磨性、耐熱性略高，熱處理性能較好，主要用于制造低速、手用刀具，如手用絲錐、手用鉸

4、刀及硬質(zhì)合金鉆頭的刀體等。3、 高速鋼高速鋼是一種含cr、w、mo、v等合金元素較多的工具鋼，與碳素工具鋼、合金工具鋼相比，硬度有所提高，耐熱性顯著提高，允許的切削速度提高兩倍以上，故稱高速鋼。雖然高速鋼的硬度，耐磨性，耐熱性都不如硬質(zhì)合金，但由于用這種材料制造的刀具的刃口強度和韌性比硬質(zhì)合金高，能承受較大的沖擊載荷，能用于剛性較差的機床，可加工從有色金屬到合金鋼范圍廣泛的材料，另外這種材料的工藝性能較好，因此，應用范圍很廣，適用于各種結構復雜的刀具，如成形車刀、銑刀、齒輪刀具、拉刀、螺紋刀具等，高速鋼按其用途和性能可分為通用高速鋼和高性能高速鋼；按其化學成分可分為鎢系高速鋼和鉬系高速鋼。常用

5、的高速鋼的化學成分及機械性能見表1。（1） 通用高速鋼通用高速鋼是指加工一般金屬材料的高速鋼，如w18cr4v(鎢系高速鋼),w6mo5cr4v2(鉬系高速鋼)。精品.（2） 高性能高速鋼高性能高速鋼是在通用高速鋼中再加入一些合金元素，進一步提高了耐磨性，耐熱性。這種高速鋼的切削速度可達50100m/min，具有比通用高速鋼更高的生產(chǎn)率及刀具壽命；同時還能切削不銹鋼、耐熱鋼、高強度鋼等難加工材料。表1類型牌號化 學 成 分 %硬度hrc抗彎強度 bbmpa沖擊韌性kmj/m2600硬度hrc磨 削 性 能cwmocrval通用高速鋼w18cr4v0.7-0.817.5-19.50.33.8-4

6、.41-1.4-63-6634303.048.5好，普通剛玉砂輪能磨w6mo5cr4v20.8-0.95.5-6.754.5-5.53.8-4.41.75-2.2-63-664500-47002.047-48較w18cr4v稍差，普通剛玉砂輪能磨高性能高速鋼w12cr4v4mo1.2-1.411.5-130.9-1.23.8-4.43.8-4.4-65-6732002.551.7差w6mo5cr4v2al1.05-1.25.5-6.754.5-5.553.8-4.51.75-2.20.8-1.267-693430-37302.055較w18cr4v差精品.w10mo4cr4v3al1.3-1.

7、459-10.53.5-4.53.8-4.52.7-3.20.7-1.267-6930702.054較差4、 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是高硬度、難熔的金屬化合物(主要是wc、tic等,又稱高溫碳化物)微米數(shù)量級的粉末,用co、mo、ni等作粘結劑燒結而成的粉末冶金制品。硬質(zhì)合金的硬度很高,常溫下可達8993hra(相當于7481hrc),它的耐磨性較好,耐熱性也較好,能耐8001000的高溫,因此能采用比高速鋼高幾倍甚至十幾倍的切削速度;并能加工高速鋼刀具難以切削的難加工材料,因此應用廣泛,但其抗彎強度和沖擊韌性較高速鋼低。目前絕大部分硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是以wc為基體,并分為四類:鎢鈷類(yg)(含wc

8、+co);鎢鈦鈷類(yt)(含wc+tic+co);鎢鈦鉭(鈮)鈷類(yw)含wc+tic+tac(nbc)+co;碳化鈦基類(yn) (含tic+wc+ni-mo)。常用的硬質(zhì)合金的牌號、化學成分及機械性能及加工材料見表2。表2類型牌號化 學 成 分 %密度g/cm3抗彎強度 bbmpa導熱系數(shù)k硬度hrc加工材料wctictac(nbc)co其它鎢鈷類yg397-3-14.9-15.3108087.9278脆性材料 yg6x93.5-0.56-14.6-15.0137075.5578有色金屬yg694-6-14.6-15.0142075.5575非金屬材料yg892-88 8-14.5-1

9、4.9147075.3674非金屬材料鎢鈦鈷 類yt306630-4-9.3-9.788020.9380.5高速切削一般鋼材精品.yt157915-6-11.1-11.7113033.4978非脆性材yt5855-10-12.5-13.2137062.8074料鎢鈦鉭(鈮)鈷類yw184646-12.8-13.31180-79萬能，但貴用來加工yw282648-12.6-13.01320-77難切削材料碳化鈦基類yn05-79-ni7mo145.56780-930-82高速切削高硬度鋼yn1015621-ni12mo106.31080-80如合金鋼、淬硬鋼等5、 陶瓷陶瓷的主要成分是al2o3

10、,其硬度、耐熱性、耐磨性均比硬質(zhì)合金高,允許的切削速度也略高2025%。切削時,摩擦系數(shù)小,切屑不粘刀,不容易產(chǎn)生積屑瘤,能獲得較細的表面粗糙度和尺寸穩(wěn)定性。但由于脆性大,抗彎強度低,切削時易崩刃,所以在使用范圍上受到了限制,因此各國都在研究擴大其應用范圍。6、 人造金剛石金剛石分為天然和人造兩種,都是碳的同素異形體。人造剛石是在高壓高溫條件下,借合金的觸媒作用,由石墨轉化而成的。金剛石是目前已知的最硬物質(zhì),其硬度接近于1000hv,粒度為0.5mm以內(nèi),加工后的工件表面粗糙度可達ra0.10.025m。金剛石刀具既能勝任硬質(zhì)合金、陶瓷、高硅鋁合金等高硬度、耐磨材料的加工,又可用以切削有色金屬

11、及其合金,但它不適合加工鐵族材料。7、 立方氮化硼立方氮化硼的性質(zhì)與形狀同石墨相似,其原料是六方氮硼,硬度僅次于金剛石(80009000hv),但其熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性優(yōu)于金剛石,能以正常的切削速度切削淬火鋼、冷硬鑄鐵、高溫合金等難加工材料。精品.3.1 高速切削加工中刀具材料的選用1、 鋁合金易切削鋁合金適用的刀具有k10、k20、pcd(聚晶金剛石)切削速度在20004000m/min,前角范圍在1218，后角為1018，刃傾角可達25。鑄鋁合金適用的刀具根據(jù)含si量的不同而不同，有k10、si3n4（陶瓷刀具）、pkd(人造金剛石) 、pcd(聚晶金剛石)及cvd(金剛石涂層刀具)，其使

12、用的切削速度比易切削鋁的低，約1100 m/min。精加工鋁合金不宜用陶瓷刀具，因為氧化了的氧化鋁切屑與陶瓷刀具材料相同，產(chǎn)生親和力，造成摩擦阻力增大，產(chǎn)生積屑瘤并使刀具磨損加劇。2、 鑄鐵當切削速度低于750m/min,可選用涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷刀具；切削速度在5102000m/min時，可選用si3n4（陶瓷刀具）；切削速度在20004500m/min時，可選用cbn刀具。當鑄件以鐵素體為主時，因為擴散磨損而使刀具磨損嚴重，不宜用cbn刀具，而應采用陶瓷刀具。3、 普通鋼普通鋼高速切削的最佳切削速度為500800m/min，涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、非金屬陶瓷、cbn刀具都可用，涂層硬質(zhì)合金可用切削液。精品.4、 高硬度鋼高硬度鋼具有較高的硬度及抗拉強度，常用作模具材料，硬度在hrc4070，用于加工該類材料的高速切削刀具常采用金屬陶瓷、陶瓷、tic涂層硬質(zhì)合金、pcbn等材料。3.2 干切削用刀具由于環(huán)保原因而倡導的綠色制造，使得干式切削有所發(fā)展，這一技術的發(fā)展得益于新型刀具的開發(fā)應用和高速切削技術裝備的不斷完善。干式切削工藝的刀具材料有金屬陶瓷、陶瓷、涂層硬質(zhì)合金、pcbn等，pcbn是最適合高速干式切削工藝的刀具