刀具材料

刀具材料（通用12篇）

刀具材料 篇1

随着科学技术的发展, 对切削加工提出了越来越高的要求, 如对加工效率、加工精度和表面质量的要求, 高速切削正是适应这种需求而发展起来的加工技术。目前, 高速切削加工技术已在汽车、飞机、模具、轻工和信息等产业部门得到非常广泛的应用, 并取得了巨大的技术与经济效益。高速切削加工技术为机械制造企业快速响应市场信息提供了强有力的支持, 其发展与应用是现代制造业发展的必然趋势。各国学者对高速切削摩擦学、刀具磨损机理、刀具寿命、切削力、切削温度以及刀具几何参数、刀具切削用量、冷却润滑条件等的影响进行了大量有效的研究。研究方法除了传统的解析法、经验法及切削试验法外, 有限差分法 (FDM) 用于切削温度分布的研究, 神经网络法用于刀具磨损研究, 有限元法 (FEM) 已广泛用于切削力、切削温度、加工表面残余应力的研究, 为研究开发高速机床和刀具提供了重要的基础。

高速切削加工要求刀具材料与被加工材料的化学亲合力要小, 并具有优异的机械性能、热稳定性、抗冲击和耐磨损。目前国内外适用于高速切削的刀具材料主要有陶瓷刀具、金刚石刀具、立方氮化硼 (CBN) 刀具、涂层刀具等。

1 陶瓷刀具

陶瓷刀具与硬质合金刀具相比, 它的硬度高、耐磨性好;刀具耐用度可比硬质合金高几倍以至十几倍。陶瓷刀具在1 200℃以上的高温下仍能进行切削, 这时陶瓷的硬度与200～600℃时硬质合金的硬度相当。陶瓷刀具优良的高温性能使其能够以比硬质合金刀具高3～10倍的切削速度进行加工。它与钢铁金属的亲和力小、摩擦因数低、抗粘结和抗扩散能力强, 加工表面质量好。另外, 它的化学稳定性好, 陶瓷刀具的切削刃即使处于赤热状态也能长时间连续使用, 这对金属高速切削有着重要的意义。近几年来, 由于材料科学与制造技术的进步, 通过添加各种碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等可改善陶瓷的性能, 还可通过颗粒、晶须、相变、微裂纹和几种增韧机理协同作用提高其断裂韧性、抗弯强度, 如纳米复合陶瓷刀具、晶须增韧陶瓷刀具、梯度功能陶瓷刀具、粉末涂层陶瓷刀具、自润滑陶瓷刀具等, 应用范围日益广泛。陶瓷刀具广泛应用于高速切削、干切削、硬切削以及难加工材料的切削加工。陶瓷刀具可以高效加工传统刀具根本不能加工的高硬材料, 实现“以车代磨”;陶瓷刀具的最佳切削速度可以比硬质合金刀具高2～10倍, 从而大大提高了切削加工生产效率;陶瓷刀具材料使用的主要原料是地壳中最丰富的元素, 因此陶瓷刀具的推广应用对提高生产率、降低加工成本、节省战略性贵重金属具有十分重要的意义。当前, 陶瓷刀具材料的进展集中在提高传统刀具陶瓷材料的性能、细化晶粒、组分复合化、采用涂层、改进烧结工艺和开发新产品等方面, 以期获得耐高温性能、耐磨损性能和抗崩刃性能, 且能适应高速精密切削加工的要求。

(1) 氧化铝陶瓷刀具

氧化铝陶瓷是以Al2O3为主要成分, 添加少量金属氧化物MgO、NiO、TiO2、Cr2O3等, 经冷压烧结而成的陶瓷。和硬质合金相比, 具有硬度高、耐磨性好 (是一般硬质合金的5倍) 、耐高温和抗粘结性能好以及摩擦因数低等优点, 因此适合于高速切削。陶瓷刀具容许的切削速度比硬质合金高3～10倍。作为使用历史最长的刀具材料, 氧化铝陶瓷刀具最适用于高速切削硬而脆的金属材料, 如冷硬铸铁或淬硬钢, 也可用于大型机械零部件及高精度零件的切削加工。

(2) 金属陶瓷刀具

金属陶瓷也叫硬质合金或烧结碳化物, 它是陶瓷-金属复合材料以TiC为主要成分的合金, 其硬度与耐热性接近陶瓷而抗弯强度和断裂韧性比陶瓷高, 其中金属碳化物是硬质相, 一般占80%以上;其余的铁、钴、镍等金属相作为粘结剂。日本对金属陶瓷特别青睐。在日本的金属切削领域中, 金属陶瓷刀片已占可转位刀片总数的30%。金属陶瓷硬度高、强度低、韧性低, 因此不宜在有强烈冲击和振动的情况下使用。金属陶瓷的导热性、耐热性、抗粘结性和化学稳定性比高速钢好得多, 因此在刀具材料中获得了广泛应用。

金属陶瓷的发展方向是超细晶粒化和对其进行表面涂层。超细晶粒金属陶瓷可以提高切削速度, 也可用来制造小尺寸刀具。以纳米TiN占2%～15%改性的TiC或Ti (C, N) 基金属陶瓷刀具, 硬度高、耐磨性好, 其热稳定性、导热性、耐蚀性、抗氧化性及高温硬度、高温强度等都有明显优势。与硬质合金刀具相比, 该刀具的耐用度和使用寿命提高1～50倍, 切削速度提高1.5～3倍, 成本与其相当或略高, 而金属切削加工费用下降20%～40%。与普通Ti (C, N) 基金属陶瓷刀具相比, 该刀具可靠性更高。

(3) 氮化硅陶瓷刀具

氮化硅陶瓷刀具的硬度仅次于金刚石、立方氮化硼和碳化硼而居第四位, 是新一代的陶瓷刀具。它有较高的硬度、强度和断裂韧性, 其硬度为91～93 HRA, 抗弯强度为0.7～0.85 GPa, 耐热性可达1 300～1 400℃, 具有良好的抗氧化性。同时它有较小的热膨胀系数 (3×10-6/℃) , 所以有较好的抗机械冲击性和抗热冲击性。氮化硅刀具适合于铸铁、高温合金的粗精加工、高速切削和重切削, 其切削寿命比硬质合金刀具高几倍至十几倍。此外, Si3N4陶瓷有自润滑性能, 摩擦因数较小, 抗粘接能力强, 不易产生积屑瘤, 且切削刃可磨得锋利。特别是由于其高的抗热振性及优良的高温性能, 使其更适合高速切削及断续切削。另外, 氮化硅陶瓷刀具还可以切削可锻铸铁、耐热合金等难加工材料。

(4) 赛隆 (Sialon) 陶瓷刀具

赛隆陶瓷以Si3N4为硬质相, A1203为耐磨相, 是氮化铝、氧化铝和氮化硅的混合物, 在1 800℃进行热压烧结而成的一种单相陶瓷材料, 具有很高的强度, 抗弯强度达到1 050～1 450 MPa, 比A12O3陶瓷刀具都高, 其断裂韧性也是几种陶瓷刀具中最高的, 其冲击强度远胜于一般陶瓷刀具而接近涂层硬质合金刀具。Sialon陶瓷刀具具有良好的抗热冲击性能。与Si3N4相比, Sialon陶瓷刀具的抗氧化能力、化学稳定性、抗蠕变能力与耐磨性能更高, 耐热温度高达1 300℃以上, 具有较好的抗塑性变形能力, 其冲击强度接近于涂层硬质合金刀具。Sialon陶瓷可成功用于铸铁、镍基合金、钛基合金和硅铝合金的高速切削、强力切削、断续切削加工, 是高速加工铸铁和镍基合金的理想刀具材料。

(5) 晶须增韧陶瓷刀具

晶须增韧陶瓷是在Si3N4基体中加入一定量的碳化物晶须而成, 可增加陶瓷材料的抗弯强度, 使得陶瓷材料获得高硬度和高韧性。晶须强化的作用是通过相变换实现的。相变换的作用是抑制刀具的破裂, 由于材料结构的改变, 在刀尖上引起破裂的能量被吸收和扩散, 使刀具材料得到强化, 提高了抗弯强度和韧性。晶须强化陶瓷刀具是一种特殊材料的刀具, 由于它具有抗冲击韧度好、抗热冲击性能强的特点, 可以高速加工淬硬钢 (达到65HRC) 和中等硬度的钢, 而且可以在加切削液的条件下进行切削, 这是别的陶瓷刀具所不具备的。

2 金刚石刀具

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, 诸如轿车发动机缸体、缸盖、变速器和各种活塞等的加工中, 金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具。近年来, 随着数控机床的普遍应用和数控加工技术的迅速发展, 可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具的应用日渐普及, 金刚石刀具已成为现代数控加工中不可缺少的重要工具。

金刚石刀具有两种, 单晶金刚石刀具和多晶金刚石刀具。多晶金刚石刀具包括聚晶金刚石 (PCD) 刀具和化学气相沉积 (CVD) 金刚石刀具。单晶金刚石可分为天然单晶金刚石和人工合成单晶金刚石。天然单晶金刚石刀具是将经研磨加工成一定几何形状和尺寸的单颗粒大型金刚石, 用焊接式、粘接式、机夹式或粉末冶金方法固定在刀杆或刀体上, 然后装在精密机床上使用。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0.002μm, 能实现超薄切削。再加上它与被加工材料之间的摩擦因数小, 抗粘接性好, 与非铁金属无亲和力, 热膨胀系数小及导热系数高等特点, 天然金刚石刀具可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度。因此, 天然金刚石刀具切削也称镜面切削, 天然金刚石刀具是一致公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。主要用于铜及铜合金、铝及铝合金以及金、银等贵重金属特殊工件的超精加工。单晶金刚石用于制作切削刀具必须是大颗粒, 由于人工合成大颗粒单晶金刚石制造技术复杂, 生产率低, 制造成本高, 目前单晶金刚石刀具绝大部分为天然单晶金刚石制成。设计和制造单晶金刚石刀具时, 必须正确选择晶体方向, 对金刚石原料必须进行晶体定向。金刚石刀具的前、后刀面的选择是设计单晶金刚石刀具的一个重要问题。

20世纪70年代初, 美国GE公司研制成功PCD刀片以后, 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。虽然PCD的硬度低于单晶金刚石, 但PCD属各向同性材料, 使得刀具制造中不需择优定向;由于PCD结合剂具有导电性, 使得PCD便于切割成型, 且成本远低于天然金刚石;PCD原料来源丰富, 价格只有天然金刚石的几十分之一至十几分之一。因此, PCD应用远比天然金刚石刀具广泛。PCD刀具无法磨出极其锋利的刃口, 刃口半径很难达到1μm以下, 加工的工件表面质量也不如天然金刚石, 现在工业中还不能方便地制造带有断屑槽的PCD刀片。因此, PCD只能用于有色金属和非金属的精切, 很难达到超精密镜面切削。

CVD金刚石是指用化学气相沉积法在异质基体 (如硬质合金、陶瓷等) 上合成金刚石膜, CVD金刚石具有与天然金刚石完全相同的结构和特性。CVD金刚石不含任何金属或非金属添加剂, 因此, CVD金刚石的性能与天然金刚石相比十分接近, 兼具单晶金刚石和聚晶金刚石 (PCD) 的优点, 在一定程度上又克服了它们的不足。根据不同的应用要求, 可选择不同的CVD沉积工艺以合成出晶粒尺寸和表面形貌不同的PCD。实践表明, CVD金刚石工具产品的使用性能在许多方面超过聚晶金刚石的同类产品, 而且其低表面粗糙度接近单晶金刚石, 抗冲击性超过单晶金刚石。CVD金刚石刀具的超硬耐磨性和良好的韧性使之可加工大多数非金属材料和多种有色金属材料, 如铝、硅铝合金、铜、铜合金、石墨、陶瓷以及各种增强玻璃纤维和碳纤维结构材料等。CVD金刚石刀具还可用作高效和高精密加工刀具, 其成本远远低于价格昂贵的天然金刚石刀具。目前, CVD金刚石刀具除用于发动机活塞硅铝合金材料的加工, 还用于缸体、缸盖、高压油泵、汽油泵、水泵、发电机转子、起动机、汽车车体中玻璃钢部件的车、铣、钻、镗等的加工。CVD金刚石刀具被认为是汽车发动机制造业中有广泛应用前景的新一代刀具材料。

由于CVD金刚石厚膜硬度高、耐磨性好、不导电, 通常需要在空气、氩气或氧气环境中通过激光将纯金刚石厚膜片切割成所需要的形状, 不仅能将金刚石厚膜切割成所需的形状和尺寸, 还能直接切出刀具的后角和修整厚膜表面。再利用铜焊技术将切割出的小片焊接到硬质合金基体上, 金刚石厚膜一般与金属及其合金之间有很高的界面能, 致使金刚石不能被一般低熔点合金所浸润, 可焊接性差。目前, 金刚石厚膜刀具的焊接工艺主要采用活性金属化的方法。焊料是含钛的银铜合金, 不加助熔剂, 在惰性气氛或真空中高频感应加热焊接。此外, CVD金刚石厚膜也可在真空炉内进行大批量快速焊接。最后, 将焊接好的CVD金刚石厚膜刀具研磨开刃。刃磨方法有机械磨削、热金属盘研磨、激光束加工、电子束加工和等离子体刻蚀等。目前, 传统的方法仍是机械磨削抛光法。

3 立方氮化硼 (CBN) 刀具

CBN在硬度和热导率方面仅次于金刚石, 热稳定性极好, 在大气中加热至1 000℃也不发生氧化。CBN对于黑色金属具有极为稳定的化学性能, 可以广泛用于钢铁制品的加工。CBN因具有超硬特性、高热稳定性、高化学稳定性而引起广泛关注。立方氮化硼刀具既能胜任淬硬钢 (45～65 HRC) 、轴承钢 (60～62 HRC) 、高速钢 (>62HRC) 、工具钢 (57～60 HRC) 、冷硬铸铁的粗车和精车, 又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料的切削加工, 大幅度提高加工效率。被加工材料的硬度越高越能体现立方氮化硼刀具的优越性。立方氮化硼与金刚石在晶体结构上的相似性, 决定了它与金刚石相近的硬度, 又具有高于金刚石的热稳定性和对铁元素的高化学稳定性, 由于受CBN制造技术的限制, 目前制造直接用于切削刀具的大颗粒的CBN单晶仍很困难, 且成本高。因此, CBN单晶主要用于制作磨料和磨具。

PCBN是在高温高压下将微细的CBN材料通过结合相 (TiC、TiN、Al、Ti等) 烧结在一起的多晶材料, 是目前利用人工合成的硬度仅次于金刚石的刀具材料, 它与金刚石统称为超硬刀具材料。PCBN克服了C B N单晶易解理和各向异性等不足。因此, PCBN主要用于制作刀具或其他工具。PCBN刀具属于CBN的聚集体, 由CBN颗粒与结合剂一起烧结而成, 除具有CBN的特点, PCBN还与CBN的含量、结合剂和粒度的种类等因素有关。由于其具有独特的结构和特性, 广泛用于黑色金属的加工, 尤其适合于淬硬钢、高硬铸铁、高硬热喷涂合金等难加工材料的切削加工。

4 涂层刀具

涂层刀具是在韧性较好刀体上涂覆一层或多层耐磨性好的难熔化合物, 它将刀具基体与硬质涂层相结合, 从而使刀具性能大大提高。涂层刀具是在具有高强度和韧性的基体材料上涂上一层耐高温、耐磨损的材料。涂层材料及基体材料之间要求粘结牢固。

涂层刀具可以提高加工效率、提高加工精度、延长刀具使用寿命、降低加工成本。根据涂层方法不同, 涂层刀具可分为化学气相沉积 (CVD) 涂层刀具和物理气相沉积 (PVD) 涂层刀具。涂层硬质合金刀具一般采用化学气相沉积法, 沉积温度在1 000℃左右。涂层高速钢刀具一般采用物理气相沉积法, 沉积温度在500℃左右。根据涂层刀具基体材料的不同, 涂层刀具可分为硬质合金涂层刀具、高速钢涂层刀具、以及在陶瓷和超硬材料 (金刚石和立方氮化硼) 上的涂层刀具等。常用的刀具涂层方法有化学气相沉积 (CVD) 、物理气相沉积 (PVD) 、等离子体化学气相沉积 (PCVD) 、盐浴浸镀法、等离子喷涂、热解沉积涂层以及化学涂覆法等。常用的涂层材料有碳化物、氮化物、氧化物、硼化物、碳氮化物等, 近年来还发展了聚晶金刚石和立方氮化硼涂层。

在近30年的发展历程中, 高速切削刀具技术已发生很大变化, 高速切削对刀具性能不断提出要求, 新材料新工艺不断出现, 刀具综合性能不断提高。高速切削时应合理使用刀具, 以降低生产成本, 提高生产率。目前国内高速切削所使用的陶瓷刀具、金刚石刀具、立方氮化硼刀具以及涂层刀具各有优点, 适用于不同的工件材料和速度范围。高性能、高可靠性、高强度以及高耐热、抗振性能的刀具是高速切削刀具发展的重点, 纳米复合与涂层、梯度功能和多种增韧增强协同作用的刀具材料将是高速刀具研究的发展方向。

摘要：介绍了高速切削所使用的陶瓷刀具、金刚石刀具、立方氮化硼刀具、涂层刀具的性能特点及应用, 探讨了高速切削刀具材料的发展方向。

刀具材料 篇2

四 川 工 程 职 业 技 术 学 院

课 时 授 课 教 案

/ 学年第期

课程名称： 数控加工工艺

授课班级：（三专）数控01-

1、2

授课时间：

第 周星期

第节

课

题：

刀具材料及其选用

教学目的： 了解其他刀具材料

掌握对刀具材料的基本要求

掌握常用刀具材料及用途

重点、难点：

高速钢和硬质合金

使用教具： 课件

课后作业： 无

课后记录：

****年**月**日

授课主要内容

刀具材料及其选用：刀具材料主要指刀具切削部分的材料。刀具切削性能的优劣，直接影响着生产效率、加工质量和生产成本。而刀具的切削性能，首先取决于切削部分的材料；其次是几何形状及刀具结构的选择和设计是否合理。

一、对刀具材料的基本要求

在切削过程中，刀具切削部分不仅要承受很大的切削力，而且要承受切屑变形和摩擦产生的高温，要保持刀具的切削能力，刀具应具备如下的切削性能。1．

高的硬度和耐磨性

刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。常温下一般应在HRC60以上。一般说来，刀具材料的硬度越高，耐磨性也越好。2．

足够的强度和韧性

刀具切削部分要承受很大的切削力和冲击力。因此，刀具材料必须要有足够的强度和韧性。3．

良好的耐热性和导热性

刀具材料的耐热性是指在高温下仍能保持其硬度和强度，耐热性越好，刀具材料在高温时抗塑性变形的能力、抗磨损的能力也越强。刀具材料的导热性越好，切削时产生的热量越容易传导出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。4．

良好的工艺性

为便于制造，要求刀具材料具有良好的可加工性。包括热加工性能（热塑性、可焊性、淬透性）和机械加工性能。5．良好的经济性

二、常用刀具材料

刀具材料的种类很多，常用的有工具钢包括：碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢，因耐热性很差，只宜作手工刀具。

陶瓷、金刚石和立方氮化硼，由于质脆、工艺性差及价格昂贵等原因，仅在较小的范围内使用。目前最常用的刀具材料是高速钢和硬质合金。1．

高速钢

是在合金工具钢中加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。它具有较高的强度、韧性和耐热性，是目前应用最广泛的刀具材料。因刃磨时易获得锋利的刃口，又称“锋钢”。高速钢按用途不同，可分为普通高速钢和高性能高速钢。

1）普通高速钢 普通高速钢具有一定的硬度（62～67 HRC）和耐磨性、较高的强度和韧性，切削钢料时切削速度一般不高于50~60m/min，不适合高速切削和硬材料的切削。常用牌号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。

2）高性能高速钢 在普通高速钢中增加碳、钒的含量或加入一些其它合金元素而得到耐热性、耐磨性更高的新钢种。但这类钢的综合性能不如普通高速钢。常用牌号有9W18Cr4V、9W6Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V3等。2．

硬质合金

硬质合金是由硬度和熔点都很高的碳化物，用Co、Mo、Ni作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。其常温硬度可达78～82 HRC，能耐850～1000℃的高温，切削速度可比高速钢高4～10倍。但其冲击韧性与抗弯强度远比高速钢差，因此很少做成整体式刀具。实际使用中，常将硬质合金刀片焊接或用机械夹固的方式固定在刀体上。我国目前生产的硬质合金主要分为三类： 1）

K类（YG）

即钨钴类，由碳化钨和钴组成。这类硬质合金韧性较好，但硬度和耐磨性较差，适用于加工铸铁、青铜等脆性材料。常用的牌号有：YG8、YG6、YG3，它们制造的刀具依次适用于粗加工、半精加工和精加工。数字表示Co含量的百分数，YG6即含Co为6%，含Co越多，则韧性越好。2）

P类（YT）

即钨钴钛类，由碳化钨、碳化钛和钴组成。这类硬质合金耐热性和耐磨性较好，但抗冲击韧性较差，适用于加工钢料等韧性材料。常用的牌号有：YT5、YT15、YT30等，其中的数字表示碳化钛含量的百分数，碳化钛的含量越高，则耐磨性较好、韧性越低。这三种牌号的硬质合金制造的刀具分别适用于粗加工、半精加工和精加工。3）

M类（YW）

依刀具材料合理选用切削液 篇3

目前机加工中常用的刀具材料有:工具钢(碳素工具钢、合金工具钢)、高速钢、硬质合金、陶瓷及金刚石。

工具钢刀具:其耐热温度约在200℃～300℃之间,在高温下会失去硬度,所以只适用于一般材料的切削。由于这种刀具耐热性能差,加工中要求切削液的冷却效果要好,一般应采用乳化液。

高速钢刀具:高速钢是以铬、镍、钨、钼、钒(有的还含有铝)为基础的高级合金钢。它们的耐热性明显地比工具钢高,一般高出1～2倍,允许的最高温度可达500℃～650℃。与其他耐高温的金属和陶瓷材料相比,高速钢有一系列优点,特别是它有较高的韧性,抗冲击和振动的能力强。高速钢有良好的可加工性且价格适中易被接受,适合制造几何形状复杂的刀具。

使用高速钢刀具进行低速和中速切削时,宜采用油基切削液或乳化液。而在高速切削时,由于发热量大,以采用水基切削液为宜,要注意的是,若使用油基切削液会产生较多油雾,污染环境,而且容易造成工件烧伤,使加工质量下降,刀具磨损增大。

硬质合金刀具:硬质合金是由碳化钨、碳化钛、碳化钽和5%～10%的钴的粉末经压制烧结而成。它的硬度大大超过高速钢,具有优良的耐磨性能,尤其是它的耐热性好,最高允许工作温度可达800℃～1000℃,能采用比高速钢高出几倍甚至几十倍的切削速度。但是由于硬质合金硬而脆,抗热振的能力较差,在突然升温或降温时刀片本身极易出现龟裂现象,所以在加工一般材料时,经常采用干切削。但在干切削时,工件温升较高,易产生热变形,影响工件加工精度,而且在无切削液的情况下进行切削加工,切削阻力大,功率消耗增大,刀具的磨损也加快。硬质合金刀具价格较贵,所以从经济方面考虑,干切削也是不合算的。选用切削液时,要考虑硬质合金对骤热的敏感性,尽可能使刀具均匀受热,否则会导致崩刃。由于油基切削液的热传导性能较差,使刀具产生骤冷的危险性要比水基切削液小,所以一般选用含有抗磨添加剂的油基切削液或极压乳化液。另外,在使用切削液时,要注意尽可能保持切削液的流量充足、均匀,不可忽多忽少,忽断忽续,从而避免因切削温度忽高忽低,造成刀具受热不均匀而产生崩刃。

陶瓷刀具:陶瓷材料是用氧化铝、金属和碳化物微分在高温下烧结而成。这种材料的高温耐磨性比硬质合金还要好,一般采用干切削。但为了避免温度过高,也常使用水基切削液。

金刚石刀具:人造金刚石是在高温、高压和其它条件的搭配下由石墨转化而成。金刚石刀具有极高的硬度,一般使用干切削,但为避免温度过高,也需要像陶瓷材料一样,在许多情况下采用水基切削液。

以上分析了如何根据刀具材料选用切削液,在实际生产过程中还应根据加工性质、加工材料等多种因素来选用切削液。如:粗加工时,由于加工余量和切削用量较大,会产生大量的切削热,因而使刀具磨损加快,使用切削液的目的是降低切削温度,这时应选用以冷却为主的乳化液;精加工时,主要为了延长刀具使用寿命,保证工件的尺寸精度和表面质量,最好选用极压切削油或高浓度的极压乳化液;钻削、铰削和深孔加工时,刀具处于半封闭状态下工作,排屑困难,切削热不能及时传散,容易使刀刃烧伤并严重破坏工件表面质量,应选用粘度较小的乳化液和极压切削油,并应加大压力和流量,一方面进行冷却、润滑,另一方面将切屑冲刷出来;钢件粗加工一般用乳化液,精加工一般用极压切削油;切削铸铁、铜及铝等脆性材料时,由于切屑碎末会堵塞冷却系统,容易使机床磨损,一般不加切削液,但精加工时为了得到较高的表面质量,可采用粘度较小的煤油或7%～10%乳化液;切削有色金属和铜合金时,不宜采用含硫的切削液,以免腐蚀工件;切削镁合金时,不能用切削液,以免燃烧起火。必要时,可使用压缩空气。

要想用好切削液,使其在切削加工中真正地发挥作用,还需要我们在实践中不断地探索。郑重提醒大家:使用切削液时还应注意对切削液的管理,尽量减少对环境的污染。

高速切削刀具材料及其应用 篇4

1 硬质合金

硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘接金属通过粉末冶金工艺制程的合金材料, 具有硬度高、耐热等特点, 在实际中可用于切削铸铁、玻璃、普通石材、不锈钢、有色金属等材料, 但这种材料随着人们对切削工艺要求的不断提高已经不适合单独作为刀具材料。

2 硬质合金改性材料

2.1 硬质合金掺杂材料

随着切削技术的发展, 单一的硬质合金刀具无论是在硬度、耐磨性还是热硬性上都显得力不从心, 因此人们通过向硬质合金中添加镍、钴、碳化钨等材料对其进行掺杂改性, 研究发现改性后的硬质合金硬度、抗氧化性、耐磨性、热硬性等方面的性能都得到了不同程度的改善, 而对于常用的碳化钛基硬质合金来说, 向其中添加氮化物后材料的性能更是得到了大幅度的提升, 但这种材料不适合加工超高温金属以及高温合金、有色金属等。

2.2 涂层硬质合金材料

鉴于普通硬质合金性能不足以满足现代高速切削的要求, 而在硬质合金刀具表面涂覆一层或若干层其他硬度高、耐磨性好、润滑性好、难熔的物质可使其性能得到很好的改善, 从目前的研究来看, 可用于硬质合金刀具涂层的材料有碳化钛、氧化铝、金刚石、纳米材料等。

其中碳化钛单涂层可在一定程度上增加刀具硬度, 增加刀具切削速度, 且导热系数高, 二氧化铝涂层的耐氧化性更强, 更耐磨, 单导热系数较小, 因此在实际应用中常常将这两种材料或者再与第三种材料组成多涂层, 取各自材料的优点, 从而大大提高刀具的切削性能。

金刚石涂层是利用化学气相沉积法在硬质合金刀具表面形成一薄层的金刚石薄膜, 从而使普通硬质合金刀具具备金刚石材料的性质, 无论是硬度还是稳定性上都大幅度提升, 而且成本上来说要远远低于金刚石材料的刀具, 因此应用前景较为广阔, 可用于有色金属及纤维材料的切割等。

纳米材料涂层是采用多种不同的纳米级高性能材料制成涂层涂覆于硬质合金刀具的表面, 通过不同纳米材料的组合来达到不同的性能指标, 较为灵活, 是近年才流行起来的涂层技术, 可用于高速切割领域, 但整体上来处于实验室研究阶段, 距离实际应用尚有一定距离。

3 陶瓷材料

陶瓷材料被认为是一种较为先进的高速切削刀具材料, 其具有硬度高、耐磨性好、与金属亲和力小、化学稳定性好、使用寿命长等优点, 并且在高温下高速切削时切屑依然能够与刀具实现较好的分离, 再加上陶瓷良好的热稳定性, 导致不易发生切削事故, 且在切削过程中被加工零件的加工面粗糙度较小, 可实现以车代磨, 只通过车床一道工序就完成了车、磨两道工序的工作, 因此对简化工艺路线、缩短加工时间具有十分重大的意义。在实际工作中, 陶瓷刀具材料常用的有氧化铝基陶瓷、氮化硅陶瓷等。

3.1 氧化铝基陶瓷材料

氧化铝基陶瓷包括氧化铝陶瓷、氧化铝-碳化物陶瓷、氧化铝-金属陶瓷、氧化铝-金属-碳化物陶瓷等。氧化铝陶瓷是以氧化铝陶瓷为主, 为增强其抗弯强度向其中添加氧化镍等物质的陶瓷, 高温性能较好, 一般用于冷硬铸铁、淬火钢等硬脆材料的高速切削, 加工精度较高。而为了提高其抗弯性能、硬度以及韧性等一般采用向氧化铝陶瓷内单独添加金属、碳化物、氮化物或几种物质的混合物而形成陶瓷材料, 其中氧化铝-金属-碳化物陶瓷的热稳定性最好, 硬度最高, 可广泛用于合金钢、淬硬钢、铸钢、镍铬合金等金属材料以及纤维玻璃等非金属材料的加工。

3.2 氮化硅陶瓷材料

与氧化铝基陶瓷相比, 氮化硅基陶瓷具有较高的强度、断裂韧度和抗热震性能, 较低的热胀系数、杨氏模量和化学稳定性。与铸铁不易发生粘结, 因此, 氮化硅基陶瓷刀具主要用来高速加工铸铁。

4 金刚石材料

金刚石具有硬度极高、热稳定性好、化学稳定性好等优点, 常被任务是用于钻探用钻头的最佳材料, 由于其优异的性能, 使之在高速切削刀具材料中也具有十分广阔的应用前景。现实生活中可用作刀具的金刚石有天然金刚石、人工合成单晶金刚石、聚晶金刚石和化学气相沉积金刚石涂层刀具等, 其中金刚石涂层刀具已经在前文中谈到。

天然金刚石刀具无论是耐磨性还是硬度都具备成为最佳刀具的潜质, 且加工精度超高, 可用于精密仪器、零部件的加工, 如光学镜面、芯片等, 但天然金刚石也是当前最为昂贵的一种刀具材料。

单晶金刚石是由人工在一定温度、压力等条件下合成的金刚石, 因此比天然金刚石的加工低廉很多, 其化学稳定性好, 尺寸和形状容易控制, 在机械加工、电子电路板、光学玻璃以及耐磨地板等的加工等领域均得到广泛的应用。

聚晶金刚石是在几千度高温、几百兆帕的条件下通过金属钴作为粘结剂压制而成的材料, 其耐磨性能极佳, 因此被用作有色金属、硬质合金或硬质非金属材料的加工等。

结语

高速切削技术是加工企业在激烈的市场竞争中得以生存的法宝, 通过高速切削技术可以显著提高加工速度和精度, 而随着高速切削技术的不断发展, 用于切削的刀具材料也会不断更新变化, 因此要结合当下的工艺特点和加工要求选择适合的刀具, 并且要紧跟科技发展的步伐, 不断将新材料、新技术用于高速切削刀具的制备中, 不断使刀具具有更高的强度、化学稳定性、硬度等性能, 促进机械加工行业的快速发展。

摘要：本文介绍了硬质合金、陶瓷、金刚石等几种常见的刀具材料及各自的适用情况, 为高速切削技术的实际应用提供理论参考。

关键词：高速切削,刀具材料,切削性能

参考文献

[1]宋炎荣, 熊建武, 周进.高速切削刀具材料及其合理选用[J].中国西部科技, 2011.

[2]张雪华.高速切削刀具材料的应用分析[J].煤矿机械, 2004.

刀具材料 篇5

为避免学校发生严重的校园学生伤害事件，本着“安全第一，预防为主”的原则，结合教育局的有关文件要求及学校实际，我校于9月26日在全乡范围内开展了一次管制刀具收缴行动，现将收缴情况汇报如下：

一、加强领导，明确学校收缴管制刀具的重要性。

学生安全事关每一个家庭的幸福，事关一个社会的安稳，所以我们大家要高度重视，提高警惕，明确这次收缴管制刀具的重要性。为此学校成立了专项行动工作领导小组。

组长：张宇

副组长：曲彦平张黎明

成员：杨亚东 蒙红民 崔志新郑春来及各班主任

二、做好舆论宣传，让家长、社会共同参与收缴行动。

1、学校充分利用了班级黑板报、校园广播站等宣传阵地进行了广泛的宣传。

2、加强对学生的教育，让学生懂得了什么是管制刀具、为什么要远离管制刀具，充分地意识到携带刀具进入校园的严重危害，逐渐养成自觉守法的习惯。

三、在领导小组的领导下，积极开展工作，加大了收缴力度，彻底消除了安全隐患。

1、教师认真地向学生做好思想教育工作，动员有管制刀具的学生主动上交，发动广大学生对私藏管制刀具的人进行举报。

2、严禁社会闲杂人员进入学校，堵住了管制刀具进入校园的源

头。

3、通过学校集中检查和各班自查、互查等形式，对学生的课桌、书包及钥匙挂钩等处进行全面清查，没有发现管制刀具。

对于此项工作，学校今后每月将不定期的进行抽查或统一检查，确保校园内无管制刀具，进而保障师生生命财产安全，为构建和谐校园打下坚实基础。

2013

曹正兴刀具 篇6

壹

2012年2月14，《楚商》记者找到了曹正兴刀具的后人曹文显。今年77岁的曹文显，精神矍铄，是曹正兴刀具第四代传人，目前是武汉一中的退休老师。

在《楚商》记者说明到访的来意之后，曹文显一边热情的招待，一边告诉记者：“虽然现在曹正兴刀具已经消失了，但是我希望通过文字的记载能让人们记住‘曹正兴’，把‘曹正兴’的故事流传下去。”

曹文显从厨房里拿出了一把近30年的曹正兴菜刀给记者看，虽然刀面有些生锈，但做工很扎实，“我剁骨头时会用这把刀” 。

曹文显出生那年恰好遇上日本侵华战争，父亲曹万匀就靠生产曹正兴刀具来供一家子生活，而从他从小就看着父亲生产各种刀具。

“‘曹正兴’最有名的是放血条子，一寸长，杀猪用的刀，从颈子杀到心脏。”曹文显说，其实用得最多的当属菜刀，一把刀用几十年。

“当时我们请来了一个做刀的老师傅，有几十年的经验，在制作的过程特别的讲究，尤其注重质量，所以曹正兴刀具也有自己的特点。”曹文显说。

曹文显介绍，曹正兴刀店经两代人的摸索钻研，制作工艺更加考究，在选料、锻坯、夹钢、碎火等主要工序上都十分严格并独具特色。

“在生产的过程中，首先要把生产出来的刀坯平放在煤油炉上缓缓地移动过去，从烟尘的浓淡来检验刀板的平整度。根据烟子的浓淡可以看出刀板是否平正，厚薄是否均匀，从而确定下一道工序铲板的操作。”曹文显说，这是生产菜刀的一道关键工序，即“热处理”。热处理不好，生产出的菜刀不是废品就是次品，“夹灰卷口”这样的废品就出在这道工序上。当时手艺人缺乏科学的检测手段，只有凭经验。

“生产出来的刀要用火石在刀刃上磨擦，根据磨擦时喷出的火花鉴别钢火的软、硬度。如果磨擦时的火花至暗红色，就表明火太软，刀一砍骨头就“卷口”；如果火花是白色，就表明钢火太硬，刀一砍就缺口：如果火花呈现金黄色，就表明钢火恰到好处。”曹文显说，“经过这样精心制作出来的刀，青钢白铁分明，用起来就得心应手，游刃有余，受到顾客欢迎。”

因而，曹正兴刀具广受称赞：“切姜不带丝、切肉不带筋、砍骨不卷口，削肉剁骨头样样称便。”

贰

曹正兴刀店的创始人曹月海，系黄陂县祁家湾曹家大湾农民。清道光年间，曹月海带着远房的一个侄儿离乡到汉谋生。由于没有找到工作，而他身带的盘缠用完之后，陷入困境；最终曹月海和其侄儿从事自己的老本生意，靠盘红炉沿街打鐵维生。

由于清政府的腐败，当年的汉口百业凋敝，刚开始生意也很冷清，打好的菜刀卖不出去。最后，他们就将刀送到肉案上请屠户们试用，用得好再付款，不好不要钱。由于他们打的刀工艺考究，质量过硬，屠户们都喜欢用，于是生意渐渐好起来，声誉也逐渐传开，生产的刀供不应求。

清道光二十年（公元1840年）正月，曹月海开始扩大生产，在汉水岸边搭起了简陋的作坊，筹办一盘行炉锻制菜刀。因为是在正月开业,又取兴旺之意，故挂牌“曹正兴”。

“曹正兴”创业时，除做菜刀外，还兼做屠宰刀、厨刀。曹月海按湖北人喜爱猪牛骨头煨汤的生活习俗，研制出前薄后厚、前切后砍、切砍兼用的锥形板式菜刀。

曹月海去世后，由其子曹明才当家，由于他善于经营和管理，于同治七年(1868年)在汉口张美之巷（今民生路172号）买了一栋三开间的楼房，正式挂起“曹正兴”的金字招牌。前面是店铺，后面是作坊，楼上住家，生意蒸蒸日上。

曹正兴刀店除了在工艺上精心制作之外，在销售服务上也有新招。如在招牌上写明“夹灰卷口，包调回换”，只要顾客拿来“夹灰”刀，店内连忙换同样型号的新刀给顾客，并表示歉意，所以，曹正兴刀店的信誉历久不衰，名扬三镇，邻近各省市也慕名前来购刀。

民国初期，曹正兴刀店传到第三代曹万长（曹明才的侄儿）手里。曹正兴刀具发展到鼎盛时期。

民国初年，由于生意的扩大，曹万长与其叔兄几个便从直接生产者转为指挥和管理者。当时开有4盘红炉，雇用工人、学徒、管账先生约20几人。

随后因军阀混战，汉口各业均受影响，曹正兴刀店也无例外。曹万长为了渡过难关，缩小了生产规模，把生产的初级产品刀坯分散到各家小作坊加工，刀坯经加工制作后刻上曹正兴的商标出售。而曹正兴的拳头产品割肉刀、砍刀、放血条子（杀猪刀）仍由本店生产。经过这样的调整，渡过了难关，生产还有所发展，生意好的时候，每天日销量高达200把，可获纯利50—60块银元。盛名之下有“北有王麻子，中有曹正兴，南有张小泉”的赞语在民间流传。

至上世纪30年代初，“曹正兴”繁衍成了一个大家族。当家的人凭借手中的权力，吃的是山珍海味，穿的是绫罗绸缎，一味享乐，不管生产。店里的生产管理交给管账先生李志安。他把账上的钱拿来挥霍，直到账上的钱都被扯空。

抗日战争前夕，曹正兴刀店就只能勉强支撑门面了。抗战爆发，武汉沦陷，曹正兴刀店的产业被日寇侵吞，曹家的后代逃难到各地，各自谋生。曹文显他们一家逃到湖南去避难。

抗战胜利后，曹家人陆续回到武汉，为了生存，在老店附近四个街口摆起摊子卖刀具，又重新挂起“曹正兴”的招牌。

叁

曹文显回忆：“ 最初父亲回到武汉后，在民生路贤乐巷租了间二层楼房子，一楼用来打铁，二楼住人，摆摊子的地方在维安里弄堂口。”

曹文显这一房有兄弟姊妹7人，他上有四个哥哥，一个姐姐，下有一弟弟。两个哥哥负责做刀具，父亲管理收银。

当时做刀具，一个炉子、一个风箱，一把铁砧子成为主要设备。“家里四个人，一天只能做十几把菜刀。”曹文显说，那是刀具按大小性质不同，售价从2元到5元不等。有时卖不完，只有过年过节生意才好些。不过一家九口人生活能维持，还有盈余供几个儿女读书。

因规模扩大，曹文显的父亲曹万匀又请了2名小工帮忙。所谓好钢用在刀刃上，那时候做菜刀都是用夹钢，刀身用普通的铁皮切成方块后，把钢夹在刀刃部位，再打磨固定牢固。如果工艺不扎实，刀刃会夹灰。

正是工艺扎实，诚信经营，老三房曹正兴刀具闯出了一片市场。曹文显说，他二哥写得一手好字，当时每把刀具上刻有老三房“曹正兴”字样。

解放初期，国家鼓励恢复生产，发展中小手工业，曹正兴刀具迎来发展高峰。

曹文显说：“当年除了维安里这家‘曹正兴’外，在民生路兴元里口上，还有一家曹正兴。那是他二伯曹万祥开的‘曹正兴老二房’刀店。大房、二房都在民生路上开起铺面，一共有四个铺面，相隔不远。三房虽有竞争，但无意中形成积聚效应，买刀都来民生路。“

但是好景不长。1956年，“曹正兴”公私合营，曹正兴、曹正大、曹正太及曹正兴、汤大兴等组成第四刀具生产合作社。后改名为“武汉市曹正兴刀具生产合作社”，有职工39人，6盘红炉。

成立合作社后，囊括汉口各擅所长的5家刀店，有以菜刀驰名的“曹正兴”，以屠宰刀著称的曹正文，长于厨刀的曹正大，精于书简刀具的曹正太。并荟集武汉刀剪行业中有声望名师巧匠，发挥其技术优势。

1959年，菜刀质量跻身全国先进行列，荣获湖北省红旗单位称号，并出席全国群英大会。1961年以机械生产和传统工艺相结合，从下料、锻打到冷作，逐步形成流水作业生产；在材料上亦改用复合扁钢，变红炉夹钢生产工艺为红轧压坯、气锤锻制代替人工锻打。产品行销内蒙古、陕西、广西等地，还远销港澳、日本、毛里求斯等国家和地区，年产能力达12万把。

但是到了上世纪70年代，因资金短缺，厂房狭小，设备陈旧落后等，“曹正兴”发展滞后。到1985年底，曹正兴刀厂有职工134人，厂房建筑面积1800平方米，各种专用、通用设备有一半带病运转，唯一的一台自制齿轮剪板机已使用二十多年。

上世纪90年代，曹正兴再次荡入低谷，工厂迁往新华下路，陷入半停产状态。后来曹正兴刀具厂迁至江汉北路，后又到后湖乡。

曹文显说，自1990年之后，国际国内刀具生产的新工艺新材料日新月异，且沿海地区各路利刃长驱直入武汉市场，其刀光剑影早已遮蔽了百年“曹正兴”的锋芒。1995年后，曹正兴刀具厂生产量锐减，直至完全停摆停产。

“工厂倒闭前，有工人用板车拖着曹正兴刀具在街头甩卖，五元钱一把。”当时我记得我是出去买菜看到，感到非常的痛心，很可惜。“曹正兴”本来是我们祖辈们辛苦打造出来的一个品牌，交给国家了，不是他们自己不知道珍惜，最后我们看着它消亡，又无能为力。

“1996年我退休后，我的二哥曾给我商量再把‘曹正兴’振作起来，当时‘曹正兴’的老址还在，但是我们问了一下，如果想把旧址房子租过去，再把曹正兴的牌子买回去，要花几十万，当时我们也没有这么多钱，后来也就不了了之了。”曹文显有些伤感的说，后来二哥曹文瑞的小儿子曹景德曾顶职进厂，但工厂倒闭后，他四处打工，后因身患癌症，英年早逝。可能跟常年在高温车间工作有关，其他后人都没有从事这行。

2003年老城区改造，民生路方正里、维安里瞬间坍塌成一片废墟。如今那里大洋百货高楼耸立，灯火璀璨，热闹非凡。

刀具材料开发的新突破 篇7

钢件车削是加工的最大领域之一, 钢制零件不论材料种类、工件类型、工序类型和批量大小都有应用。主要用于ISO P25应用区间的的零件加工。P25材质可持续改进加工, 优化大量工序。如今, 通过刀具材料创新, 性能显著提高, 这种创新前所未有, 超过了以往任何一次类似的材质提升。任何刀具的切削刃都会受热受压。切削过程中, 工件材料接近切削刃的同时, 首先在主切削刃吃刀。然后, 在主切削刃之后, 前刀面对铁屑流起主要作用。能量大量传递的辅助剪切面, 使材料达到屈服极限。钢件车削中, 合力大 (1, 400~3, 100牛顿/平方毫米, 随钢材类型不同而不同) , 温度高 (可达1, 000摄氏度) 。在铁屑流动区, 测试刀具材料的能力, 确定加工作业的主要影响。

1970年以来, 引进涂层硬质合金材质, 钢件车削取得革命性的进展。这些年来, 先后研制了六代P25材质, 持续不断地改进加工性能, 大大提高生产制造效率。通过采用通用钢件车削材质, 能对多种应用加以优化。第七代P25刀片材质正在使性能升级。研制出钢件切削用新一代P25刀片材质, 完全改变了制造业游戏规则, 这一点毫不夸张。这是切削刀具材料科学取得的重大进展。刀具寿命可预见性, 加工的安全性、零件质量连续性以及更高的切削速度。取得这种新成就, 完全得益于对涂层硬质合金刀片密集和丰富的研发, 不仅对材料科学, 而且还对应用分析和刀片制造工艺进行了研究。在设计新型钢件车削材质时, 需要评估和研究多种因素, 其中包括原材料、硬质颗粒混合物、粘合剂、颗粒度、基体梯度设计, 更重要的是涂层技术。

浅谈数控刀具的常用材料 篇8

关键词：刀具,材料,性能,种类

特别是电子信息技术的急剧发展, 加速了机械制造业的飞速发展。数控机床已经成为现代加工车间中不可缺少的重要加工设备。机床上一经采用现代电子信息新技术后就大大提高了数控机床的智能化程度。其独特的优越性和智能化程度使数控机床具有强大的生命力。然而, 刀具是数控机床的最终执行部分。也是整个零件加工过程中最关键的环节。数控机床刀具的性能及材料的选用是零件加工工艺中的重要内容之一, 它不仅影响机床的加工效率, 而且直接影响加工的质量。机床与刀具的发展是相辅相成、相互促进的。刀具是由机床、刀具和工件组成的切削加工工艺系统中最活跃的因素, 刀具切削性能的好坏取决于刀具的材料和刀具结构。切削加工生产率和刀具寿命的高低加工成本的多少、加工精度和加工表面质量的优劣等, 在很大程度上取决于刀具材料、刀具结构及切削参数的合理选择。近几十年来, 作为切削加工最基本要素的刀具材料得到了迅速发展, 刀具的结构形式也得到了极大丰富。

1 刀具材料应具备的性能

1.1 高的硬度和耐磨性

硬度是刀具材料应具备的基本特性。刀具要从工件上切下切屑, 其硬度必须比工件材料的硬度大。切削金属所用刀具的切削刃硬度, 一般都在60HRC以上。耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说, 刀具材料的硬度越高, 其耐磨性就越好。组织中的硬质点 (碳化物、氮化物等) 的硬度越高, 数量越多, 颗粒越小, 分布越均匀, 则耐磨性越好。耐磨性还与材料的化学成分、强度、显微组织及摩擦区的温度有关。可用公式表示材料的耐磨性WR:WR=KIC0.5E-0.8H1.43式中:H——材料硬度 (GPa) 。硬度愈高, 耐磨性愈好。KIC——材料的断裂韧性 (MPa瞭m) 。KIC愈大, 则材料受应力引起的断裂愈小, 耐磨性愈好。E——材料的弹性模量 (GPa) 。E很小时, 由于磨粒引起的显微应变, 有助于产生较低的应力, 耐磨性提高。

1.2 足够的强度和韧性

要使刀具在承受很大压力, 以及在切削过程经常出现的冲击和振动条件下工作, 而不产生崩刃和折断, 刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。

1.3 高的耐热性 (热稳定性)

耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。它是指刀具材料在高温条件下保持一定的硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。

刀具材料还应具有在高温下抗氧化的能力以及良好的抗粘结和抗扩散的能力, 即刀具材料应具有良好的化学稳定性。

1.4 良好的热物理性能和耐热冲击性能

刀具材料的导热性愈好, 切削热愈容易从切削区散走, 有利于降低切削温度。刀具在断续切削或使用切削液时, 常常受到很大的热冲击 (温度变化剧烈) , 因而刀具内部会产生裂纹而导致断裂。刀具材料抵抗热冲击的能力可用耐热冲击系数R表示, R的定义是为:

R=λσb/Eα式中:λ——导热系数;σb——抗拉强度;E——弹性模量;α——热膨胀系数。导热系数大, 使热量容易散走, 降低刀具表面的温度梯度;热膨胀系数小, 可减少热变形;弹性模量小, 可以降低因热变形而产生的交变应力的幅度;有利于材料耐热冲击性能的提高。耐热冲击性能好的刀具材料, 在切削加工时可以使用切削液。

1.5 良好的工艺性能

为了便于刀具的制造, 要求刀具材料具有良好的工艺性能, 如锻造性能、热处理性能、高温塑性变形性能、磨削加工性能等。

1.6 经济性

经济性是刀具材料的重要指标之一, 优质刀具材料虽然单件刀具成本很高, 但因其使用寿命长, 分摊到每个零件的成本则不一定很高。因此在选用刀具材料时要综合考虑其经济效果。

2 数控刀具主要材料种类

2.1 高速钢

高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。高速钢具有较高的强度和韧性, 并且具有一定的硬度和耐磨性。适合各类刀具的要求。高速钢刀具制造工艺简单, 容易磨成锋利切削刃, 因此尽管各种新型刀具材料不断出现, 高速钢刀具在金属切削中仍占较大的比例。可以加工有色金属和高温合金。由于高速钢具有以上性能, 活塞加工中的铣浇冒口、铣横槽及铣膨胀槽用铣刀、钻油孔用钻头等刀具都为高速钢材料。

2.2 硬质合金

硬质合金是由难熔金属碳化物 (如WC、Ti C、Ta C、Nb C等) 和金属粘结剂 (如Co、Ni等) 粉末经粉末冶金的方法制成。由于硬质合金中都含有大量的金属碳化物, 这些碳化物都有熔点高、硬度高、化学稳定好、热稳定性好等特点, 因此, 硬质合金材料的硬度、耐磨性、耐热性都很高。常用硬质合金的硬度为89~93HRA, 比高速钢的硬度 (83~86.6HRA) 高, 在800~1000℃时尚能进行切削。在540℃时, 硬质合金的硬度为82~87HRA, 在760℃时, 硬度仍能保持77~85HRA。因此, 硬质合金的切削性能比高速钢高得多, 刀具耐用度可提高几倍到几十倍, 在耐用度相同时, 切削速度可提高4~10倍。

2.3 金刚石

金刚石是目前已知矿物材料中硬度最高、热传导性最好的物质, 与各种金属、非金属材料配对摩擦的磨损量仅为硬质合金的1/50~1/800, 是制作切削刀具最理想的材料。然而, 天然单晶金刚石仅用于制作首饰及某些有色金属的超精密加工。刀具用人造大颗粒单晶金刚石。金刚石刀具的切削刃非常锋利 (这对切下极小断面的切屑是很重要的) , 刃部粗糙度很小, 摩擦系数又低, 切削时不易产生积屑瘤, 加工表面质量高。加工有色金属时, 表面粗糙度可达到Ra0.012m, 加工精度可达到IT5级以上。金刚石刀具有三种:天然单晶金刚石刀具、整体人造聚晶金刚石刀具、金刚石复合刀具。天然金刚石刀具由于成本较高等原因, 在实际生产中应用较少。人造金刚石是通过合金触媒的作用, 在高温高压下由石墨转化而成。金刚石复合刀片是在硬质合金基体上经过高温、高压等先进工艺烧结一层约0.5~1m厚的金刚石, 这种材料是以硬质合金做基体, 其机械性能、热传导性和膨胀系数都近似于硬质合金, 基体上的人造多晶金刚石磨料中的金刚石晶体呈不规则排列, 其硬度和耐磨性在各个方向都是均匀的。聚晶金刚石 (简称PCD) 是由经过筛选的人造金刚石微晶体在高温高压下烧结而成。在烧结过程中, 由于添加剂的加入, 使金刚石晶体间形成以Ti C、Si C、Fe、Co和Ni等为主要成分的结合桥。金刚石晶体以共价键的结合形成牢固地嵌于结构桥构成的坚强骨架中, 使PCD的强度和韧性都大大提高, 其硬度约为9000HV, 抗弯强度为O.21~0.48GPa, 导热系数为20.9J/cm瞭s℃, 热膨胀系3.1×10-6/℃。现在使用的聚晶金刚石刀具大多是PCD与硬质合金基体烧结形成的复合体, 即在硬质合金基体上烧结上一层PCD。PCD的厚度一般为0.5mm和0.8mm, 由于底层为硬质合金, 焊接方便;又由于PCD结合桥的导电性, 使得PCD便于切割加工成各种形状, 制成各种刀具, 成本远远低于天然金刚石。聚晶金刚石 (PCD) 可加工各种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, 纤维增强塑料, 金属基复合材料, 木材复合材料等。PCD刀具材料中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。选用晶粒尺寸为10~25m的PCD刀具, 可以500~1500m/min的高速切削Si含量12~18%的硅铝合金, 晶粒尺寸8~9m的PCD加工Si含量小于12%的铝合金。超精密加工, 则应选用晶粒尺寸小的PCD刀具。PCD的耐磨性在超过700℃时会减弱, 因其结构中含有金属Co, 会促进“逆向反应”即由金刚石向石墨转变。PCD有较好的断裂韧性, 可以进行断续切削, 可以以2500m/min的高速端铣Si含量10%的铝合金。可利用金刚石材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。在切削加工有色金属时, PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的几十倍甚至几百倍, 是目前铝活塞精密加工的理想刀具。

2.4 立方氮化硼

聚晶立方氮化硼 (PCBN) 是由CBN微粉与少量粘结相 (Co, Ni或Ti C、Ti N、Al203) 在高温高压下加入催化剂烧结而成的。它具有很高的硬度 (仅次于金刚石) 和耐热性 (1300~1500℃) , 优良的化学稳定性、比金刚石刀具高得多的热稳定性 (达1400℃) 和导热性, 低的摩擦系数, 但其强度较低。与金刚石相比, PCBN的突出优点是热稳定性高得多, 可达1200℃ (金刚石为700~800℃) , 可承受较高的切削速度;另一个突出优点是化学惰性大, 与铁族金属在1200~1300℃下也不起化学反应, 可用于加工钢铁。因此, PCBN刀具主要用于高效加工黑色难加工材料。PCBN刀具除了具有以上的特点外, 还有以下几项优点: (1) 硬度高, 特别适合于加工从前只能磨削的HRC50以上的淬硬钢、HRC35以上的耐热合金和HRC30以下而其它刀具很难加工的灰口铸铁。 (2) 与硬质合金刀具相比, 切削速度高, 可实现高速高效切削。 (3) 耐磨性好, 刀具耐用度高 (为硬质合金刀具的10~100倍) , 能获得较好的工件表面质量, 实现以车代磨。不足之处在于PCBN刀具的抗冲击性能较硬质合金差, 因此, 使用时应注意提高工艺系统的刚性, 尽量避免冲击切削。PCBN可制成整体的刀片, 也可与硬质合金结合制成复合刀片。PCBN复合刀片是在硬质合金基体上烧结一层0.5~1.0mm厚的PCBN, 其性能兼有较好的韧性和较高的硬度及耐磨性。PCBN的性能主要与CBN的粒度、CBN的含量及结合剂种类有关, 按其组织大致可分为两大类:一类是由CBN晶粒直接结合而成, CBN含量高 (70%以上) , 硬度高, 适用于耐热合金、铸铁和铁系烧结金属的切削加工;另一类是以CBN晶粒为主体, 通过陶瓷结合剂 (主要有Ti N、Ti C、Ti CN、Al N、Al203等) 烧结而成, 这类PCBN中CBN含量低 (70%以下) , 硬度低, 适用于切削加工淬硬钢。立方氮化硼刀具被用于镶铸铁环活塞的车削铸铁环槽工序中, 同时也应用于活塞立体靠模的加工中。

2.5 陶瓷

陶瓷刀具材料的主要优点是:有很高的硬度与耐磨性, 常温硬度达91~95HRC;有很高的耐热性, 在1200℃高温下硬度为80HRC;而且高温条件下抗弯强度、韧性降低极少;有很高的化学稳定性, 陶瓷与金属亲和力小, 高温抗氧化性能好, 即使在熔化温度下也不与钢相互作用。因而刀具的粘结、扩散、氧化磨损较少;有较低的摩擦系数, 切屑不易粘刀, 不易产生积屑瘤。陶瓷刀的缺点是:脆性大, 强度与韧性低, 抗弯强度只有硬质合金的1/2~1/5, 因此使用时必须选择合适的几何参数与切削用量;避免承受冲击负荷, 以防崩刃与破损;此外, 陶瓷刀导热率低, 仅为硬质合金的1/2~1/5, 热膨胀系数却比硬质合金高10~30%, 抗热冲击性较差, 目前, 陶瓷刀具还没有应用于铝活塞加工过程中。

结束语

随着科学技术不断发展, 近年来数控刀具材料的科学科研和新产品的不断创新。集中表现在安全使用与高速 (超高速) 、硬质 (含耐热、难加工) 、干式、精细 (超精) 数控机加工技术领域。高速、高效、复合、高精度、高可靠性及环保已经成为先进切削技术的发展趋势。这就对数控刀具提出了更高的要求。数控刀具制造技术的发展主要集中在如下几个方面:刀具材料制造技术、刀具涂层制造技术、刀具结构设计制造技术、连接数控刀具和数控机床的工具系统制造技术以及切削数据库等相关软件技术等。随着切削技术的发展, 尤其是高速、高效、难加工材料切削技术的发展, 促使我国近几年在刀具制造技术方面不断更新、补充、发展和提高。

参考文献

[1]吴道全, 金属切削原理及刀具, 重庆大学出版社, 1999.11

[2]宋德禄数控机床刀具的正确使用网络资源参考2010.10

[3]陈永泰, 机械制造技术实践, 机械工业出版社, 2003.1

论未来刀具材料的发展方向 篇9

满足以上材料性能的刀具并不少见,比如像传统的高速钢、硬质合金等材料。在实际工作中仍大量的应用。如:高速钢的韧性高、强度高等优点,但耐热性极差,只有600℃。工作中必须浇注冷却液,很麻烦,从而影响了它的应用广泛性。而硬质合金的耐热性较高超过1000℃,但缺乏韧性,虽应用比高速钢要广,但实际工作中也有一定的局限性。

下面我们先研究一下刀具材料所具有的基本性能:a.高硬度:硬度是刀具材料性能最重要的指标,只有高硬度的刀具才能加工出像铸锻件、高锰钢、合金铸铁以及调质后的碳钢等,所以硬度是刀具材料最重要的性能。b.耐磨性和耐热性:耐磨性是指刀具和工件之间连续摩擦时具有较高的抗磨性和导热性;而耐热性是指刀具能承受较高的上升温度而不产生裂纹的性能,二者既有区别又有联系,相辅相成,当耐磨性较低时耐热性也相对不高,当耐热性较高时耐磨性不一定较高,二者是机床提高转速最应克服的性能指标。c.强度:是指刀具有较好的抗震性和耐冲击力,从而为加工不规整表面的铸、锻、焊口工件提供了保证。d.韧性:是指刀具的抗弯曲性能,抗折断性的综合性能指标。也是衡量刀具的一个重要指标。高速钢刀具的韧性较高,远远大于硬质合金刀具。e.经济性:刀具的价位高低也是刀具材料发展的一个因素,高速钢刀具和硬质合金刀具相对价位较低,金刚石刀具价位比较昂贵,所以一般的企业能用高速钢等刀具干的肯定不用金刚石刀具,这也大大制约了刀具材料的发展,不利于制造的发展和整体效率的提高。

随着我国经济的高速发展和机械制造业的复苏,金属切削机床的切削效率也越来越受到重视。新型刀具材料也不断应运而生,如:涂层刀具、陶瓷刀具等。下面我们将逐步给大家介绍,相信它们会逐步走进,制造业的工作中去。

1 氮化硅复合陶瓷刀片

是以氮化硅为主料,添加其他辅助材料加压,在高压高温状态下热压后,经冷加工而成的。科技含量很高,综合性能优良,硬度达HRA93-94,抗弯强度800mp,耐热性1400℃(高速钢600℃,硬质合金1000℃),该刀具材料因其具有非常高的耐磨性、红硬性、自润滑性、抗冲击性、耐热性等特点,对多种难加工材料具有很好的效果。将改变传统的刀具材料和切削技术,是切削工艺的重大革新。经济性也较适用,价位是普通硬质合金刀片的三倍以上,是继高速钢、硬质合金之后,最有可能普及的一种刀具材料。

2 涂层材料刀具

它是用钛氮材料和钛化氮碳等材料为主要原料,在刀具所切削的材料之间分隔开来,起到减小磨损、黏结和隔热的作用。从而提高刀具的耐磨性,提高机床的转速,延长刀具的使用寿命,提高效率。一般经涂层后刀片的耐热性可达1200~1400℃,现在工厂中已广泛普及和应用。价位略高于硬质合金刀具,并配合可转位机夹刀具一起使用。

3 立方氮化硼刀具

以氮化硼为主要刀具材料,具有非常高的硬度和耐热性,硬度>7000HV;耐热性>1500℃。对于难加工的淬硬钢、冷硬铸铁、喷焊材料等工件,不仅能加工而且还能用相对较高的转速。改变了只有硬质合金M10,M20刀片才能加工的历史,此刀具价位相对较高,可酌情使用。

4 金刚石刀具PCD

以碳、磷为主要材料的刀具,有特别高的硬度和耐磨性,用于加工对耐磨性要求较高的铝合金等非铁材料,具有很高的生产率和加工过程的可靠性,并对较高硬度的工件材料有很高的切削性能,并能保证很高的加工精度。但价格为十分昂贵。主要用于研发类工件和高科技材料工件的特殊加工等。

工欲善其事,必先利其器。机械制造的发展大潮已向我们涌来,创新已是我们时代的主旋律,高精密、高转速的机床已大量应用生产实践中,刀具材料的创新已刻不容缓,陶瓷刀具、涂层刀具等必将成为“普通的”刀具材料,为我们机械制造业的发展和社会进步做出更大的贡献。

摘要：首先介绍了刀具材料应具有的基本性能,接下来简要说明了几种新型刀具材料。

刀具材料 篇10

技术特点

密度6.0g/cm3, 硬度≥92HRA, 横向断裂强度≥2000Mpa, 断裂韧性7~11MNm-3/2, 热膨胀系数9.0×10-6K-1, 热导率10W/ (m·K) 。

市场预测

目前, 我国刀具市场的容量约为20亿人民币。在日本, Ti (C, N) 基金属陶瓷占可转位刀片市场的30%, 在欧洲约占10%以上。随着我国汽车等机械制造业的发展及高速切削技术和干切削技术的推广, Ti (C, N) 基金属陶瓷刀具在我国刀具市场的占有率会逐年上升, 并由于亚微米和纳米复合金属陶瓷刀具材料具有许多优异的性能, 因此, 在机械制造业领域有重要的应用前景。

单位:华中科技大学

地址:湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号

彪悍刀具的温柔乡 篇11

封闭式

中国人一向讲究“刀不外露”，所以大多数中国家庭的厨房灶台上立着全封闭或半封闭的刀架，有的甚至将刀具完全收入橱柜中。

用完消毒才安心

刀具只是用清水冲洗一下，根本不能清除细菌。电子消毒刀架，采用加热和紫外线两种消毒方式，可以彻底消灭刀具中的细菌，让你的饮食卫生更上一层楼。

厨内刀具危险小

还是把刀具这么危险的东西藏好为妙，尤其家里有宝宝的。将一只薄薄的刀架固定在橱柜门上，随手的开关门，就能将刀具收放自如，将危险降到最低。

草莓扮相讨人爱

鬼才设计师竟将朴实笨重的刀座设计成一只大草莓，着实让人眼前一亮。但是把这么多把大菜刀齐刷刷地插入水灵灵的草莓上，不禁让人心生几分怜爱。

自由组合才是美

刀具箱无法展示你不俗的厨刀？磁性一体刀架过于单调？那么这款圆柱磁吸刀架四只装绝对是你的首选，错落有致，随你安置！

水分易散发

这应该是世界上最简易的刀架了。刀片都晾在外面，可以保持刀锋干燥不生锈。但是，刀具就这么肆无忌惮地挂着，相信手指头被划破的危险系数是极高的。

牛头刀架才是真的牛

刀把为角，刀座为面，一只牛气冲天的牛头，通过白瓷刀与实木架的完美演绎，呈现在世人眼前，绝佳的组合能飨宴你的眼睛。

磁力扣吸住刀片

透明的树脂片上几只强磁力扣就能让刀具老实地站在金属底座上。轻轻一转，需要的刀就到了自己面前，伸手即来。

开放式

西方人相对喜欢开放式的，他们认为这样既不会藏污纳垢，也便于清洁。因此，在西方人的开放式厨房里，刀不是贴在墙上，就是明晃晃地坐在台面上。

各类刀具墙上请

刀具材料 篇12

金属切削加工中, 利用刀具与工件材料之间的相对运动, 将工件上多余的金属材料去除, 使工件达到图纸规定的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度。当然金属切削过程是个非常复杂的运动过程, 尤其是涉及到刀具角度的几何参数的选择, 它受到很多因素的影响, 如切削力大小不同, 工件材料不同, 以及不同的加工情况, 甚至包括冷却情况是否良好, 机床系统刚性、刀具刚性、工件刚性是否足够等, 刀具角度的几何参数就会相应不同。就算是工件材料相同, 加工性质不同, 如粗加工或精加工, 刀具的几何角度也不同。因此, 为了掌握刀具角度的变化规律, 确定合理的刀具几何参数, 必须认真分析影响刀具角度变化的各种因素。在一般情况下, 影响刀具角度变化的主要因素其实还是加工工件材料。

2 刀具几何参数与工件材料的关系

2.1 加工灰铸铁材料时刀具几何参数的选择

由于灰铸铁材料的硬度低 (一般为170~241HB范围内) , 抗拉强度低, 塑性变形小的特点, 因此加工灰铸铁材料时, 切削变形和切削抗力较小。另外, 由于灰铸铁组织结构内部分布了大量的片状石墨, 而石墨本身又有润滑作用, 所以灰铸铁本身还具有良好的切削加工性能。

但是由于铸铁本身表面常常存在带型砂的硬皮和氧化层, 局部的白口铁、砂眼、气孔和缩松等缺陷, 使整个切削带有比较大的冲击性, 这些不利因素会降低刀具的耐用度。根据铸铁表面的缺陷, 必须增加刀具切削部分的强度, 前角应选得小些, 通常前角宜取0°~5°范围内, 但不宜选用负前角。为了增强刀具切削部分的强度, 通常在刀刃上磨出0.2~1.2倍走刀量的斜向负倒棱。

又因为灰铸铁组织结构里的石墨割裂了金属基体, 从而使灰铸铁在切削过程中易于形成崩碎状切屑, 冲击性的切削阻力全部集中在切削刃口附近, 刀尖区域内散热性差。为了增加散热面积, 减轻单位长度切削刃上的负荷, 改善刀头散热条件和增加刀尖处的强度, 提高刀具寿命, 应选择较小的主偏角 (在工件加工形状允许情况下宜取45°~75°范围内) 。在不影响刀具强度的情况下, 应适当加大后角 (宜取4°~10°范围内) , 以减少后刀面的摩擦。但后角过大会削弱刀具强度, 散热体积减少, 磨损反而增加。

2.2 加工铸钢件时刀具几何参数的选择

(1) 切削加工铸钢件的特点:由于铸钢件中的锰、铬、镍造成切削加工时刀具不耐磨, 特别是一些大型铸钢件, 很多刀具未加工完一个工件就已经破损, 造成接刀痕或“扎刀”, 轻则影响加工效率和加工质量, 重则造成工件报废。尤其是有夹砂、白口等铸造缺陷或者有间断车削, 容易崩刀, 造成刀具使用成本居高不下。

(2) 切削加工铸钢件刀具选用。因为铸钢是短屑材料, 不同于锻钢件, 特别是粗加工或者间断车削铸钢件时, 如果采用YT类合金刀头, 一般会崩刀。因此在加工时必须跳出“钢件就用YT类硬质合金刀头加工, 铸铁件就用YG类硬质合金刀头”的误区。通常情况下可选用YG类硬质合金或者YW类硬质合金, 当然也可选用立方氮化硼整体聚晶刀片或者涂层硬质合金刀片。

(3) 切削加工铸钢件时刀具几何参数的选择。刀具主偏角的大小主要根据加工工艺和机床系统的刚性进行选择, 如果系统刚性不足, 主偏角采用83°或者90° (具体根据端面和台肩加工需求而定) ;如果机床刚性好且夹持力好, 尽量采用45°左右的主偏角车刀;后角的磨刀角度和加工铸铁件相仿。

2.3 加工铸造黄铜材料时刀具几何参数的选择

黄铜材料加工特点是:强度硬度低, 塑性小, 切削力很小。由于黄铜材料强度低, 硬度低, 塑性小, 材料表面硬而光滑, 加上内部组织粗松, 在切削过程中, 当选用较大的前角, 切削刃锋利时, 容易产生"扎刀"现象, 因此刀具前角应选得小些 (10°~-3°)

黄铜材料的导热性较好, 热量大部分由切屑和工件传递出去, 所以刀具主偏角可选择大些 (60°~90°) 。

因为导热系数好, 在切削加工过程中如果刀具角度太小或者是负角, 那么工件的发热量会根据角度的大小产生不一样的温度, 公差尺寸就比较难保证, 特别是大型铜件的加工。如果为了使工件降温而使用切削液冷却的话, 工件颜色会变黑, 因为内部组织疏松, 比较容易吸入水分, 所以加工铜件最好不要使用切削液。

2.4 加工铝合金材料时刀具几何参数的选择

切削加工铝合金材料时可选用YG8硬质合金刀具。

(1) 加工铝合金材料时, 根据有利条件选择刀具几何参数主要考虑: (1) 由于铝合金材料的强度和硬度低, 因此切削抗力很小, 又因其塑性变形小, 延伸率低, 因此可以选择较大的前角 (选择范围20°~30°) 。前刀面磨成圆弧形, 无倒棱, 刃倾角为0°。 (2) 导热性能好, 可降低切削温度。主偏角可选得较大些 (选择范围60°~90°) 。刀尖圆弧R0.5~R1, 使刀头有相应的强度。

(2) 虽然加工铝合金的材料有利条件比较多, 但绝不能忽略它的不利条件。加工铝合金材料时, 选择刀具几何参数主要考虑: (1) 在切削刃处有局部高压高温区域, 又加上铝合金熔点低 (659℃) , 因此在切削过程中容易产生刀瘤, 影响零件表面粗糙度。因此在加工铝合金材料时刀具的前角应选得大一些, 同时刀具前刀面, 后刀面的表面粗糙度值要求控制在Ra0.8以下, 以减少切屑的粘附, 防止刀瘤的发生。 (2) 铝合金中含有硅, 而硅的化合物是硬度很高的质点, 会加剧刀具的磨损。为了减少后刀面与零件之间的摩擦和减少刀具磨损, 应选择较大的后角 (选择范围8°~12°) 。

切削加工铝合金材料时, 粗加工使用乳化液;精加工使用煤油为冷却液。

另外, 切削加工铝合金材料时切削用量比加工钢类材料高, 其切削速度可达150~200m/min (可比钢类材料高出2~3倍) , 进给量0.15~0.5mm/r, 切削深度0.5~5mm。

2.5 加工奥氏体不锈钢 (典型钢种是1Cr18Ni9Ti) 材料

时刀具几何参数的选择

奥氏体不锈钢属于一种特殊材料, 物理、机械性能与一般的金属材料有显著的区别, 所以车削时对刀具材料、刀具角度、切削用量以及切削液都有特殊的要求, 必须根据具体情况进行选择。

(1) 奥氏体不锈钢的切削加工特点

奥氏体不锈钢的特点归纳起来就是既粘又韧, 且导热性差。因此加工奥氏体不锈钢时必须清晰掌握奥氏体不锈钢的特点, 以便找出解决、消除由于工件材料自身不利因素带来的困难。奥氏体不锈钢的特点具体体现在: (1) 奥氏体不锈钢的强度高, 特别是高温强度和高温硬度高, 所以切削力较大。 (2) 奥氏体不锈钢的塑性大, 韧性高, 切削变形大, 相应的切削力、切削热也大。 (3) 奥氏体不锈钢的导热率低, 仅约为普通碳钢的1/2~1/3, 由工件和切屑带走的热量很少, 因此, 刀具上的切削温度较高, 使刀具磨损加快。 (4) 奥氏体不锈钢的韧性好, 切屑不容易卷曲、折断, 在切削过程中容易堵塞, 使表面粗糙度值增大和刀刃损坏。 (5) 奥氏体不锈钢的粘附性强, 在切削过程中产生的粘附性切屑, 容易产生积屑瘤, 不易获得表面粗糙度值小的工件表面, 刀刃也容易磨损。 (6) 奥氏体不锈钢的加工表面易产生冷作硬化现象, 使刀具磨损加剧。

(2) 刀具材料选择

加工不锈钢的刀具材料应具备足够的强度、韧性、高硬度和高耐磨性, 且不锈钢的粘附性要小。常用的刀具材料有硬质合金和高速钢两大类, 形状复杂的刀具主要采用高速钢材料。由于高速钢切削不锈钢时的切削速度不能太高, 因此影响生产效率的提高。对于较简单的车刀类刀具, 刀具材料应选用强度高导热性好的硬质合金。如YG类硬质合金, 最好不要选用YT类硬质合金, 尤其是在加工1Cr18Ni9Ti不锈钢应绝对避免选用YT类硬质合金, 因为不锈钢中的Ti和YT类硬质合金中的Ti产生亲合作用, 切屑容易把合金中的Ti带走, 促使刀具磨损加剧。生产实践表明, 选用YG3X、YG6X、YW1、YW2硬质合金刀具材料加工不锈钢具有较好的加工效果。并且YG类硬质合金的韧性和导热性较好, 不易与切屑粘结, 因此适用于不锈钢粗加工;而YW硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性和抗氧化性能以及韧性都较好, 适用于不锈钢的精加工。另外, 现在新型的CVD、PVD涂层刀具在加工奥氏体不锈钢时有着优越的加工性能, 其摩擦系数小, 硬度高, 耐磨性好, 耐热性高。在加工奥氏体不锈钢时效率可提高1~3倍, 高者甚至可达5~10倍。

(3) 刀具几何角度的选择

由于奥氏体不锈钢材料的塑性大, 因此切削变形大, 切削力也大, 为了减少塑性变形, 减少切屑切离和清出过程中所遇到的阻力, 降低切削温度和减少加工硬化, 便于切削加工, 应在保证切削刃强度前提下尽量选用较大前角粗加工前角宜取10~20°范围内;精加工前角宜取20°~30°范围内。为了防止前角加大导致削弱刃口强度, 主刀刃应进行负倒棱, 通常采用如图1所示的断屑槽。尤其对于外圆粗车刀应该使主刀刃低于刀面0.15~0.25mm, 以保证切屑向前卷曲时碰到主后刀面上自动断屑。

图1中, bn表示棱边宽度, bn≈0.05~0.3mm;Wn表示卷屑槽槽宽, Wn=2~7mm;Rn表示卷屑槽槽底圆弧半径, Rn≈1.5~7.5mm;γ0表示前角;α0表示后角;γ0′表示负倒棱前角。

后角的选择:对于奥氏体不锈钢这种易出现加工硬化的材料, 其后刀面摩擦对加工质量及刀具磨损影响加大, 因此为了减少后刀面与加工表面间的摩擦, 又不影响刀具强度, 粗加工时后角应选在4°~6°范围内;半精加工及精加工时后角应选在6°~12°范围内。

主偏角及副偏角和刀尖圆弧半径的选择:奥氏体不锈钢冷硬性强, 塑性变形大, 因此在机床、工件及刀具系统刚度允许条件下应尽量取较小的主偏角, 一般主偏角宜取45°~90°范围内, 具体可根据加工余量选择, 加工余量大时, 主偏角小些, 加工余量小时, 主偏角大些。副偏角宜取8°~15°范围内, 刀尖圆弧半径常取0.5~1mm。

刃倾角可控制切屑流向, 影响刀尖强度。合理的刃倾角应为:连续车削奥氏体不锈钢时, 刃倾角应选在-2°~-6°之间;断续车削时, 刃倾角应选在-5°~-15°之间;精加工车削时, 刃倾角应选在0°~3°之间。在实际生产加工中也可采用如图2所示的双刃倾角断屑车刀, 既增强了刀尖强度和散热性能, 同时又部分增大了切屑变形, 加宽了断屑范围, 在实际应用中取得了良好效果。

奥氏体不锈钢材料粘结磨损比较严重, 因此必须降低刀具切削部分的表面粗糙度值 (即刃磨后进行研磨) , 以减少切屑形成卷曲时的阻力, 提高刀具耐用度。选用合适的润滑冷却液, 原则是选用抗粘附性和散热性好的润滑冷却液, 如硫化油或硫化油加四氯化碳, 以降低切削热和切削力, 防止刀瘤的产生, 减少刀具磨损, 延长刀具使用寿命。

当然在技术要求允许的条件下, 可将工件进行适当的热处理, 以改善材料的切削加工性。

2.6 加工淬火钢材料时刀具几何参数和切削用量的选择

淬火钢突出的特点:硬度高, 脆性较大。因此切削力很大, 切削热也很大, 刀具磨损和崩刃现象比较多。为了改变这种不利状况, 应增加刀具的强度。采取下列方法:

(1) 选择适合于加工淬火钢的刀具材料:YG8、YW1、YW2、YM201。

(2) 选用较大的负前角 (选择范围-5°~-2°) ;为了增加刀具散热面积, 应减小刀具主偏角 (选择范围20°~60°) ;刀尖圆弧角120°, 刀尖圆弧半径1.5mm。主后角 (2°~5°) , 副后角 (6°~8°) 。这样刀尖强度好, 散热快, 提高了刀具耐用度。

(3) 淬火钢硬度高, 加工困难, 所以转速要低 (切削速度一般选择25~30m/min) , 吃刀小 (吃刀深度一般选择0.5~4mm) , 走刀慢 (进给量一般选择0.1~0.3mm/r) , 而且还存在加工硬化。如果刀具钝了还继续切削, 工件表面更容易出现挤压硬化, 刀具挤压力一旦大于工件表面淬火后的屈服强度, 工件的加工层就会出现崩块现象, 无法保证工件的加工质量。

2.7 加工橡胶材料时刀具几何参数的选择

(1) 车削橡胶材料的特点与刀具几何参数的选择。橡胶材料除了具有一般非金属材料所共有的导热性差、强度低等特点外, 还有弹性极好的特点。因此在车削时, 材料的弹性变形很大。为了确保车削顺利, 所选用的刀具应尽量锋利, 因此前角一般选择40°~60°, 后角一般选择10°~15°, 从而使楔角减少, 进一步增强刀具的锋利, 达到减少切削变形的目的, 否则切削时不易达到要求的加工精度和表面粗糙度。为了减少后刀面与工件的摩擦, 并分散切削力和切削热, 可适当加长车刀的过渡刃和修光刃。为了使排屑流畅, 车刀前刀面磨成大前角平面型和圆弧型组成的排屑槽。

(2) 车削橡胶材料时刀具材料与加工工艺

加工橡胶材料时刀具材料一般选用高速钢, 但在车削含杂质较多的硬橡胶时, 由于高速钢耐磨性较差, 也可用硬质合金车刀。

由于橡胶材料在车削中容易产生弹性变形, 因此应特别注意工件的装夹方法, 如在卡盘上装夹平整的木板钉住橡胶板, 或用木质心轴装夹套、圈类工件, 以增加橡胶抵抗切削的能力。

切削用量应根据切削形式、车刀角度和橡胶种类的不同来选择。切削速度一般可选择大些。车削时不能用油类作切削油, 以防油类腐蚀橡胶导致工件变形。如有特殊情况要求时, 可以用水冷却。

3 结语

由于不同材料的物理性能、机械性能有显著的区别, 所以加工时刀具材料、刀具角度、切削用量以及切削液都各有不同的要求。因此加工时应该根据具体材料进行具体分析, 从提高加工效率、保证零件加工质量、延长刀具使用寿命等方面考虑, 选择合适的刀具材料、比较合理几何角度以及工艺参数。

摘要：针对灰铸铁、铸钢、铝合金、铸造黄铜、不锈钢、淬火钢和橡胶等材料, 采用常用的高速钢以及YG类、YT类、YW类硬质合金刀具材料进行加工, 分析了刀具角度变化情况, 给出了刀具角度的变化规律, 确定合理的刀具几何参数, 从而延长了刀具的使用寿命, 提高了工件加工质量和加工效率。

关键词：工件材料,刀具几何参数

参考文献

[1]北京第一通用机械厂.机械工人切削手册[M].北京:机械工业出版社, 1977.

[2]许兆丰.车工工艺学[M].北京:劳动人事出版社, 1986.