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高硬度铸铁常见问题及切削高硬度铸铁的刀具材料

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现代切削刀具及加工技术 2015.06
华菱超硬：专业硬材料加工工具的领导者，致力让世界不再有难加工的材料
高硬度铸铁常见问题及切削高硬度铸铁的刀具材料
一、高硬度铸铁的应用及常见问题
1、高硬度铸铁应用
高硬度铸铁良好的性能使它在生产生活中应用广泛。高硬度铸铁大致可以
分为高铬铸铁、白口铸铁、镍硬铸铁、耐磨铸铁、高镍合金铸铁、高铬铸铁等。
其中高铬铸铁在采矿、水泥、电力、筑路机械、耐火材料等行业应用广泛；
镍硬铸铁则适合轧锟、车轮等零件；耐磨铸铁主要用来生产机床导轨、轴承等
零件；高镍合金铸铁因其有良好的耐磨性，广泛应用于磨球、平盘磨辊套和E
型磨环等部件的生产。
2、高硬度铸铁的常见问题
铸铁件上的硬质点、气孔、夹砂等确实给加工过程带来一些问题，加快了
刀具的磨损或造成刀具破损，特别在流水线上大批量加工铸铁件时，刀具的损
坏或快速磨损会打乱流水线的工作节拍，降低生产效率；大型铸铁件表面精加
工时，中途换刀会影响加工质量。
由于铸铁件的使用量极大，加工成本的降低或效率的提高，均能带来相当
可观的收入。因而人们便企盼用更好的刀具材料来车削铸铁件，以降低加工成
本或提高加工效率。目前切削高硬度铸铁的刀具材料主要有硬质合金刀具，陶
瓷刀具，立方氮化硼刀具这三种，下面一一介绍以上三种刀具的使用性能。

二、切削高硬度铸铁的刀具材料
（1）硬质合金刀具：
近年来轧辊的生产比例不断增加，有的品种轧辊辊身的硬度都在HSD90以
上，刚开始加工铸铁轧辊由于硬度要求不是特别高，硬质合金刀具可以满足加
工要求，常用刀具牌号有YG6，YG6X。但是随着轧辊硬度强度的提高，使用这
些普通的硬质合金刀具加工高硬度的轧辊表面，不但硬质合金焊接刀头加工工
序特复杂，刀头易磨损，点、气孔出现崩刃。由于刀片的不耐磨经常更换刀刃
总体加工效率不是很理想。
（2）陶瓷刀具：
由于轧辊辊身硬度提高，硬质合金刀具加工不了，之后又研发出陶瓷刀具，
陶瓷刀片具有高硬度和耐磨性好，热稳定性好，抗氧化，适合高硬度材料的加
工。但陶瓷刀具对冲击和震动载荷比较敏感，所以要求车床要有良好的刚性，
足够的功率和转速，陶瓷刀具自身缺陷是脆性大，横向断裂强度低，承受冲击
载荷能力弱。基于这点，陶瓷刀具仅适合于切削硬度低于HRC55和采用小进给
量时，但轧辊毛坯一般伴随着气孔，沙眼，包砂等铸造缺陷，使用陶瓷刀具时
会容易崩刀。
（3）CBN刀具：
基于以上刀具的缺陷不能够适应现今高硬度铸铁件的加工和使用，之后人
们通过不断的研究、实践。研制出硬度仅此于金刚石刀具的CBN刀具，是目前
加工黑色领域中最好的刀具。华菱超硬CBN刀具BN-K1牌号切削高硬度铸铁时
表现出良好的加工性能。华菱超硬CBN刀具BN-K1牌号具有较好的切削性能，
较高的硬度，抗断裂性和耐磨性及良好的热稳定性，刀具能够大幅度的提高轧
辊辊身表面的切削效率。
现代切削刀具及加工技术 2015.06
华菱超硬：专业硬材料加工工具的领导者，致力让世界不再有难加工的材料
下面就简单介绍一下华菱超硬CBN刀具BN-K1牌号切削高硬度铸铁的案例
及切削参数。

三、华菱超硬CBN刀具BN-K1牌号切削高硬度铸铁的案例
1、华菱超硬CBN刀具BN-K1牌号加工泵零件的案例（如下图）：

加工材料：高铬白口铸铁Cr26；
材料硬度：60HRC；
加工零件：耐磨耐蚀工业泵叶轮、泵体等；
刀具牌号：BN-K1 ；
切削参数：ap=3.5mm，
Fr=0.1mm/r，
Vc=75m/min；
加工方式：干式切削。
加工效果：华菱超硬BN-K1牌号与陶瓷刀片相比（如下图）：

2、华菱超硬CBN刀具BN-K1牌号切削高硬度铸铁轧辊案例（如下图）：

加工材料：高镍铬合金铸铁轧辊；
现代切削刀具及加工技术 2015.06
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工件硬度：HSD80；
刀具牌号：BN-K1；
切削参数：ap=4mm；Fr=1mm/r；Vc=55m/min；
加工方式：干式切削。
加工效果：华菱超硬CBN刀具BN-K1牌号与欧系品牌陶瓷刀片的对比（如
下图）：

四、结论
随着技现代技术的不断发展，机械制造商多采用性能好的高硬度铸铁作为
工件的主要材料，对于刀具行业来说，只有正确的选择刀具材料和切削参数，
才能有效的解决高硬度铸铁工件时产生的问题，并进一步的推动了机械制造业
的发展。

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金属切削刀具及选择

金属切削刀具及选择

同样条件下可以采用较大的前角， 提高了刀具耐用度。
主要用于硬质合金刀具和陶瓷刀具，加 工铸铁等脆性材料。
• C、负前角平面型 （右图） • 特点：切削刃强度较好，
但刀刃较钝，切削变形大。
• 主要用于硬脆刀具材料。加 工高强度高硬度材料，如淬 火钢。
• 图示类型负前角后部加有正 前角，有利于切屑流出。
硬质合金： 由难熔金属化合物（如WC、TiC
）和金属粘结剂（Co）经粉末冶金 法制成。
因含有大量熔点高、硬度高、 化学稳定性好、热稳定性好的金属 碳化物，硬质合金的硬度、耐磨性 和耐热性都很高。硬度可达HRA89 ～93，在800～1000 °C还能承担 切削，耐用度较高速钢高几十倍。 当耐用度相同时，切削速度可提高 4～10倍。
14金属切削刀具及选择数控加工工艺刀具材料刀具材料刀具材料应具备的性能刀具材料的种类其他刀具材料在切削过程中刀具直接切除工件上的余量并形成已加工表面刀具材料对金属切削的生产率成本质量有很大的影响因此要重视刀具材料的正确选择与合理使用
刀具材料
刀具材料
在切削过程中，刀具直接切除工件上的余量并形 成已加工表面，刀具材料对金属切削的生产率、成本、 质量有很大的影响，因此要重视刀具材料的正确选择 与合理使用。
(3) 副后刀面(副后面)：刀具上与工件已加工表面相对并相互作用的表面
(4) 主切削刃：前刀面与主后刀面的交线。承担主要切削工作，它在工件 上切出过渡表面。 (5) 副切削刃：前刀面与副后刀面的交线。它配合主切削刃完成切削工作 ，并最终形成已加工表面。 (6) 刀尖：主切削刃和副切削刃连接处的一段刀刃。它可以是小的线段 或圆弧。刀尖按其连接过渡部分形状不同，分为点状刀尖、修圆刀尖、 倒角刀尖，如图1-5所示。刀尖是刀具切削部分工作条件最恶劣的部位之 一。
难加工材料有哪些

难加工材料有哪些

难加工材料有哪些难加工材料是指那些在加工过程中难以获得理想加工表面质量和形状精度，以及难以获得较高的加工效率的材料。

这些材料通常具有高硬度、高强度、高熔点、高塑性变形抗力、高切削温度等特点。

难加工材料的加工难度主要表现在切削加工、磨削加工和电火花加工等方面。

下面将介绍一些常见的难加工材料。

1. 高硬度合金钢。

高硬度合金钢是一种具有较高硬度和强度的金属材料，通常用于制造刀具、模具等工具。

由于其硬度高，切削加工时易导致刀具磨损严重，加工表面质量难以保证。

2. 耐磨铸铁。

耐磨铸铁是一种具有较高硬度和耐磨性能的铸铁材料，常用于制造耐磨零件。

在磨削加工过程中，由于其硬度高、磨损性能好，磨削难度大，加工效率低。

3. 钛合金。

钛合金是一种具有优良的耐腐蚀性能和高强度重量比的金属材料，广泛应用于航空航天、航空发动机、航空航天器等领域。

由于其熔点高、塑性变形抗力大，切削加工难度大，易引起刀具磨损严重。

4. 陶瓷材料。

陶瓷材料具有优良的耐磨、耐腐蚀性能，常用于制造高温零部件、切削工具等。

然而，由于其脆性大、导热性差，磨削加工难度大，易导致加工表面裂纹和破损。

5. 难加工不锈钢。

难加工不锈钢是一种具有较高硬度和耐腐蚀性能的不锈钢材料，常用于制造化工设备、食品加工设备等。

由于其切削性能差，易导致刀具磨损，加工难度大。

6. 高硬度陶瓷。

高硬度陶瓷是一种具有极高硬度和耐磨性能的材料，常用于制造切削工具、轴承零件等。

然而，由于其脆性大、导热性差，磨削加工难度大，加工效率低。

综上所述，难加工材料主要包括高硬度合金钢、耐磨铸铁、钛合金、陶瓷材料、难加工不锈钢和高硬度陶瓷等。

这些材料在加工过程中具有较高的硬度、强度和耐磨性能，因此加工难度大，加工效率低。

针对这些材料的加工难题，需要采用合适的切削工艺、磨削工艺和电火花加工工艺，以提高加工质量和效率。

刀具材料

刀具材料


补充一些常用牌号: 高碳高速钢: W18Cr4V(9W18) , W6Mo5Cr4V2(CM2) 其碳的质量分数从普通高速钢的0.7％～0.8％增加 到0. 9％～l .0%，使常温硬度提高到66～68HRC， 600°c时高温硬度提高到51～52HRC。适用于耐磨 性要求高的铰刀、锪钻，丝锥以及加工较硬材料 (220～250HBS)的刀具。
含铝高速钢
铝高速钢W6M05cr4V2A1(简称501)和 W10M04Cr4V3Al(简称5F一6)是我国独创的新钢 种，这种钢常温硬度为67～69HRC，600°C高温 时硬度为54～55HRc，切削性能相当于钻高速钢 M42，刀具寿命比W18cr4V显著提高(至少1～2 倍)，而价格却相差不多，用这种钢做的齿轮滚刀 允许l 67m／s的切削速度。
2、 高速钢
概念：高速钢是一种含钨(w)、钼(Mo)、铬(cr)、钒 (V)等合金元素较多的合金工具钢。 以重量计其碳的质量分数为0.7%～1．5％，铬 的质量分数约为4%，钨的质量分数和钼的质量分 数为10％～20%，钒的质量分数为1％～5％。 由于合金元素与碳化合形成较多的高硬度碳化 物，如碳化钒，硬度高达2800HV，且晶粒细小， 分布均匀。而且合金元素和碳原子结合力很强，提 高了马氏体受热时的稳定性。
高钒高速钢 W6Mo5Cr4V3、W12Cr4V4Mo 高钒高速钢质量分数在3％～5％，由于形成 大量高硬度耐磨的碳化钒弥散在钢中，提高 了高速钢的耐磨性，且能细化晶粒和降低钢 的过热敏感性。
3） 粉末冶金高速钢 是20世纪70年代开发的新型刀具材料， 其工艺方法是用高压惰性气体（氩气 或氮气）或高压水雾化高速钢水得到 细小的高速钢粉末，再经热压制成刀 具毛坯。
钴高速钢
M42(W2MO9Cr4VCO8) 和 W10MO4Cr4V3CO10
锻打40cr材料）的刀具

锻打40cr材料）的刀具

铣削锻打40cr材料（淬硬钢，淬火料，锻打40cr材料）的刀具、立方氮化硼机夹刀片----BN-S20和BN-H20牌号，分别用于粗铣削和精铣削。

该两种牌号铣削刀能有力的提高铣削效率，节约生产时间，减少生产成本。

该刀具也可铣削铣削、铣削，镗铣削调质钢、氮化钢、氮化件、渗碳锻打40cr材料（渗碳锻打40cr材料件）、热处理后的高硬度锻打40cr材料（热后铣削，热后硬铣削）、模具钢（淬火后或调制后的）、20CrMnTi、SUJ2高碳铬轴承钢，Cr12MoV、硬度值在HRC45以上（HRC58，HRC62，HRC60，HRC65等更高硬度的）锻打40cr材料件。

锻打40cr材料时有以下特点：(1)硬度高、强度高，几乎没有塑性：这是锻打40cr材料的主要铣削削特点。

当锻打40cr材料的硬度达到HRC50～60时，属于最难铣削的材料。

(2)切削力大、切削温度高：为了改善切削条件，增大散热面积，刀具选择较小的主偏角和副偏角。

这时会引起振动，要求要有较好的工艺系统刚性。

(3)不易产生积屑瘤：锻打40cr 材料的硬度高、脆性大，铣削铣削易产生积屑瘤，被铣削表面可以获得较低的表面粗糙度。

(4)刀刃易崩碎、磨损：由于锻打40cr材料的脆性大，铣削铣削屑与刀刃接触短，切削力和切削热集中在刀具刃口附近，易使刀刃崩碎和磨损。

(5)导热系数低：一般锻打40cr材料的导热系数为7.12 W/(m?K)，约为45号钢的1/7。

由于锻打40cr材料的导热系数低，切削热很难通过切屑带走，加快了刀具磨损。

PCBN刀具锻打40cr材料时的切削参数1）用PCBN刀具精锻打40cr材料时：淬硬工件硬度高于45HRC，效果最好，工件硬度越高，切削线速度宜取低值，如铣削硬度为70HRC的工件，其切削速度宜选用60-80m/min ；通常在切削硬度为HRC55～65的材料时，CBN刀具的切削速度应在50～120m／min。

铣削时的Vc=100～160m/min，每分钟进给量Vf=70～160mm/min；铰削时Vc= 60～130m/min，ap=0.1～0.2mm，f=0.07～ 0.2mm/r。