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刀具材料的种类、性能、特点、应用

1.金刚石刀具资料的品种、功能以及特色及刀具使用金刚石是碳的同素异构体,它是天然界曾经发明的最硬的一种资料。金…

1.金刚石刀具资料的品种、功能以及特色及刀具使用
金刚石是碳的同素异构体,它是天然界曾经发明的最硬的一种资料。金刚石刀具具备高硬度、高耐磨性以及高导热功能,正在有色金属以及非金属资料加工中失掉普遍的使用。特别正在铝以及硅铝合金高速切削加工中,金刚石刀具是难以替换的次要切削刀具种类。可完成高服从、高波动性、短命命加工的金刚石刀具是古代数控加工中不成短少的紧张东西。

⑴ 金刚石刀具的品种

① 自然金刚石刀具:自然金刚石作为切削刀具已经有上百年的汗青了,自然单晶金刚石刀具颠末精密研磨,刃口能磨患上极端尖利,刃口半径可达0.002μm,能完成超薄切削,能够加工出极高的工件精度以及极低的外表粗拙度,是公认的、抱负的以及不克不及替代的超精细加工刀具。

② PCD金刚石刀具:自然金刚石价钱高贵,金刚石普遍使用于切削加工的仍是聚晶金刚石(PCD),自20世纪70年月初,采纳低温低压分解技能制备的聚晶金刚石(Polycrystauine diamond,简称PCD刀片研制乐成当前,正在良多场所下自然金刚石刀具曾经被天然聚晶金刚石所替代。PCD质料根源丰厚,其价钱只要自然金刚石的多少非常之一至十多少分之一。

PCD刀具没法磨出极端尖利的刃口,加工的工件外表品质也没有如自然金刚石,如今产业中还不克不及便当地制作带有断屑槽的PCD刀片。因而,PCD只能用于有色金属以及非金属的精切,很难到达超精细镜面切削。

③ CVD金刚石刀具:自从20世纪70年月末至80年月初,CVD金刚石技能正在日本呈现。CVD金刚石是指用化学气相堆积法(CVD)正在异质基体(如硬质合金、陶瓷等)上分解金刚石膜,CVD金刚石具备与自然金刚石完整相反的构造以及特征。

CVD金刚石的功能与自然金刚石比拟非常靠近,兼有自然单晶金刚石以及聚晶金刚石(PCD)的长处,正在必定水平上又克制了它们的缺乏。

⑵ 金刚石刀具的功能特色

① 极高的硬度以及耐磨性:自然金刚石是天然界曾经发明的最硬的物资。金刚石具备极高的耐磨性,加工高硬度资料时,金刚石刀具的寿命为硬质合金刀具的lO~100倍,乃至高达多少百倍。
② 具备很低的磨擦系数:金刚石与一些有色金属之间的磨擦系数比其余刀具都低,磨擦系数低,加工时变形小,可减小切削力。
③ 切削刃十分尖利:金刚石刀具的切削刃能够磨患上十分尖利,自然单晶金刚石刀具可高达0.002~0.008μm,能停止超薄切削以及超精细加工。
④ 具备很高的导热功能:金刚石的导热系数及热分散率高,切削热简单散出,刀具切削局部温度低。
⑤ 具备较低的热收缩系数:金刚石的热收缩系数比硬质合金小多少倍,由切削热惹起的刀具尺寸的变革很小,这对于尺寸精度请求很高的精细以及超精细加工来讲尤其紧张。

⑶ 金刚石刀具的使用

金刚石刀具多用于正在高速下对于有色金属及非金属资料停止精密切削及镗孔。合适加工各类耐磨非金属,如玻璃钢粉末冶金毛坯,陶瓷资料等;各类耐磨有色金属,如各类硅铝合金;各类有色金属光整加工。

金刚石刀具的缺乏的地方是热波动性较差,切削温度超越700℃~800℃时,就会完整得到其硬度;别的,它没有适于切削玄色金属,由于金刚石(碳)正在低温下简单与铁原子感化,使碳原子转化为石墨构造,刀具极易破坏。

2.立方氮化硼刀具资料的品种、功能以及特色及刀具使用

用与金刚石制作办法类似的办法分解的第二种超硬资料—立方氮化硼(CBN),正在硬度以及热导率方面仅次于金刚石,热波动性极好,正在年夜气中加热至10000C也没有发作氧化。CBN关于玄色金属具备极其波动的化学功能,能够普遍用于钢铁成品的加工。

⑴ 立方氮化硼刀具的品种

立方氮化硼(CBN)是天然界中没有存正在的物资,有单晶体以及多晶体之分,即CBN单晶以及聚晶立方氮化硼(Polycrystalline cubic bornnitride,简称PCBN)。CBN是氮化硼(BN)的同素异构体之一,构造与金刚石类似。

PCBN(聚晶立方氮化硼)是正在低温低压下将微细的CBN资料经过分离相(TiC、TiN、Al、Ti等)烧结正在一同的多晶资料,是今朝应用野生分解的硬度仅次于金刚石的刀具资料,它与金刚石统称为超硬刀具资料。PCBN次要用于制造刀具或者其余东西。

PCBN刀具可分为全体PCBN刀片以及与硬质合金复合烧结的PCBN复合刀片。
PCBN复合刀片是正在强度以及韧性较好的硬质合金上烧结一层O.5~1.0妹妹厚的PCBN而成的,其功能兼有较好的韧性以及较高的硬度及耐磨性,它处理了CBN刀片抗弯强度低以及焊接坚苦等成绩。

⑵ 立方氮化硼的次要功能、特色
立方氮化硼的硬度虽略次于金刚石,但却远远高于其余高硬度资料。CBN的凸起长处是热波动性比金刚石高很多,可达1200℃以上(金刚石为700~800℃),另外一个凸起长处是化学惰性年夜,与铁元素正在1200~1300℃下也没有起化学反响。立方氮化硼的次要功能特色以下。

① 高的硬度以及耐磨性:CBN晶体构造与金刚石类似,具备与金刚石附近的硬度以及强度。PCBN出格合适于加工畴前只能磨削的高硬度资料,能取得较好的工件外表品质。
② 具备很高的热波动性:CBN的耐热性可达1400~1500℃,比金刚石的耐热性(700~800℃)简直高l倍。PCBN刀具可用比硬质合金刀具高3~5倍的速率高速切削低温合金以及淬硬钢。
③ 优秀的化学波动性:与铁系资料到1200—1300℃时也没有起化学感化,没有会像金刚石那样急剧磨损,这时候它仍能坚持硬质合金的硬度;PCBN刀具合适于切削淬火钢整机以及冷硬铸铁,可普遍使用于铸铁的高速切削。
④ 具备较好的热导性:CBN的热导性固然赶没有上金刚石,可是正在各种刀具资料中PCBN的热导性仅次于金刚石,年夜年夜高于高速钢以及硬质合金。
⑤ 具备较低的磨擦系数:低的磨擦系数可招致切削时切削力减小,切削温度低落,加工外表品质进步。

⑶ 立方氮化硼刀具使用

立方氮化硼适于用来精加工各类淬火钢、硬铸铁、低温合金、硬质合金、外表喷涂资料等难切削资料。加工精度可达IT5(孔为IT6),外表粗拙度值可小至Ra1.25~0.20μm。

立方氮化硼刀具资料韧性以及抗弯强度较差。因而,立方氮化硼车刀没有宜用于低速、打击载荷年夜的粗加工;同时没有合适切削塑性年夜的资料(如铝合金、铜合金、镍基合金、塑性年夜的钢等),由于切削这些金属时会发生严峻的积屑瘤,而使加工外表好转。

3.陶瓷刀具资料的品种、功能以及特色及刀具使用
陶瓷刀具具备硬度高、耐磨功能好、耐热性以及化学波动性优秀等特色,且不容易与金属发生粘接。陶瓷刀具正在数控加工中据有非常紧张的位置,陶瓷刀具已经成为高速切削及难加工资料加工的次要刀具之一。陶瓷刀具普遍使用于高速切削、干切削、硬切削和难加工资料的切削加工。陶瓷刀具能够高效加工传统刀具基本不克不及加工的高硬资料,完成“以车代磨”;陶瓷刀具的最好切削速率能够比硬质合金刀具高2~lO倍,从而年夜年夜进步了切削加工消费服从;陶瓷刀具资料运用的次要质料是地壳中最丰厚的元素,因而,陶瓷刀具的推行使用对于进步消费率、低落加工本钱、俭省计谋性宝贵金属具备非常紧张的意思,也将极年夜增进切削技能的提高。

⑴ 陶瓷刀具资料的品种
陶瓷刀具资料品种普通可分为氧化铝基陶瓷、氮化硅基陶瓷、复合氮化硅一氧化铝基陶瓷三年夜类。此中以氧化铝基以及氮化硅基陶瓷刀具资料使用最为普遍。氮化硅基陶瓷的功能更良好于氧化铝基陶瓷。

⑵ 陶瓷刀具的功能、特色

① 硬度高、耐磨功能好:陶瓷刀具的硬度固然不迭PCD以及PCBN高,但年夜年夜高于硬质合金以及高速钢刀具,到达93-95HRA。陶瓷刀具能够加工传统刀具难以加工的高硬资料,合适于高速切削以及硬切削。
② 耐低温、耐热性好:陶瓷刀具正在1200℃以上的低温下仍能停止切削。陶瓷刀具具备很好的低温力学功能, A12O3陶瓷刀具的抗氧化功能出格好,切削刃即便处于赤热形态,也能延续运用。因而,陶瓷刀具能够完成干切削,从而可省去切削液。
③ 化学波动性好:陶瓷刀具不容易与金属发生粘接,且耐腐化、化学波动性好,可减小刀具的粘接磨损。
④ 磨擦系数低:陶瓷刀具与金属的亲协力小,磨擦系数低,可低落切削力以及切削温度。

⑶ 陶瓷刀具备使用
陶瓷是次要用于高速精加工以及半精加工的刀具资料之一。陶瓷刀具合用于切削加工各类铸铁(灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、冷硬铸铁、高合金耐磨铸铁)以及钢材(碳素构造钢、合金构造钢、高强度钢、高锰钢、淬火钢等),也可用来切削铜合金、石墨、工程塑料以及复合资料。

陶瓷刀具资料功能上存正在着抗弯强度低、打击韧性差成绩,没有适于正在低速、打击负荷下切削。

4.涂层刀具资料的功能以及特色及刀具的使用

对于刀具停止涂层处置是进步刀具功能的紧张道路之一。涂层刀具的呈现,使刀具切削功能有了严重打破。涂层刀具是正在韧性较好刀体上,涂覆一层或者多层耐磨性好的难凝结合物,它将刀具基体与硬质涂层相分离,从而使刀具功能年夜年夜进步。涂层刀具能够进步加工服从、进步加工精度、延伸刀具运用寿命、低落加工本钱。

新型数控机床所用切削刀具中有80%摆布运用涂层刀具。涂层刀具将是此后数控加工范畴中最紧张的刀具种类。

⑴ 涂层刀具的品种

依据涂层办法差别,涂层刀具可分为化学气相堆积(CVD)涂层刀具以及物理气相堆积(PVD)涂层刀具。涂层硬质合金刀具普通采纳化学气相堆积法,堆积温度正在1000℃摆布。涂层高速钢刀具普通采纳物理气相堆积法,堆积温度正在500℃摆布;

依据涂层刀具基体资料的差别,涂层刀具可分为硬质合金涂层刀具、高速钢涂层刀具、和正在陶瓷以及超硬资料(金刚石以及立方氮化硼)上的涂层刀具等。

依据涂层资料的性子,涂层刀具又可分为两年夜类,即“硬”涂层刀具以及 ‘软”涂层刀具。“硬”涂层刀具寻求的次要目的是高的硬度以及耐磨性,其次要长处是硬度高、耐磨功能好,典范的是TiC以及TiN涂层。“软”涂层刀具寻求的目的是低磨擦系数,也称为自光滑刀具,它与工件资料的磨擦系数很低,只要0.1摆布,可减小粘接,加重磨擦,低落切削力以及切削温度。

比来开辟了纳米涂层 (Nanoeoating)刀具。这类涂层刀具可采纳多种涂层资料的差别组合 (如金属/金属、金属/陶瓷、陶瓷/陶瓷等),以满意差别的功用以及功能请求。计划公道的纳米涂层可以使刀具资料具备优良的减摩抗磨功用以及自光滑功能,合适于高速干切削。

⑵ 涂层刀具的特色

① 力学以及切削功能好:涂层刀具将基体资料以及涂层资料的优秀功能分离起来,既坚持了基体杰出的韧性以及较高的强度,又具备涂层的高硬度、高耐磨性以及低磨擦系数。因而,涂层刀具的切削速率比未涂层刀具可进步2倍以上,并答应有较高的进给量。涂层刀具的寿命也失掉进步。
② 通用性强:涂层刀具通用性广,加工范畴明显扩展,一种涂层刀具能够替代数种非涂层刀具运用。
③ 涂层厚度:随涂层厚度的添加刀具寿命也会添加,但当涂层厚度到达饱以及,刀具寿命再也不分明添加。涂层太厚时,易惹起剥离;涂层太薄时,则耐磨功能差。
④ 重磨性:涂层刀片重磨性差、涂层设置装备摆设庞大、工艺请求高、涂层工夫长。
⑤ 涂层资料:差别涂层资料的刀具,切削功能纷歧样。如:低速切削时,TiC涂层据有劣势;高速切削时,TiN 较适宜。

⑶ 涂层刀具的使用

涂层刀具正在数控加工范畴有宏大后劲,将是此后数控加工范畴中最紧张的刀具种类。涂层技能已经使用于立铣刀、铰刀、钻头、复合孔加工刀具、齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、成形拉刀及各类机夹可转位刀片,满意高速切削加工各类钢以及铸铁、耐热合金以及有色金属等资料的需求。

5.硬质合金刀具资料的品种、功能以及特色及使用

硬质合金刀具,出格是可转位硬质合金刀具,是数控加工刀具的主导产物,20世纪80年月以来,各类全体式以及可转位式硬质合金刀具或者刀片的种类曾经扩大到各类切削刀具范畴,此中可转位硬质合金刀具由复杂的车刀、面铣刀扩展到各类精细、庞大、成形刀具范畴。

⑴ 硬质合金刀具的品种

按次要化学成份辨别,硬质合金可分为碳化钨基硬质合金以及碳(氮)化钛(TiC(N))基硬质合金。

碳化钨基硬质合金包含钨钴类(YG)、钨钴钛类(YT)、增加罕见碳化物类(YW)三类,它们各有优缺陷,次要成份为碳化钨 (WC)、碳化钛(TiC)、碳化钽(TaC)、碳化铌(NbC)等,经常使用的金属粘接相是Co。

碳(氮)化钛基硬质合金因此TiC为次要成份(有些参加了其余碳化物或者氮化物)的硬质合金,经常使用的金属粘接相是Mo以及Ni。

ISO(国内规范化构造)将切削用硬质合金分为三类:
K类,包含Kl0~K40,相称于我国的YG类(次要成份为WC.Co)。
P类,包含P01~P50,相称于我国的YT类(次要成份为WC.TiC.Co)。
M类,包含M10~M40,相称于我国的YW类(次要成份为WC-TiC-TaC(NbC)-Co)。
各个商标辨别以01~50之间的数字透露表现从高硬度到最年夜韧性之间的一系列合金。

⑵ 硬质合金刀具的功能特色

① 高硬度:硬质合金刀具是由硬度以及熔点很高的碳化物(称硬质相)以及金属粘结剂(称粘接相)经粉末冶金办法而制成的,其硬度达89~93HRA,远高于高速钢,正在5400C时,硬度仍可达82~87HRA,与高速钢常温时硬度(83~86HRA)相反。硬质合金的硬度值随碳化物的性子、数目、粒度以及金属粘接相的含量而变革,普通随粘接金属相含量的增加而低落。正在粘接相含量相反时,YT类合金的硬度高于YG类合金,增加TaC(NbC)的合金具备较高的低温硬度。

② 抗弯强度以及韧性:经常使用硬质合金的抗弯强度正在900~1500MPa范畴内。金属粘接相含量越高,则抗弯强度也就越高。当粘接剂含量相反时,YG类(WC-Co)合金的强度高于YT类(WC-TiC-Co)合金,并跟着TiC含量的添加,强度低落。硬质合金是脆性资料,常温下其打击韧度仅为高速钢的1/30~1/8。

⑶ 经常使用硬质合金刀具的使用
YG类合金次要用于加工铸铁、有色金属以及非金属资料。细晶粒硬质合金(如YG3X、YG6X)正在含钴量相反时比中晶粒的硬度以及耐磨性要高些,合用于加工一些非凡的硬铸铁、奥氏体没有锈钢、耐热合金、钛合金、硬青铜以及耐磨的绝缘资料等。
YT类硬质合金的凸起长处是硬度高、耐热性好、低温时的硬度以及抗压强度比YG类高、抗氧化功能好。因而,当请求刀具备较高的耐热性及耐磨性时,应选用TiC含量较高的商标。YT类合金合适于加工塑性资料如钢材,但没有宜加工钛合金、硅铝合金。
YW类合金兼具YG、YT类合金的功能,综合功能好,它既可用于加工钢料,又可用于加工铸铁以及有色金属。这种合金如得当添加钴含量,强度可很高,可用于各类难加工资料的粗加工以及断续切削。

6.高速钢刀具的品种以及特色及使用

高速钢(High Speed Steel,简称HSS)是一种参加了较多的W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金东西钢。高速钢刀具正在强度、韧性及工艺性等方面具备优秀的综合功能,正在庞大刀具,特别是制作孔加工刀具、铣刀、罗纹刀具、拉刀、切齿刀具等一些刃形庞大刀具,高速钢仍盘踞次要位置。高速钢刀具易于磨出尖利的切削刃。

按用处差别,高速钢可分为通用型高速钢以及高功能高速钢。

⑴ 通用型高速钢刀具
通用型高速钢。普通可分钨钢、钨钼钢两类。这种高速钢含加(C)为0.7%~0.9%。按钢中含钨量的差别,可分为含W为12%或者18%的钨钢,含W为6%或者8%的钨钼系钢,含W为2%或者没有含W的钼钢。通用型高速钢具备必定的硬度(63-66HRC)以及耐磨性、高的强度以及韧性、杰出的塑性以及加工工艺性,因而普遍用于制作各类庞大刀具。
① 钨钢:通用型高速钢钨钢的典范商标为W18Cr4V,(简称W18),具备较好的综合功能,正在6000C 时的低温硬度为48.5HRC,可用于制作各类庞大刀具。它有可磨削性好、脱碳敏理性小等长处,但因为碳化物含量较高,散布较没有平均,颗粒较年夜,强度以及韧性没有高。
② 钨钼钢:是指将钨钢中的一局部钨用钼替代所取得的一种高速钢。钨钼钢的典范商标是W6Mo5Cr4V2,(简称M2)。M2的碳化物颗粒粗大平均,强度、韧性以及低温塑性都比W18Cr4V好。另外一种钨钼钢为W9Mo3Cr4V(简称W9),其热波动性略高于M2钢,抗弯强度以及韧性都比W6M05Cr4V2好,具备杰出的可加工功能。

⑵ 高功能高速钢刀具

高功能高速钢是指正在通用型高速钢成份中再添加一些含碳量、含钒量及增加Co、Al等合金元素的新钢种,从而可进步它的耐热性以及耐磨性。次要有如下多少年夜类:
① 高碳高速钢。高碳高速钢(如95W18Cr4V),常平和低温硬度较高,适于制作加工平凡钢以及铸铁、耐磨性请求较高的钻头、铰刀、丝锥以及铣刀等或者加工较硬资料的刀具,没有宜接受年夜的打击。
② 高钒高速钢。典范商标,如,W12Cr4V4Mo,(简称EV4),含V进步到3%一5%,耐磨性好,合适切削对于刀具磨损极年夜的资料,如纤维、硬橡胶、塑料等,也可用于加工没有锈钢、高强度钢以及低温合金等资料。
③ 钴高速钢。属含钴超硬高速钢,典范商标,如,W2Mo9Cr4VCo8 ,(简称M42),有很高的硬度,其硬度可达69-70HRC,合适于加工高强度耐热钢、低温合金、钛合金等难加工资料,M42可磨削性好,适于制造精细庞大刀具,但没有宜正在打击切削前提下任务。
④ 铝高速钢。属含铝超硬高速钢,典范商标,如,W6Mo5Cr4V2Al,(简称501),6000C时的低温硬度也到达54HRC,切削功能相称于M42,适合制作铣刀、钻头、铰刀、齿轮刀具、拉刀等,用于加工合金钢、没有锈钢、高强度钢以及低温合金等资料。
⑤ 氮超硬高速钢。典范商标,如,W12M03Cr4V3N,简称(V3N),属含氮超硬高速钢,硬度、强度、韧性与M42相称,可作为含钴高速钢的替换品,用于低速切削难加工资料以及低速高精加工。

⑶ 熔炼高速钢以及粉末冶金高速钢

按制作工艺差别,高速钢可分为熔炼高速钢以及粉末冶金高速钢。

① 熔炼高速钢:平凡高速钢以及高功能高速钢都是用熔炼办法制作的。它们颠末冶炼、铸锭以及镀轧等工艺制成刀具。熔炼高速钢简单呈现的严峻成绩是碳化物偏偏析,硬而脆的碳化物正在高速钢平分布没有平均,且晶粒细小 (可达多少十个微米),对于高速钢刀具的耐磨性、韧性及切削功能发生倒霉影响。
② 粉末冶金高速钢(PM HSS):粉末冶金高速钢(PM HSS)是将高频感到炉熔炼出的钢液,用低压氩气或者纯氮气使之雾化,再急冷而失掉粗大平均的结晶构造(高速钢粉末),再将所患上的粉末正在低温、低压下压抑成刀坯,或者先制成钢坯再颠末铸造、轧制成刀具外形。与熔融法制作的高速钢比拟,PM HSS具备长处是:碳化物晶粒粗大平均,强度以及韧性、耐磨性绝对熔炼高速钢都进步很多。正在庞大数控刀具范畴PM HSS刀具将会进一步开展而占紧张位置。典范商标,如F1五、FR7一、GFl、GF二、GF三、PT1 、PVN等,可用来制作年夜尺寸、接受重载、打击性年夜的刀具,也可用来制作精细刀具。

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