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简单分析刀具材质及性能

作者:南京锦锋机床制造有限公司来源:www。njlyxs。com发布时间:2018-06-29 10:01

刀具材质是决议刀具切削功用的根柢要素,关于加工功率、加工成本、加工质量、以及刀具耐用度影响很大。运用碳东西钢作为刀具材料时,切削速度只需10m/min左右;20世纪初出现了高速钢刀具材料,切削速度前进到每分钟几十米;30年代出现了硬质合金,切削速度前进到每分钟一百多米至几百米;其时陶瓷刀具和超硬材料刀具的出现,使切削速度前进到每分钟一千米以上;被加工材料的展开也大大地推动了刀具材料的展开。
  一、刀具材料应具有的功用
  功用优异的刀具材料,是保证刀具高效作业的根本条件。刀具切削部分在剧烈抵触、高压、高温下作业,应具有如下的根本需求。
  高硬度和高耐磨性
  刀具材料的硬度有必要高于被加工材料的硬度才华切下金属,这是刀具材料必备的根本需求,现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬,其耐磨性越好,但由于切削条件较凌乱,材料的耐磨性还决议于它的化学成分和金相安排的安稳性。
  满足的强度与冲击耐性
  强度是指抵挡切削力的效果而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具有的功用。一般用抗弯强度来标明。
  冲击耐性是指刀具材料在连续切削或有冲击的作业条件下保证不崩刃的才干,一般地,硬度越高,冲击耐性越低,材料越脆。硬度和耐性是一对敌对,也是刀具材料所应打败的一个要害。
  高耐热性
  耐热性又称红硬性,是衡量刀具材料功用的首要方针。它概括反映了刀具材料在高温下坚持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗涣散的才干。
  出色的技术性和经济性
  为了便于制造,刀具材料应有出色的技术性,如铸造、热处理及磨削加工功用。当然在制造和选用时应概括考虑经济性。其时超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵,但其运用寿命很长,在成批很多出产中,分摊到每个零件中的费用反而有所下降。因此在选用时一定要概括考虑。
  二、常用刀具材料
  常用刀具材料有东西钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料,当时用得最多的为高速钢和硬质合金。
  高速钢
  高速钢是一种加人了较多的钨、铬、钒、持平合金元素的高合金东西钢,有出色的概括功用。其强度和耐性是现有刀具资猜中最高的。高速钢的制造技术简略,简单刃磨成尖锐的切削刃;铸造、热处理变形小,当时在凌乱的刀具,如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中,仍占有首要地位。
  高速钢可分为一般高速钢和高功用高速钢。
  一般高速钢,如W18Cr4V广泛用于制造各种凌乱刀具。其切削速度一般不太高,切削一般钢料时为40-60m/min。
  高功用高速钢,如W12Cr4V4Mo是在一般高速钢中再添加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素锻炼而成的。它的耐用度为一般高速钢的1.5-3倍。
  粉末冶金高速钢是70年代投入市场的一种高速钢,其强度与耐性别离前进30%-40%和80%-90%.耐用度可前进2-3倍。当时我国尚处于试验研讨阶段,出产和运用尚少。
  硬质合金
  按GB2075—87(参照选用190标准)可分为P、M、K三类,P类硬质合金首要用于加工长切屑的黑色金属,用蓝色作标志;M类首要用于加工黑色金属和有色金属,用黄色作标志,又称通用硬质合金,K类首要用于加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料,用赤色作标志。
  P、M、K(后边的阿拉伯数字标明其功用和加工时承受载荷的情况或加工条件。数字愈小,硬度愈高,耐性愈差。
  P类相当于我国原钨钛钻类,首要成分为WC+TiC+Co,代号为YT。
  K类相当于我国原钨钻类,首要成分为WC+Co,代号为YG。
  M类相当于我国原钨钛钽钴类通用合金,首要成分为WC+TiC+TaC(NbC)+Co,代号为YW。
  三、涂层刀具简述
  涂层刀具是近20年出现的一种新式刀具材料,是刀具展开中的一项重要打破,是解决刀具资猜中硬度、耐磨与强度、耐性之间敌对的一个有用方法。涂层刀具是在一些耐性较好的硬质合金或高速钢刀具基体上,涂覆一层耐磨性高的难熔化金属化合物而获得的。常用的涂层材料有TiC、TiN和Al2O3等。本世纪70年代初初度在硬质合金基体上涂覆一层碳化钛(TiC)后,把一般硬质合金的切削速度从80m/min前进到180m/min。1976年又出现了碳化钛—氧化铝双涂层硬质合金,把切削速度前进到250m/min。1981年又出现了碳化钛-氧化铝-氮化钴三涂层硬质合金,使切削速度前进到300m/min。
  在高速钢基体上刀具涂层多为TiN,常用物理气相堆积法(PVD法)涂覆,一般用于钻头、丝锥、铣刀、滚刀等凌乱刀具上,涂层厚度为几微米,涂层硬度可达80HRC,相当于一般硬质合金的硬度,耐用度可前进2—5倍,切削速度可前进20%-40%。
  硬质合金的涂层是在耐性较好的硬质合金基体上,涂覆一层几微米至十几微米厚的高耐磨、难熔化的金属化合物,一般选用化学气相堆积法(CVD法)。我国株洲硬质合金厂出产的涂层硬质合金的涂层厚度可达9µm,外表硬度可达2500-4200HV。
  当时各工业发达国家对涂层刀具的研讨和推行运用方面展开非常敏捷。处于领先地位的瑞典,在车削上运用涂层硬质合金刀片已占到70%-80%,在铣削方面已达到50%以上。但是涂层刀具不适合加工高温合金、钛合金及非金属材料,也不适合粗加工有夹砂、硬皮的锻铸件。
  四、金刚石刀具
  金刚石刀具分为天然金刚石和人工金刚石刀具。天然金刚石具有自然界物质中最高的硬度和导热系数c但由于价格昂贵,加工、焊接都非常困难,除少量特别用处外(如手表精密零件、光饰件和首饰雕琢等加工),很少作为切削东西应用在工业中。跟着高技术和超精密加工日益展开。例如微型机械的微型零件,原子核反应堆及其它高技术范畴的各种反射镜、导弹或火箭中的导航陀螺,计算机硬盘芯片、加速器电子枪等超精密零件的加工,单晶大然金刚石能满足上述需求。这些年开发了多种化学机理研磨金刚石刀具的方法和保护空气钎焊金刚石技术。使天然金刚石刀具的制造进程变得比较简便。因此,在超精密镜面切削的高技术应用范畴。天然金刚石起到了重要效果。
  20世纪50年代运用高温高压技术人工组成金刚石粉往后,70年代制造出金刚石基的切削刀具即聚晶金刚石(PCD)。PCD晶粒呈无许许序摆放情况.不具方向性,因此硬度均匀。它有很高的硬度和导热性,低的热胀系数。高的弹性模量和较低的抵触系数,刀刃非常尖锐。它可加丁各种有色金属和极耐磨的高功用非金属材料,如铝、铜、镁及其合金、硬质合金、纤维增塑材料、金属基复合材料、木材复合材料等。
  三种首要金刚石刀具材料——PCD、CVD厚膜和人工组成单晶金刚石各自的功用特色为:PCD焊接性、机械磨削性和开裂耐性最高,抗磨损性和刃口质量居中,抗腐蚀性最差。CVD厚膜抗腐蚀性最佳,机械磨削性、刃口质量和开裂耐性和抗磨损性居中,可焊接性差,人工组成单晶金刚石刃口质量、抗磨损性和抗腐蚀性最佳,焊接性、机械磨削性和开裂耐性最差。
  金刚石刀具是当时高速切削(2500~5000m/min)铝合金较志向的刀具材料,但由于碳对铁的亲和效果,特别是在高温下,金刚石能与铁发生化学反应,因此它不适合切削铁及其合金工件。
  五、立方氮化硼
  立方氮化硼(CBN)是纯人工组成的材料。它是20世纪50年代末用制造金刚石相似的方法组成的第二种超硬材料——CBN微粉。由于CBN的烧结功用很差,直至70年代才制成立方氮化硼结块(聚晶立方氮化硼PCBN),它是由CBN微粉与少量粘结相(Co、Ni或TiN、TiC或Al2O3)在高温高压下烧结而成。CBN是氮化硼的细密相,有很高的硬度(仅次于金刚石)和耐热性(1300、1500度),优异的化学安稳件(远优于金刚石)和导热性,低的抵触系数。PCBN与Fe族元素亲和性很低,所以它是高速切削黑色金属较志向的刀具材料。
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