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1、 高速切削加工中刀具材料的选用 摘要简要地介绍了在高速切削加工中，根据不同的工艺及被加工零件的不同材料，选用刀具材料的问题。关键词：高速切削 刀具材料 选用 1 引言 随着科技工业的飞速发展，切削加工技术的应用也越来越广泛，新型刀具材料也不断涌现，高速切削加工技术的应用也越来越广泛，高速切削加工设备在生产中的优势正在日益发挥，在切削过程中，刀具的切削部分是在较大的切削力、较高的切削温度和剧烈的摩擦条件下进行工作的。刀具材料对刀具耐用度、加工效率、加工质量和加工成本影响极大。因此，应当重视刀具材料的正确选择和合理使用。刀具材料的基本要求 刀具在高温下进行切削工作，同时还要承受切削力、冲击和振动，
2、因此刀具材料必须具备以下基本要求：1、高硬度 刀 具 材 料 必 须 具 有 高 于 工 件 材 料 的 硬 度，常 温 硬 度 必 须 在HRC62 以上，对于某些难以切削的材料，刀具硬度更高。2、高的耐磨性 耐磨性表示抵抗磨损的能力，通常刀具材料的硬度越高、耐磨性就越好。3、足够的强度和韧性 为了承受切削力、冲击和振动，刀具材料应该具有足够的强度和韧性。一般用抗弯强度bb和冲击韧性k来衡量。4、高的耐热性 耐热性（又称红硬性）是指材料在高温下保持其硬度的性能，是衡量刀具材料切削性能的主要指标。5、良好的工艺性 为了便于刀具的制造，要求刀具材料具有良好的可加工性和热处理性能（如淬透性好，淬火
3、变形小，脱碳层浅等）。6、良好的经济性 经济性差的刀具材料难以推广使用。刀具材料种类及选用 刀具材料种类很多，常用的金属材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢及硬质合金；非金属材料有陶瓷、金刚石（天然和人造）、立方氮化硼等。1、碳素工具钢 含碳量在的优质碳素钢称碳素工具钢，用来制造刀具的常用牌号有 T8A、T10A 等。一般用于制造低速、手用刀具，如手用锯条、锉刀等。2、合金工具钢 在碳素工具钢中加入适量的合金元素如 Mn、Cr、W、Si 等即成合金工具钢，常用牌号有 9SiCr、CrWMn、GCr5 等。与碳素工具钢相比，硬度相近，耐磨性、耐热性略高，热处理性能较好，主要用于制造 低速、手用刀
4、具，如手用丝锥、手用铰刀及硬质合金钻头的刀体等。3、高速钢 高速钢是一种含 Cr、W、Mo、V 等合金元素较多的工具钢，与碳素工具钢、合金工具钢相比，硬度有所提高，耐热性显著提高，允许的切削速度提高两倍以上，故称高速钢。虽然高速钢的硬度，耐磨性，耐热性都不如硬质合金，但由于用这种材料制造的刀具的刃口强度和韧性比硬质合金高，能承受较大的冲击载荷，能用于刚性较差的机床，可加工从有色金属到合金钢范围广泛的材料，另外这种材料的工艺性能较好，因此，应用范围很广，适用于各种结构复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、齿轮刀具、拉刀、螺纹刀具等，高速钢按其用途和性能可分为 通用高速钢和高性能高速钢；按其化学成分可分为
5、钨系高速钢和钼系高速钢。常用的高速钢的化学成分及机械性能见表 1。（1）通用高速钢 通用高速钢是指加工一般金属材料的高速钢，如 W18Cr4V(钨系高速钢),W6Mo5Cr4V2(钼系高速钢)。（2）高性能高速钢 高性能高速钢是在通用高速钢中再加入一些合金元素，进一步提高了耐磨性，耐热性。这种高速钢的切削速度可达 50100m/min，具有比通用高速钢更高的生产率及刀具寿命；同时还能切削不锈钢、耐热钢、高强度钢等难加工材料。表 1 类 型 牌 号 化 学 成 分%硬度 HRC 抗弯 强度 bb MPA 冲击 韧性 k MJ/m2 600 硬度 HRC 磨 削 性 能 C W Mo Cr V A
6、l 通用高速钢 W18Cr4V 好，普通 刚玉 砂轮 能磨 W6Mo5Cr4V2 较W18Cr4V 稍差，普通 刚玉 砂轮 能磨 高性能高速钢 W12Cr4V4Mo 差 W6Mo5Cr4V2Al 较W18Cr4V 差 W10Mo4Cr4V3Al 较差 4、硬质合金 硬质合金是高硬度、难熔的金属化合物(主要是 WC、TiC 等,又称高温碳化物)微米数量级的粉末,用 Co、Mo、Ni 等作粘结剂烧结而成的粉末冶金 制品。硬 质合 金的 硬度 很高,常 温下 可达 89 93HRA(相 当于 7481HRC),它的耐磨性较好,耐热性也较好,能耐 8001000的高温,因此能采 用比 高 速 钢高 几
7、倍 甚 至 十 几倍 的 切削 速 度;并能加工 高速钢刀具难以切削的难加工材料,因此应用广泛,但其抗弯强度和冲击韧性较高速钢低。目前绝大部分硬质合金硬质合金是以 WC 为基体,并分为四类:钨钴类(YG)(含 WC+Co);钨钛钴类(YT)(含 WC+TiC+Co);钨钛钽(铌)钴类(YW)含WC+TiC+TaC(NbC)+Co;碳化钛基类(YN)(含 TiC+WC+Ni-Mo)。常用的硬质合金的牌号、化学成分及机械性能及加工材料见表 2。表 2 类型 牌 号 化 学 成 分%密度 g/cm3 抗弯 强度 bb MPA 导热 系数 k 硬度 HRC 加工材料 WC TiC TaC(NbC)Co
8、 其它 钨钴类 YG3 97-3-脆性材料 YG6X -6-有色金属 YG6 94-6-非金属材料 YG8 92-88 8-非金属材料 钨 钛 钴 类 YT30 66 30-4-高速切削一般钢材 YT15 79 15-6-非脆性材 YT5 85 5-10-料 钨 钛 钽(铌)钴类 YW1 84 6 4 6-万能，但贵 用来加工 YW2 82 6 4 8-难切削材料 碳 化 钛基类 YN05-79-Ni7 Mo14 780-930-82 高速切削 高硬度钢 YN10 15 62 1-Ni12 Mo10 1080-80 如合金钢、淬硬钢等 5、陶瓷 陶瓷的主要成分是 Al2O3,其硬度、耐热性、耐
9、磨性均比硬质合金高,允许的切削速度也略高 2025%。切削时,摩擦系数小,切屑不粘刀,不容易产生积屑瘤,能获得较细的表面粗糙度和尺寸稳定性。但由于脆性大,抗弯 强度 低,切削 时易 崩 刃,所以 在 使 用 范围 上受到 了限 制,因此各国 都在研究扩大其应用范围。6、人造金刚石 金刚石分为天然和人造两种,都是碳的同素异形体。人造刚石是在高压高温条件下,借合金的触媒作用,由石墨转化而成的。金刚石是目前已知的最硬物质,其硬度接近于 1000HV,粒度为以内,加工后的工件表面粗糙度可达m。金刚石刀具既能胜任硬质合金、陶瓷、高硅铝合金等高硬度、耐磨材料的加工,又可用以切削有色金属及其合金,但它不适合
10、加工铁族材料。7、立方氮化硼 立方氮化硼的性质与形状同石墨相似,其原料是六方氮硼,硬度仅次于金刚石(80009000HV),但其热稳定性和化学稳定性优于金刚石,能以正常的切削速度切削淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等难加工材料。高速切削加工中刀具材料的选用 1、铝合金 易切削铝合金适用的刀具有 K10、K20、PCD(聚晶金刚石)切削速度在20004000m/min,前角范围在 1218，后角为 1018，刃倾角可达 25。铸铝合金适用的刀具根据含 Si 量的不同而不同，有 K10、Si3N4（陶瓷刀具）、PKD(人造金刚石)、PCD(聚晶金刚石)及 CVD(金刚石涂层刀具)，其使用的切削速度比易切
11、削铝的低，约 1100 m/min。精加工铝合金不宜用陶瓷刀具，因为氧化了的氧化铝切屑与陶瓷刀具材料相同，产生亲和力，造成摩擦阻力增大，产生积屑瘤并使刀具磨损加剧。2、铸铁 当切削速度低于 750m/min,可选用涂层硬质合金、金属陶瓷刀具；切削速度在 5102000m/min 时，可选用 Si3N4（陶瓷刀具）；切削速度在20004500m/min 时，可选用 CBN 刀具。当铸件以铁素体为主时，因为扩散磨损而使刀具磨损严重，不宜用 CBN 刀具，而应采用陶瓷刀具。3、普通钢 普通钢高速切削的最佳切削速度为 500800m/min，涂层硬质合金、金属陶瓷、非金属陶瓷、CBN 刀具都可用，涂层
12、硬质合金可用切削液。4、高硬度钢 高 硬 度 钢 具 有 较 高 的 硬 度 及 抗 拉 强 度，常 用 作 模 具 材 料，硬 度 在HRC4070，用于加工该类材料的高速切削刀具常采用金属陶瓷、陶瓷、TiC 涂层硬质合金、PCBN 等材料。干切削用刀具 由于环保原因而倡导的绿色制造，使得干式切削有所发展，这一技术的发展得益于新型刀具的开发应用和高速切削技术装备的不断完善。干式切削工艺的刀具材料有金属陶瓷、陶瓷、涂层硬质合金、PCBN 等，PCBN 是最适合高速干式切削工艺的刀具材料，能获得比湿式切削更高的刀具寿命。4 结论 随着科学技术及高速切削技术装备的不断发展，刀具材料也会相适应地迅速发展，其种类和性能会得到合理地开发和利用。参考文献(1)周泽华 金属切削原理 上海科学技术出版社(2)吴天培 金属切削原理和刀具 机械工业出版社(3)袁人伟 高速切削加工 机械工程师,2000，(2)(4)周兴建 高速切削展望 刃具研究,1992,(3)
高速切削加工中刀具材料的选用
