切削刀具及其材料(精)
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数控刀具材料及选用,再也不用盲目选刀加工设备与高性能的数控刀具相配合,才能充分发挥其应有的效能,取得良好的经济效益。
随着刀具材料迅速发展,各种新型刀具材料,其物理、力学性能和切削加工性能都有了很大的提高,应用范围也不断扩大。
一. 刀具材料应具备基本性能刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。
刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用。
因此,刀具材料应具备如下一些基本性能:(1) 硬度和耐磨性。
刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度,一般要求在60HRC以上。
刀具材料的硬度越高,耐磨性就越好。
(2) 强度和韧性。
刀具材料应具备较高的强度和韧性,以便承受切削力、冲击和振动,防止刀具脆性断裂和崩刃。
(3) 耐热性。
刀具材料的耐热性要好,能承受高的切削温度,具备良好的抗氧化能力。
(4) 工艺性能和经济性。
刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能;磨削加工性能等,而且要追求高的性能价格比。
二.刀具材料的种类、性能、特点、应用1.金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用金刚石是碳的同素异构体,它是自然界已经发现的最硬的一种材料。
金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能,在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。
尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中,金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。
可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。
⑴金刚石刀具的种类①天然金刚石刀具:天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了,天然单晶金刚石刀具经过精细研磨,刃口能磨得极其锋利,刃口半径可达0.002靘,能实现超薄切削,可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度,是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。
②PCD金刚石刀具:天然金刚石价格昂贵,金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶金刚石(PCD),自20世纪70年代初,采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石(Polycrystauinediamond,简称PCD刀片研制成功以后,在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石所代替。
各种刀片用途及钢料刀片是一种常见的切割工具,广泛应用于不同领域,包括日常生活中的厨房刀具、手术刀、行业中的工艺刀具和工业切割工具等。
不同的刀片使用不同的钢材制成,以满足各种不同的应用需求。
以下是几种常见的刀片和它们的用途以及使用的钢料。
1.厨房刀片厨房刀片用于食物的切割和加工,一般分为切菜刀、剁刀、刨刀、水果刀等。
这些刀片通常使用不锈钢制成,因为它具有耐腐蚀性能,不会对食物产生有害物质。
常用的不锈钢材料有420不锈钢、440不锈钢等。
2.医疗手术刀片手术刀片用于医疗领域的手术操作,要求具有尖锐度和消毒性能。
医疗手术刀片一般使用高碳不锈钢材料制成,如17-4PH不锈钢或440C不锈钢。
这些钢材具有高硬度和耐腐蚀性能,适合进行手术操作。
3.工艺刀具工艺刀具广泛应用于手工艺品制作、纸艺、编织、剪纸等领域。
常见的工艺刀具包括割刀、雕刻刀、裁缝剪等。
这些刀片通常使用高碳钢或合金钢制成,提供良好的切削性能和耐磨性。
4.工业切割工具工业切割工具用于工业生产中的金属切削和加工,包括圆锯片、金属刀片、铣刀等。
这些刀片通常使用硬质合金制成,如钨钛合金、维氏硬质合金等。
这些合金钢具有高硬度和耐磨性,可以进行高速切削和长时间使用。
除了上述常见的刀片和钢材,还有一些特殊应用的刀片和钢材。
例如:5.石材切割刀片石材切割刀片用于石材的切割和加工,常见的刀片有连续刀片和分割刀片。
这些刀片通常使用硬质合金制成,以应对石材高硬度和高磨损的特点。
6.纸张切割刀片纸张切割刀片用于印刷和纸加工领域,要求刀片锋利度高且不易磨损。
这些刀片通常使用高速钢制成,因为高速钢具有高硬度和热稳定性。
总体而言,不同的刀片具有不同的用途和要求,因此需要使用不同材料制作以满足需求。
选择适当的刀片和合适的钢材对于切削质量和使用寿命都非常重要。
车床常用的刀具材料及其用途车床常用的刀具材料及其用途车床车刀切削部分在切削过程中连续经受强烈的摩擦,切削温度很高,并同时承受很大的切削力及冲击力,所以作为车刀切削部分的材料必须真备良好的切削性能,要具有硬度高(冷硬性)、耐磨性好、耐高温(红硬性),并具有足够的强度和韧性。
(1)高速钢高速钢是一种含有钨(W)、铬(Cr)、钒(V)、钼(Mo)等合金元素的高合金工其钢。
高速钢刀具制造简单,刃磨方便,切削刃锋利,而且韧性较好,能承受较大的冲击万,因此常用子加工一些冲击性较犬、形状不规则的工件。
高速钢也常作为精加工车刀(如宽刃天进给的车刀、梯形螺纹精车力等)以及成型车力的材料。
但高速钢的耐热性较差(600~660℃),因此不能用子高速切削。
常见的普通高速钢有两种,钨系高速钢典型牌号为W18Cr4V和钨钼系高速钢典型牌号为W6Mo5Cr4V2。
(2)硬质合金硬质合金是高硬度、难熔的金属化合物粉末,加钴(Co)、钼(Mo)等作为黏结剂烧结而成的粉末冶金制品。
硬质合金能耐高温,即使在100o℃左右仍能保持良好的切削性能,耐磨性也很好,常温下硬度很高,而且具有一定的使用强度,是目前我国应用泛的刀具材料之一。
硬质合金按其成分不同,可分为钨钴类、钨钛钴类、钨但钴类和钨钛但钴类。
①钨钴类硬质合金:它的以YG表示。
这类硬质合金的韧性较好,硬度和耐热性较低,因此适合于加工铸铁、青铜等脆性材料或冲击性较大的工件。
钨钴类硬质合金按不同的含钴量,分为YG3、YG6、YG8等多种牌号。
YG8适合于粗加工,YG6适谷子半精加工,YG3适合于精加工。
②钨钛钴类硬质合金:它的以YT表示。
这类硬质合金的耐磨性较好,能承受较高的切削温度,所以适合于加工碳钢、合金钢等塑性金属或其他韧性较大的塑性材料。
因为它性脆,不耐冲击,所以不宜加工脆性材料。
钨钛钴类硬质合金按不同的含碳化钛量,分为YT5、YT15、YT3o等几种牌号。
YT5适合子粗加工,YT15适合于半精加工和精加工,YT3o适合于精加工。
金切基础:刀具材料及刀具构造刀具是由切削部分和夹持部分组成。
夹持部分是用来将刀具夹持在机床上的部分,要求它能保证刀具正确的工作位置,传递所需要的运动和动力,并且夹固可靠,装卸方便。
切削部分是刀具上直接参加切削工作的部分,刀具切削性的优劣,取决于切削部分的材料、角度和结构。
一.刀具材料1.对刀具材料的基本要求刀具材料是指切削部分的材料。
它在高温下工作,并要承受较大的压力、摩擦、冲击和振动等,因此应具备以下基本性能。
(1)较高的硬度刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度,常温硬度一般在60HRC以上。
(2)有足够的强度和韧性,以承受切削力、冲击和振动。
(3)有较好的耐磨性,以抵抗切削过程中的磨损,维持一定的切削时间。
(4)较高的耐热性,以便在高温下仍能保持较高硬度,又称为红硬性或热硬性。
(5)有较好的工艺性,以便于制造各种刀具。
工艺性包括锻造、轧制、焊接、切削加工、磨削加工和热处理性能等。
目前尚没有一种刀具材料能全面满足上述要求。
因此,必须了解常用刀具材料的性能和特点,以便根据工件材料的性能和切削要求,选用合适的刀具材料。
2. 常用的刀具材料目前在切削加工中常用的刀具材料有:碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷材料等。
(1)碳素工具钢含碳量较高的优质钢,淬火后硬度较高、价廉,但耐热性较差。
(2)合金工具钢在碳素工具钢中加入少量的Cr、W、Mn、Si等元素,形成合金工具钢。
常用来制造一些切削速度不高或手工工具,如锉刀、锯条、铰刀等。
目前生产中应用最广的刀具材料是高速钢和硬质合金。
(3)高速钢它是含W、Cr、V等合金元素较多的合金工具钢。
它的耐热性、硬度和耐磨性虽低于硬质合金,但强度和韧度却高于硬质合金,工艺性较硬质合金好,而且价格也比硬质合金低。
W18Cr4V是国内使用最为普遍的刀具材料,广泛地用于制造各种形状较为复杂的刀具,如麻花钻、铣刀、拉刀、齿轮刀具和其他成形刀具等。
(4)硬质合金它是以高硬度、高熔点的金属碳化物(WC、TiC等)作基体,以金属Co等作粘结剂,用粉末冶金的方法而制成的一种合金。
刀具及切削参数选择在进行切削加工时,刀具及切削参数的选择是非常重要的。
刀具的选择取决于工件的材料、加工方式和所需的加工质量,而切削参数的选择则直接影响到切削效率、加工质量和工具寿命。
下面将详细介绍刀具及切削参数的选择要点。
首先,刀具的选择应根据工件的材料来确定。
不同材料的硬度、耐磨性和塑性等性质会对刀具的选择产生影响。
常用的刀具材料有高速钢、硬质合金和陶瓷等。
高速钢刀具适用于切削低硬度的材料,如铸铁、铝等。
硬质合金刀具具有较好的耐磨性和硬度,适用于切削高硬度材料,如钢和钛合金等。
陶瓷刀具具有良好的高温硬度和耐磨性,适用于切削高硬度和高温材料。
其次,根据加工方式来选择刀具的类型。
常见的刀具类型有立铣刀、立铣刀、钻头、螺纹刀和车刀等。
立铣刀适用于平面和立面的铣削加工。
立铣刀适用于开槽和切割加工。
钻头适用于孔加工。
螺纹刀适用于螺纹加工。
车刀适用于车削加工。
再次,切削参数的选择要考虑切削效率、加工质量和刀具寿命的平衡。
常见的切削参数有切削速度、进给速度和切削深度等。
切削速度是刀具切削的线速度,影响切削热的产生和刀具寿命。
一般来说,当工件材料硬度较高时,切削速度应适当降低。
进给速度是工件在单位时间内移动的距离,影响切削力和加工质量。
一般来说,较高的进给速度可以提高切削效率,但过高的进给速度会增加切削力和工具磨损。
切削深度是刀具在每次切割时进入工件的距离,影响切削力和切削热的产生。
较大的切削深度可以提高切削效率,但会增加切削力和工具磨损。
此外,还应考虑冷却润滑剂的选择和使用。
合适的冷却润滑剂可以降低切削热的产生,减小工具磨损,提高加工质量。
综上所述,刀具及切削参数的选择需要考虑工件材料、加工方式和所需加工质量。
合理选择刀具类型和切削参数可以提高切削效率、加工质量和工具寿命。
在实际应用中,还需要根据具体情况进行调整和优化。
一、车刀材料在切削过程中,刀具的切削部分要承受很大的压力、摩擦、冲击和很高的温度。
因此,刀具材料必须具备高硬度、高耐磨性、足够的强度和韧性,还需具有高的耐热性(红硬性),即在高温下仍能保持足够硬度的性能。
常用车刀材料主要有高速钢和硬质合金。
1.高速钢高速钢又称锋钢、是以钨、铬、钒、钼为主要合金元素的高合金工具钢。
高速钢淬火后的硬度为HRC63~67,其红硬温度550℃~600℃,允许的切削速度为25~30m/min。
高速钢有较高的抗弯强度和冲击韧性,可以进行铸造、锻造、焊接、热处理和切削加工,有良好的磨削性能,刃磨质量较高,故多用来制造形状复杂的刀具,如钻头、铰刀、铣刀等,亦常用作低速精加工车刀和成形车刀。
常用的高速钢牌号为W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2两种。
2.硬质合金硬质合金是用高耐磨性和高耐热性的WC(碳化钨)、TiC(碳化钛)和Co(钴)的粉末经高压成形后再进行高温烧结而制成的,其中Co起粘结作用,硬质合金的硬度为HRA89~94(约相当于HRC74~82),有很高的红硬温度。
在800~1000℃的高温下仍能保持切削所需的硬度,硬质合金刀具切削一般钢件的切削速度可达100~300m/min,可用这种刀具进行高速切削,其缺点是韧性较差,较脆,不耐冲击,硬质合金一般制成各种形状的刀片,焊接或夹固在刀体上使用。
常用的硬质合金有钨钴和钨钛钴两大类:(1)钨钴类(YG)由碳化钨和钴组成,适用于加工铸铁、青铜等脆性材料。
常用牌号有YG3、YG6、YG8等,后面的数字表示含钴量的百分比,含钴量愈高,其承受冲击的性能就愈好。
因此,YG8常用于粗加工,YG6和YG3常用于半精加工和精加工。
(2)钨钛钴类(YT)由碳化钨、碳化钛和钴组成,加入碳化钛可以增加合金的耐磨性,可以提高合金与塑性材料的粘结温度,减少刀具磨损,也可以提高硬度;但韧性差,更脆、承受冲击的性能也较差,一般用来加工塑性材料,如各种钢材。
常用刀具材料的种类及其特性碳素工具钢优点:碳素工具钢生产成本较低,原材料来源方便;易于冷、热加工,在热处理后可获得相当高的硬度;在工作受热不高的情况下,耐磨性也较好。
缺点:淬透性差,需要用水、盐水或碱水淬火,畸变和开裂倾向性大,耐磨性和热强度都很低。
常用牌号:T7、T8、T8Mn、T10、T11、T12。
应用:碳含量较低的T7钢具有良好的韧性,但耐磨性不高,适于制作切削软材料的刃具和承受冲击负荷的工具,如木工工具、镰刀、凿子、锤子等。
T8钢具有较好的韧性和较高的硬度,适于制作冲头、剪刀,也可制作木工工具。
锰含量较高的T8Mn钢淬透性较好,适于制作断口较大的木工工具、煤矿用凿、石工凿和要求变形小的手锯条、横纹锉刀。
T10钢耐磨性较好,应用范围较广,适于制作切削条件较差、耐磨性要求较高的金属切削工具,以及冷冲模具和测量工具,如车刀、刨刀、铣刀、搓丝板、拉丝模、刻纹凿子、卡尺和塞规等。
T12钢硬度高、耐磨性好,但是韧性低,可以用于制作不受冲击的,要求硬度高、耐磨性好的切削工具和测量工具,如刮刀、钻头、铰刀、扩孔钻、丝锥、板牙和千分尺等。
T13钢是碳素工具钢中碳含量最高的钢种,其硬度极高,但韧性低,不能承受冲击载荷,只适于制作切削高硬度材料的刃具和加工坚硬岩石的工具,如锉刀、刻刀、拉丝模具、雕刻工具等。
高速钢优点:避免了熔炼法生产所造成的碳化物偏析而引起机械性能降低和热处理变形。
高速钢强度、韧性均好,刃磨后切削刃锋利,质量稳定强度较好,可磨性好,可用普通钢玉砂轮磨削。
缺点:价格高,耐热性中等,热塑性差。
主要种类:高速钢是一种复杂的钢种,含碳量一般在0.70~1.65%之间。
含合金元素量较多,总量可达10~25%。
按所含合金元素不同可分为:①钨系高速钢(含钨9~18%);②钨钼系高速钢(含钨5~12%,含钼2~6%);③高钼系高速钢(含钨0~2%,含钼5~10%);④钒高速钢,按含钒量的不同又分一般含钒量(含钒1~2%)和高含钒量(含钒2.5~5%)的高速钢;⑤钴高速钢(含钴5~10%)。
刀具的材料及其应具备的性能刀具是一种用于切割、加工、修整和雕刻物体的工具。
不同的刀具需要具备不同的性能来满足其特定的用途。
刀具的性能主要与其材料有关,下面将介绍几种常见的刀具材料以及它们应具备的性能。
1. 碳钢(Carbon Steel):碳钢是最常见的刀具材料之一,由含有约0.6-1.5%的碳和其他合金元素组成。
碳钢具有下列性能:-高硬度:碳钢具有较高的硬度,使其能够保持边缘的锋利性。
-良好的切削性能:碳钢能够轻松切削不同的材料,如木材、塑料和金属等。
-易锻造和加工:碳钢易于锻造和加工成各种形状和尺寸的刀具。
-容易锈蚀:碳钢容易受潮气的侵蚀,所以需要定期保养和防锈处理。
2. 不锈钢(Stainless Steel):不锈钢是含有铬和其他合金元素的钢材,具有以下性能:-抗腐蚀性:不锈钢具有较强的耐腐蚀能力,能够在潮湿和酸性环境下保持刀具的品质。
-高硬度:通过添加其他合金元素,不锈钢能够提高其硬度,使刀具更耐磨损。
-容易磨削:不锈钢容易磨削成锋利的边缘,保持切削效果。
-昂贵:不锈钢价格较高,通常比碳钢刀具更昂贵。
3. 高速钢(High-Speed Steel):高速钢是一种特殊的钢材,其中添加了钨、钼、钴、铬等合金元素,具有如下性能:-高硬度和耐磨性:高速钢具有较高的硬度和耐磨性,适用于高速切削和切割工具。
-耐高温性:高速钢可以工作在高温下而不失去硬度,适用于高温切割和冷剪切。
-良好的韧性:高速钢具有较好的韧性,能够承受较大的冲击和压力,不易折断。
此外,还有一些刀具常用的材料,如陶瓷、金刚石和刚玉等,它们具有特殊的性能和用途,适用于特定的切削和加工需求。
总的来说,刀具的材料应具备一定的硬度、切削性能、耐磨损性和耐腐蚀性,以保持刀具的长期使用寿命和工作效率。
不同材料的刀具适用于不同的工艺和材料,用户在选择刀具时应根据具体需求和应用场景来进行选择。
同时,对于不同材料的刀具,还需要注意保养和维护,以延长其使用寿命。
刀具材料应具备的性能及常用材料刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素,对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。
使用碳工具钢作为刀具材料时,切削速度只有10m/min左右;20世纪初出现了高速钢刀具材料,切削速度提高到每分钟几十米;30年代出现了硬质合金,切削速度提高到每分钟一百多米至几百米;当前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出现,使切削速度提高到每分钟一千米以上;被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。
一刀具材料应具备的性能性能优良的刀具材料,是保证刀具高效工作的基本条件。
刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作,应具备如下的基本要求。
高硬度和高耐磨性刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属,这是刀具材料必备的基本要求,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,但由于切削条件较复杂,材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。
足够的强度与冲击韧性强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。
一般用抗弯强度来表示。
冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力,一般地,硬度越高,冲击韧性越低,材料越脆。
硬度和韧性是一对矛盾,也是刀具材料所应克服的一个关键。
高耐热性耐热性又称红硬性,是衡量刀具材料性能的主要指标。
它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。
良好的工艺性和经济性为了便于制造,刀具材料应有良好的工艺性,如锻造、热处理及磨削加工性能。
当然在制造和选用时应综合考虑经济性。
当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵,但其使用寿命很长,在成批大量生产中,分摊到每个零件中的费用反而有所降低。
因此在选用时一定要综合考虑。
二常用刀具材料常用刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料,目前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、相等合金元素的高合金工具钢,有良好的综合性能。
切割刀片的材质分类和说明介绍国外高速切削刀具材料的进展和应用高速切削时, 对不同的工件材料选用与其合理匹配的刀具材料和允许的切削条件, 才能取得最佳的切削效果。
据此, 针对目前生产中普遍应用的铝合金、铸铁、钢及合金和耐热合金等的高速切削, 已发展的刀具材料主要有: 金刚石、立方氮化硼、陶瓷刀具、涂层刀具和TiC (N) 基硬质合金刀具(金属陶瓷) 等。
金刚石刀具金刚石刀具分为天然金刚石和人造金刚石刀具。
天然金刚石具有自然界物质中最高的硬度和导热系数。
但由于价钱昂贵, 加工、焊接都超级困难, 除少数特殊用途外( 如腕表精密零件、光饰件和首饰雕刻等加工) , 很少作为切削工具应用在工业中。
随着高技术和超精密加工日趋发展, 例如微型机械的微型零件, 原子核反映堆及其它高技术领域的各类反射镜、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, 单晶天然金刚石能知足上述要求。
最近几年来开发了多种化学机理研磨金刚石刀具的方式和保护气氛钎焊金刚石技术, 使天然金刚石刀具的制造进程变得比较简易, 因此, 在超精密镜面切削的高技术应用领域, 天然金刚石起到了重要作用。
20 世纪50 年代利用高温高压技术人工合成金刚石粉以后, 70 年代制造出金刚石基的切削刀具即聚晶金刚石(PCD) , PCD 晶粒呈无序排列状态, 不具方向性, 因此硬度均匀。
它有很高的硬度(8000~ 12000HV) 和导热性, 低的热胀系数, 高的弹性模量和较低的摩擦系数, 刀刃超级锋利。
它可加工各类有色金属和极耐磨的高性能非金属材料, 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。
PCD 刀具所含金刚石晶粒平均尺寸不同, 对性能产生的影响也不同, 晶粒尺寸越大, 其耐磨性越高。
在相近的刃口加工量下, 晶粒尺寸越小, 则刃口质量越好。
例如, 选用晶粒尺寸10~ 25Lm 的PCD刀具, 可以500~ 1500m/ min的高速粒尺寸8~ 9Lm 的PCD 加工Si 含量小于12% 的铝合金; 晶粒尺寸4~ 5Lm 的PCD 加工塑料、木材等。