2023年刀具材质.docx
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1、2023年刀具材质 对于切削加工来说,数控机床一次性投资很高,而这些先进设备的效率能否发挥出来,很大程度 取决于刀具材料及其性能的好坏。 (一)切削用刀具材料应具有的性能 切削用刀具材料应具备的性能见下表: 希望具备的性能 高硬度(常温及高温状态) 高韧性 高耐热性 热传导能力好 作为刀具使用时的性能 耐磨损坏 耐蹦刃性,耐破损性 耐塑变形性 耐热冲击性,耐热裂纹性 希望具备的性能 化学稳定性良好 低亲和性 磨削成形性能良好性 锋韧性良好 作为刀具使用时的性能 耐氧化性,耐扩散性 耐溶性、凝着性(粘刀)性 刀具制造的高生产率,重磨性 刃口锋利,表面质量好,微小 切削可能 (二)各种刀具材料 目
2、前金属切削工艺中应用的刀具材料,碳素工具钢作为金属切削加工刀具的材料基本被淘汰,合金工具钢也已很少见。随着数控加工的应用普及,以及机夹可转位刀具的广泛应用,刀片材料在世界各国发展非常迅速,除了常用的高速钢和硬质合金外,涂层刀具材料、新型高速钢和硬质合金以及各种新型超硬刀具材料(如:陶瓷材料、金属陶瓷、立方氮化硼和金刚石等)不断出现,并且在汽车工业、宇航工业、国防工业和机器制造业中日益得到广泛的应用,从而使生产效率和刀具寿命大幅度提高,并满足了现代机械制造高精度、高速度要求。 、高速钢(High Speed Steel,简写标记HSS) 高速钢是含钨(W)、钼(Mo)、铬(r)、钒()、钴(o)
3、等元素的高合金钢。它具有较好的韧性,可以承受冲击载荷,化学稳定性、制造工艺性、刃磨性较好,红硬性不如硬质合金好,一般应用在数控加工中的低速切削中。但是一些数控刀具材料生产厂家近1 年来研制了一些新型高速钢,提高了其耐磨耐热性能,也可以用来进行中速切削和对不锈钢等难加工材料的加工。 、硬质合金(Cemented Carbide) 硬质合金是采用高硬度的金属碳化物(C、TiC、NbC等)与金属粘接剂(o、Ni等)通过粉末冶金的方法制造的烧结体。它具有较好的较高的硬度、良好的耐磨性和耐热性,使数控机床刀具应用最为广泛的材料,适于数控加工的中速和高速切削。ISO标准中把硬质合金分为P、M、K三类,其中
4、P类主要用于长切屑黑色金属加工,如钢、不锈钢、可锻铸铁等;M类主要用于长切屑或短切屑黑色金属和有色金属加工,如钢、锰钢、奥氏体不锈钢等;K类主要用于短切屑黑色金属、有色金属和非金属材料的加工,如铸铁、有色金属等。但是一些数控刀具材料生产厂家通过调整金属碳化物与金属粘接剂的比例和粒度,研制了一些新型硬质合金,改变了原有硬质合金的性能,在硬度和韧性等性能指标方面进行调整,用来适应一些特殊加工需要,如超耐磨硬质合金、超微粒子硬质合金等。我国生产的硬质合金主要有碳化钨基类和碳化钛基类两大类。其中国产碳化钨基类硬质合金刀具材料品种,基本分为三大类:一是以WC为主的加上钻粘结剂的钨钴类,牌号为“YG”;第
5、二类是以WC+TiC为主的加上钻粘结剂的钨钴钛类,牌号为“YT”;第三类是在WC+TiC的基础上,加入少量的NbC(碳化铌)、TaC(碳化钽)等碳化物,形成一种所谓“万能型”的硬质合金,牌号为“YW”。但是随着技术的进步和从国外引进 2 材料品种的增多,硬质合金的牌号也不仅限于以上几个种类,具体编号、性能和应用可以参照相关硬质合金刀具材料生产厂家产品样本。 、陶瓷(Ceramics) 陶瓷材料是在氧化铝(Al2O3)基体内加入属氧化物、碳化物或氮化物的无机非金属材料。早期的陶瓷刀片由于脆性、不均匀性和强度低,同时又因使用不当,因此其应用没有取得令人满意的效果。通过对陶瓷材料的例子细微化和高密度
6、化等方面的改进,现在有了强度高、材质均匀、质量稳定的各类陶瓷刀片,配合功率更高、刚性更好的高速数控机床,其应用已经取得了重大进展,如晶须强化陶瓷刀片、致密氮化硅基陶瓷刀片、赛隆陶瓷刀片等。 陶瓷材料的硬度高达9195HRA,耐磨性好;在1200高温下仍能保持良好的切削性能;具有良好的化学稳定性,较低的磨擦系数,较强的抗粘结磨损与抗扩散磨损能力。这种材料的主要缺点是抗湾强度低、耐冲击性能差。因此目前主要用于高速精车、精铣与半精车、半精铣等。部分韧性较高的陶瓷刀具材料也可用于粗车或粗铣。 4、立方氮化硼(简称CBN) CBN是20世纪70年代出现的超硬刀具材料。是氮化硼(BN)的同素异形体,其结晶
7、结构与金刚石相似。在分子结构构成上主要有单晶体和聚晶体两大类。单晶体主要用于制造砂轮,聚晶体用作制造切削刀具,可制成圆形,方形,三角形等各种形状的无孔刀片。CBN具有良好的是耐热性,能够在1300的高温下保持其硬度,因而也具有有良好的耐磨性,可在高速下切削高温合金。其切削速度比硬质 3 合金高46倍。另外,它还具有良好的化学稳定性,在12001300高温下也不与铁族金属起化学作用,表现出良好的抗氧化和抗化学侵蚀的性能。所以,CBN刀具在加工钢铁材料的应用方面,具有比其它超硬刀具材料(如金刚石刀具)更广泛的用途。 聚晶CBN可做成整体刀片,也可做成复合刀片,即以硬质合金为基体,在高温高压下,使聚
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