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2 2刀具材料刀具的工作条件 局部强力作用 高温 剧烈摩擦 影响 加工效率 加工成本 加工质量 刀具材料刀具角度和刀具结构 2 2 1刀具材料应具备的性能高的硬度基本特性 硬度高于工件 一般60HRC以上 高的耐磨性材料抵抗磨损的能力 刀具材料硬度越高 耐磨性越好 高的耐热性刀具在高温下仍能保持硬度 强度 韧性和耐磨性的能力 衡量刀具材料切削性能的主要标志 热稳定性 化学稳定性 足够的强度和韧性承受切削力以及切削时产生的冲击和振动 以防刀具脆性断裂和崩刃 良好的热物理性能和耐热冲击性能导热性越好 越利于切削区散热 而降低切削温度 耐热冲击性能越好 刀具越不因为受热冲击产生内部裂纹而导致刀具断裂 良好的工艺性能切削性能 磨削性能 焊接性能 热处理性能等 便于制造 经济性性能矛盾 合理选择 2 2 2常用刀具材料碳素工具钢 合金工具钢 高速钢 硬质合金 陶瓷 金刚石 立方氮化硼等 工具钢 耐热性差 手工工具等 高速钢 硬质合金 使用最普遍 陶瓷 金刚石 立方氮化硼 逐渐增多 碳素工具钢含碳量最高的优质钢 含碳量0 7 1 2 T8A T10A T12A等 硬度 63 65HRC 81 83HRA 耐热性 200 250 抗弯强度 2 2GPa工艺性能 可冷热加工成形 磨削性好 可进行热处理 用途 手动工具 如手动丝锥 板牙 铰刀 锯条 锉刀等 合金工具钢碳素工具钢中加入少量的Cr W Mn Si等合金元素 9SiCr CrWMn等 硬度 63 66HRC 81 83HRA 耐热性 300 400 抗弯强度 2 4GPa工艺性能 可冷热加工成形 磨削性好 可进行热处理 用途 手动或低速机动工具 如丝锥 板牙 拉刀等 碳素工具钢和合金工具钢 高速钢 锋钢或风钢 含有较多W Cr V等合金元素的高合金工具钢 W18Cr4V W6Mo5Cr4V2Al W10Mo4Cr4V3Al等 硬度 63 70HRC 82 87HRA 耐热性 600 650 抗弯强度 2 5 4GPa工艺性能 可冷热加工成形 磨削性好 可进行热处理 用途 中速切削及形状复杂刀具 如钻头 丝锥 铰刀 铣刀 拉刀 齿轮刀具 成形刀具等 可加工250 280HB以下的大部分结构钢和铸铁 与工具钢相比 允许切削速度提高1 3倍 刀具耐用度提高10 40倍 占现用刀具材料的50 以上 类别 1 通用型高速钢钨钢W18Cr4V W18 最基本钢种钨钼钢W6Mo5Cr4V2 M2 各国通用2 高性能高速钢增加合金元素或含量 提高刀具切削性能 用于加工难加工材料 3 粉末冶金高速钢消除碳化物偏析 细化晶粒 提高材料硬度韧性 减小热处理变形 用于制造高精度刀具 高速钢钻头 铰刀 高速钢球头铣刀 硬质合金以高硬度 高熔点的难熔金属碳化物WC TiC为基体 以金属Co Ni等为粘结剂 用粉末冶金方法制成的一种合金 硬度 89 94HRA耐热性 800 1000 抗弯强度 0 9 2 4GPa工艺性能 压制烧结后使用 多镶片使用 不能冷热加工 无需热处理 用途 切削速度高于高速钢刀具 常以形状简单的刀片形式 经焊接或机械夹固用于车刀 铣刀 钻头 滚刀 丝锥等 与高速钢相比 允许切削速度提高4 10倍 刀具耐用度提高10 40倍 承受切削振动和冲击载荷的能力差 ISO 国际标准化组织 分类 1 P YT 类 基体由WC TiC和Co组成 常用牌号YT5 YT15 YT30等 数字代表TiC含量 硬度高 耐热性好 切削韧性材料时耐磨性较好 韧性较差 主要用于加工钢类材料 2 K YG 类 基体由WC和Co组成 常用牌号YG3 YG6 YG8等 数字代表Co含量 韧性较好 切削韧性材料时耐磨性较差 主要用于加工铸铁 有色金属及合金材料 3 M YW 类硬质合金 在YT类增添碳化钽 TaC 碳化铌 NbC 使硬质合金既有高的硬度又有好的韧性 常用牌号YW1 YW2等 通用性硬质合金 主要用于加工不锈钢 耐热钢 高锰钢等难加工钢类材料 也适用于加工一般钢类 铸铁 有色金属材料 4 TiC N 基硬质合金 金属陶瓷 以TiC为主要成分的TiC Ni Mo合金 硬度提高 耐热性好 主要用于钢和铸铁的高速精加工 碳化物含量 钴含量 硬质合金牌号选用 金属切削原理 表2 4 P YT 类硬质合金 K YG 类硬质合金 M YW 类硬质合金 硬质合金机夹可转位刀具 涂层刀具在刀具基体表面上涂覆金属化合物等材料薄膜 以获得远高于基体的表面硬度和优良的切削性能 硬度 耐磨性 韧性 强度 刀具基体材料 高速钢 硬质合金等 涂层材料 TiC TiN TiCN 陶瓷 立方氮化硼 金刚石以及复合涂层等 涂层方法 物理气相沉积 PVD 高速钢基体化学气相沉积 CVD 硬质合金基体刀具耐用度提高2 5倍 切削速度提高20 40 硬质合金涂层机夹可转位刀片 陶瓷材料以氧化铝 Al2O3 或氮化硅 Si3N4 等为主要成分 经压制成形后烧结而成的刀具材料 硬度 91 95HRA耐热性 1200 抗弯强度 0 45 0 8GPa工艺性能 类似于硬质合金性能及用途 硬度高 耐热性好 强度低 韧性差 化学稳定性好 与金属材料亲合力小 摩擦系数小 适合于硬铸铁和淬硬钢的较高速精加工 切削速度比硬质合金提高2 5倍 超硬材料 立方氮化硼和人造金刚石 立方氮化硼 CBN 由立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成 硬度 8000 9000HV耐热性 1400 1500 抗弯强度 0 3GPa工艺性能 压制烧结而成 可用金刚石砂轮磨削 用途 适合于硬度 强度较高的黑色金属材料 淬硬钢 冷硬铸铁等 以及难加工材料的高速切削 CBN机夹刀片 人造金刚石通过合金触媒的作用 在高温高压下由石墨转化而成 硬度 10000HV耐热性 700 800 抗弯强度 0 21 0 49GPa工艺性能 用天然金刚石砂轮刃磨 用途 适合于有色金属以及非金属材料的高速切削和精密加工 由于热稳定性差 而且与铁元素有很强的化学亲合力 因此不适于加工钢铁类材料 金刚石焊接刀具 刀具材料特性 思考题 1 刀具材料应具备哪些性能 常用刀具材料有哪些 各有何优缺点 2 硬质合金的主要种类及用途是什么 3 超硬材料 立方氮化硼和人造金刚石 的特点及用途是什么