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刀具切削性能的优劣取决于刀具材料、切削部分几何形状以及刀具的结构。刀具材料的选择对刀具寿命、加工质量、生产效率影响极大。 （一）刀具材料的性能要求 切削时刀具要承受高温、高压、摩擦和冲击的作用，刀具切削部分的材料须满足以下基本要求： （1）较高的硬度和耐磨性 刀具材料的硬度必须比工件材料高，并具有良好的耐磨性，刀具材料的常温硬度要求在 以上。 （2）足够的强度和韧性 刀具材料要能够承受冲击和振动的作用，不产生崩刃和断裂。 （3）较高的耐热性 刀具材料在高温作用下应具有足够的硬度、耐磨性、强度和韧性。 （4）良好的导热性和耐热冲击性能 刀具材料的导热性要好，有利于散热；刀具材料的耐热 冲击性能要好，材料内部不得因承受热冲击的作用而产生裂纹。 （5）良好的工艺性 刀具材料应具有良好的锻造性能、热处理性能、刃磨性能等，便于刀具 制造。 （二）常用刀具材料 刀具材料有高速钢、硬质合金、工具钢、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等。目前，在生产中所用的刀具材料主要是高速钢和硬质合金两类。碳素工具钢（如T10A、T12A）、合金 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 工具钢（如 、CrWMn）因耐热性差，仅用于手工切削或切削速度较低的场合。 1．高速钢 高速钢是加入了较多的钨（ W）、钼（  ）、铬（ ）、钒（V ）等合金元素的高合金工具钢。高速钢具有较高的硬度（62~67HRC ）和耐热性，在切削温度高达 ℃时仍能进行切削；高速钢的强度高（抗弯强度是一般硬质合金的2~3倍，陶瓷的5~6倍）、韧性好，可在有冲击、振动的场合应用；高速钢的制造工艺性好，容易磨出锋利的切削刃，适于制造各类刀具，尤其适于制造钻头、拉刀、成形刀具、齿轮刀具等形状复杂的刀具。高速钢刀具可用于加工有色金属、结构钢、铸铁、高温合金等材料制作的工件。高速钢按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢；按制造工艺方法可分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。 普通高速钢是切削硬度在250~280HBW以下的结构钢和铸铁的基本刀具材料，切削普通钢料时的切削速度一般不高于40~60m/min 。普通高速钢的典型牌号有 （简称W18 ）和  （M2）。W18的综合性能较好，在600℃时的硬度为 ，可用于制造各种复杂刀具。M2的碳化物分布细小、均匀，它的抗弯强度比W18高10%~15%，韧性比W18高50%~60%，可用来制造尺寸较大，承受较大冲击力的刀具；M2的热塑性好，适合于制造热轧钻头等刀具。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 高性能高速钢是在普通高速钢的基础上增加一些含碳量、含钒量并添加钴、铝等合金元素熔炼而成，其耐热性好，在630~650℃时仍能保持接近 的硬度，适用于加工高温合金、钛合金、奥氏体不锈钢、高强度钢等难加工材料。高性能高速钢的典型牌号有W2Mo9Cr4Co8(M42)和 W6Mo5Cr4V2Al(501)。M42的综合性能好，常温硬度接近 ，600℃时其硬度为55HRC ，刃磨性能好；但M42含钴多，成本较贵。501钢是一种含铝的无钴高速钢，600℃时硬度达 ，501钢的切削性能与M42大体相当，成本较低，但刃磨性能较差。 粉末冶金高速钢是在用高压惰性气体（氩气或氮气）把钢水雾化成粉末后，经热压、锻轧成材，结晶组织细小均匀。与熔炼高速钢相比，粉末冶金高速钢材质均匀，韧性好，硬度高，热处理变形小，质量稳定，刃磨性能好，刀具寿命较高。可用它切削各种难加工材料，特别适合于制造各种精密刀具和形状复杂的刀具。 2．硬质合金 硬质合金是用高硬度、难熔的金属碳化物（WC 、TiC 等）和金属粘结剂（  、Ni 等）在高温条件下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金的常温硬度达 ，760℃时其硬度为 ，在 800~1000℃的高温条件下硬质合金还能进行切削，刀具寿命比高速钢刀具高几倍到几十倍，可加工包括淬硬钢在内的多种材料。但硬质合金的强度和韧性比高速钢差，常温下的冲击韧性仅为高速钢的1/8~1/30，硬质合金承受切削振动和冲击的能力较差。硬质合金是最常用的刀具材料之一，常用于制造车刀和端铣刀，也可用硬质合金制造深孔钻、铰刀、拉刀和滚刀。尺寸较小和形状复杂的刀具，可采用整体硬质合金制造；但整体硬质合金刀具成本高，其价格是高速钢刀具的8~10倍。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 ISO（国际标准化组织）把切削用硬质合金分为三类：P类、K类和M类。 P类（相当于我国YT类）硬质合金由 、 和 组成，也称钨钛钴类硬质合金。这类合金主要用于加工钢材。常用牌号有 （含 5%）、 （含 15%）等，随着含 量的提高，含钴量相应减少，硬度及耐磨性增高，抗弯强度下降。此类硬质合金不宜加工不锈钢和钛合金。 K类（相当于我国 类）硬质合金由 和 组成，也称钨钴类硬质合金。这类合金主要用来加工铸铁、有色金属及其合金。常用牌号有 （含钴6%）、 （含钴8%）等，随着含钴量增多，硬度和耐磨性下降，抗弯强度和韧性增高。 M类（相当于我国 类）硬质合金是在 、 、 的基础上再加入TaC（或NbC）而成。加TaC（或NbC）后，改善了硬质合金的综合性能。这类硬质合金既可以加工铸铁和有色金属，又可以加工钢材，还可以加工高温合金和不锈钢等难加工材料，有通用硬质合金之称。常用牌号有 和 等。 为提高高速钢刀具、硬质合金刀具的耐磨性和使用寿命，近年来在刀具制造中广泛采用涂层技术。涂层刀具是在高速钢或硬质合金基体上涂覆一层难熔金属化合物，如TiC、TiN、 等。涂层 一般采用 法（化学气相沉积法）或 法（物理气相沉积法）制作。涂层刀具表面硬度高，耐磨性好，其基体又有良好的抗弯强度和韧性。涂层硬质合金刀片的寿命可提高1~3倍以上，涂层高速钢刀具的寿命可提高1.5~10倍以上。随着涂层技术的发展，涂层刀具的应用前景很好。 本文来自www.eadianqi.com （三）其它刀具材料 1．陶瓷 用于制作刀具的陶瓷材料主要有两类：氧化铝（  ）基陶瓷和氮化硅（ ）基陶瓷。 基陶瓷硬度高达 ，耐磨性好，耐热性好，化学稳定性高，抗粘结能力强，但抗弯强度和韧性差；这种陶瓷适于对冷硬铸铁、淬硬钢工件作精加工和半精加工。 基陶瓷有较高的抗弯强度和韧性，适于加工铸铁及高温合金，切削钢料效果不显著。2．立方氮化硼 立方氮化硼（ ）是由六方氮化硼经高温高压处理转化而成，其硬度高达 ，仅次于金刚石。 是一种新型刀具材料，它可耐1300~1500℃的高温，热稳定性好；它的化学稳定性也很好，即使温度高达1200~1300℃也不与铁产生化学反应。立方氮化硼能以硬质合金切削铸铁和普通钢的切削速度对冷硬铸铁、淬硬钢、高温合金等进行加工。 3．人造金刚石 金刚石分为天然金刚石和人造金刚石两种，由于天然金刚石价格昂贵，工业上多使用人造金刚石。人造金刚石又分为单晶金刚石和聚晶金刚石（PCD）。聚晶金刚石的晶粒随机排列，属各向同性体，常用于制造刀具。人造金刚石是借助某些合金的触媒作用，在高温高压条件下由石墨转化而成。金刚石的硬度高达 ，是目前已知的最硬物质，可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金等高硬度、高耐磨材料。人造金刚石目前主要用于制作磨具及磨料，用作刀具材料主要用于有色金属的高速精细切削。金刚石不是碳的稳定状态，遇热易氧化和石墨化，用金刚石刀具进行切削时须对切削区进行强制冷却。金刚石刀具不宜加工铁族元素制造的工件，因为金刚石中的碳原子和铁族元素的亲和力大，其碳原子易扩散到被切表面中去，刀具寿命低。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 |