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金屬切削刀具常用材料選擇的知識
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金屬切削加工時利用刀具切除被加工零件多余材料從而獲得合格零件的加工方法，它是機械制造業中最基本的方法。而在金屬切削加工中，刀具是必不可少的一部分，而刀具材料的選擇更是重要的一部分。 在現代機械制造業中，機械加工的切削刀具對于提高生產效率，改進產品質量起到關鍵的作用。由于目前國家各工廠所應用的刀具材料非常復雜，又由于刀具材料的性能優劣能夠影響加工零件表面的切削效率，刀具壽命等，而在金屬切削過程中刀具切削部分在高溫下承受著很大的切削力與劇烈摩擦，所以為了提高工件表面質量，刀具壽命及切削效率因此刀具材料應具備以下性能：
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①高的硬度和耐磨性 ②足夠的強度和韌性 ③高的耐熱性 ④良好的工藝性與經濟性 ⑤好的導熱性和小的膨脹系數。
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因此面對刀具所應具備的性能，刀具材料選擇時很難找到各方面的性能都是最佳的，因為各種材料性能之間有的是相互制約的，面對如此情況只能根據工藝的需要保證主要需求性能。 當前使用的刀具材料主要分為四大類：工具鋼（包括碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼）、硬質合金、陶瓷、超硬質刀具材料，一般的機加工使用最多的是高速鋼與硬質合鋼。
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1、工具鋼 用來制造刀具的工具鋼主要有三種即碳素工具鋼，合金工具鋼和高速鋼。工具鋼的主要特點是耐熱性差但抗彎強度高，價格便宜焊接與刃磨性能好故廣泛用于中低速切削的成形刀具，不宜高速切削。
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⑴碳素工具鋼 碳素工具鋼按化學成分分類，碳素工具鋼負屬于非合金鋼，按主要質量等級和主要性能及使用特性分類，碳素工具鋼屬于特殊質量非合金鋼，碳素工具鋼常用于制作刀具、模具和量具的碳素鋼，其加工性良好價格低廉，使用范圍廣泛所以它在工具鋼中用量較大。由于碳素工具鋼生產成本極低，原材料來源方便易于冷熱加工，在熱處理后可獲得相當高的硬度，由于碳素工具鋼在切削溫度高于250～300℃時，馬氏體要分解，使得硬度降低，碳化物分布不均勻，淬火后變形較大，易產生裂紋，淬透性差，淬硬層薄所以只適于用于切削速度很低的刀具，如銼刀、手用鋸條等。 3 C, Q) ?5 g* q. C7 x
⑵合金工具鋼 合金工具鋼是在碳素工具鋼基礎上加熱鉻、鎢、釩等合金元素，以提高淬透性，韌性，耐磨性和耐熱性的一類鋼種，它主要用于制造量具、刀具、耐沖擊工具和冷熱模具及一些特殊用途的工具。由于合金工具鋼熱硬性達325～400℃，允許切削速度為10～15m/min，所以其目前主要用于低速工具如絲錐、板牙等
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⑶高速鋼 高速鋼是含有W、Mo、Cr、V等元素較多，具有高硬度，高耐磨性的工具鋼，又稱高速工具鋼為白鋼或鋒鋼。高速鋼的綜合性能較好，應用范圍最廣的一種刀具材料，因此主要用來制造復雜的薄刃和耐沖擊的金屬切削刀具也可制造高溫軸承和冷擠壓模具等，高速鋼經過熱處理后硬度達62～66HRC，抗彎強度約為3.3GPa，耐熱性為600℃左右，此外還具有熱處理變形小，能鍛造，易磨出較鋒利的刃口等優點，他常用于制造結構復雜的成形刀具，孔加工刀具，如銑刀，拉刀。切齒刀具等 * p0 c, [ B6 M3 Y$ U( V6 l5 Y
' c5 \& u, E% b2、硬質合金 硬質合金有難熔金屬的硬質化合物和粘結金屬通過粉末冶金工業制成的一種合金材料，硬質合金具有耐熱性好，切削效率高，強度和韌性較好的，耐磨，耐腐蝕等性能。常用的硬質合金中含有大量的WC，TiC，因此硬度，耐熱性均高于工具鋼，硬質合金是當今主要的刀具材料之一，硬質合金廣泛用作刀具材料如車刀、銑刀、鉆頭、鏜刀等 硬質合金刀具比高速鋼切削速度高4～7倍，刀具壽命高5～80倍但硬質合金脆性大，不能進行切削加工，難以制成形狀復雜的整體刀具，因而常制成不同形狀的刀片，采用焊接，粘接，機械夾持等方法安裝在刀體或模具上使用，因此大多數車刀，端銑刀和部分立銑刀等均已采用硬質合金制造 $ W, b' r" I* {
3、陶瓷 隨著新技術革命的發展要求不斷提高切削加工生產率和降低生產成本，特別是數控機床的發展，要求開發比硬質合金刀具切速更高、更耐磨的新型刀具。近幾年來，隨著對高溫結構陶瓷領域研究的不斷深入，使氮化硅陶瓷的性能有了很大提高，從而使氧化硅陶瓷刀具在我國迅速發展起來。 陶瓷刀具是以氧化鋁或以氮化硅為基體再加入少量金屬，在高溫下燒結而成的一種刀具材料。陶瓷刀具具有高硬度、耐磨性、耐熱性、化學穩定性、摩擦系數低、強度與韌性低和熱導率低等特點，由此陶瓷刀具一般適用于在高速下精細加工硬材料。 6 K) j5 R4 F) d, a) ?1 t
4、超硬質刀具 超硬質刀具是現代工程材料的加工在硬度方面提出的更高的要求而應運而生的，超硬材料的化學成分及其形成硬度的規律或其他刀具材料不同。現代刀具材料高速鋼、硬質合金、陶瓷的主要硬質成分是碳化物、氧化物、氮化物這些化合物的硬度高達3000HV，加上粘結物質其總體硬度在2000HV以下，對于現代工程材料的加工在某些情況下，上述刀具材料的硬度已無法滿足需求，于是就產生了超硬質刀具材料。 超硬質刀具材料有很多種如金剛石、立方氮化硼等，它具有優異的機械性能，物理性能和其他性能，其中有些性能適合于刀具，具有很高的硬度，良好的導熱性，較高的楊氏模量，熱膨脹很小，較小的密度和較低的斷裂韌性。 ) z8 y4 ?" _1 h+ Q0 F/ T3 M1 [
其中立方氮化硼具有較高硬度，高熱和穩定性，對鐵族元素呈惰性故最適合制作切削各種淬硬質鋼（碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼等）各種鐵基、鎳基、鈷基和其他熱噴涂（焊）零件。 & k9 ^2 a/ W7 P% s* U) a6 t
金剛石具有較高的硬度及其他優異性，他制作的刀具應用范圍更廣泛，可以加工各種難加工的材料，非難加工材料，但天然金剛石價格昂貴，主要用于有色金屬及非金屬的精密加工。超硬質材料由于性能優越，應用范圍不斷擴大，已經從金屬加工發展到光學玻璃加工，石材加工，陶瓷加工等傳統加工難進行的領域對各種工業的發展將起到巨大推動作用。
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隨著現代社會的進步和科學技術的日新月異，機械材料加工對刀具的材料要求也越來越高，因此，熟練掌握了解各種刀具的使用及材料的特點，才能更好的選擇和正確使用刀具，制造出更加精確的零件。 $ |# G& @5 W2 L: x& a6 F; A0 {& t- y; |
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發表于 2017-9-27 09:32:35
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