数控刀具知识

第2章刀具材料2.1刀具材料应具备的性能和种类2.2工具钢2.3高速钢2.4硬质合金2.5其他刀具材料2.6硬度知识说明2.1刀具材料应具备的性能和种类2.1.1刀具材料应具备的性能切削刀具需要的刀具材料特性1、具有充分的硬度、韧性2、要有能耐在切削中产生的切削抵抗、振动、冲击的强度3、具有不因切削热引起硬度低下的高温硬度4、容易热处理以及切削刀具成形5、有耐磨性2.1刀具材料应具备的性能和种类友情提示：在进行切削方面选择适合于被切削材料的刀具材料是最重要的。当使用了不适合的刀具材料时，异常的刀尖磨耗、刀尖缺损、被切削材料向刀具刀尖熔着和工件的硬化等等，坏的结果就会因此而发生。即使同种类成分不同性能也有差别，需要很好地理解各种各样刀具材料的特性，以最好的效率进行高品质的切削加工。2.1刀具材料应具备的性能和种类

注意：上述几项性能之间可能相互矛盾(如硬度高的刀具材料，其强度和韧性较低)。没有一种刀具材料能具备所有性能的最佳指标，而是各有所长。所以在选择刀具材料时应合理选用。

作为刀具材料高速钢的韧性最高，但其硬度最低；金刚石的硬度最高，但其韧性最低，硬度高、而且韧性也高的材料作为刀具材料是理想的，也是材料开发的目标2.1.2刀具材料的分类刀具材料可分为工具钢(包括碳素工具钢、合金工具钢)、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料(包括金刚石、立方氮化硼等)五大类。2.1刀具材料应具备的性能和种类2.2工具钢2.2.1碳素工具钢碳素工具钢是含碳量为0.65%～1.3%的优质碳素钢，常用钢号有T7A、T8A、T10A、T12A等。

特点：工艺性能良好，经适当热处理，硬度可达60HRC～64HRC，有较高的耐磨性，价格低廉。但热硬性差，在200℃～300℃时硬度开始降低，故允许的切削速度较低(5m/min～10m/min)。

应用：用于制造手用刀具、低速及小进给量的机用刀具。2.2工具钢2.2.2合金工具钢

特点：合金工具钢是在碳素工具钢中加入适当的合金元素铬(Cr)、硅(Si)、钨(W)、锰(Mn)、钒(V)等炼制而成的(合金元素总含量不超过3%～5%)，提高了刀具材料的韧性、耐磨性和耐热性。其耐热性达325℃～400℃，所以切削速度(10m/min～15m/min)比碳素工具钢提高了。

应用：用于制造细长的或截面积大、刃形复杂的刀具，如铰刀、丝锥和板牙等。2.2工具钢2.3高速钢高速钢是富含W、Cr、Mo(钼)、V等合金元素的高合金工具钢。在工厂中常称为白钢或锋钢。2.3.1高速钢的特点与碳素工具钢、合金工具钢相比，高速钢的热硬性很高，在切削温度高达500℃～650℃时，仍能保持60HRC的高硬度，因此允许切削速度可提高l～2倍(25m/min～30m/min)。同时，高速钢还具有较高的耐磨性以及较高的强度和韧性。2.3高速钢与硬质合金相比，其最大优点是可加工性好并具有良好的综合力学性能。其退火硬度为207HBS-255HBS，与优质中、高碳钢的退火硬度相近，能够用一般材料刀具顺利切削加工出各种复杂形状；在加热状态下(900℃-1100℃)能反复锻打制成所需的毛坯；高速钢的抗弯强度是硬质合金的3～5倍，冲击韧性是硬质合金的6～10倍；经过仔细研磨，高速钢刀具钝圆半径可小于硬质合金，其锋利性比硬质合金优良。总之，高速钢的切削性能比工具钢好得多，而可加工性能又比硬质合金好得多。

应用：高速钢仍是世界各国制造复杂、精密和成形刀具的基本材料，是应用最广泛的刀具材料之一。2.3高速钢2.3.2常用高速钢材料的分类与性能及应用分类：普通高速钢、高性能高速钢和粉末冶金高速钢。1.普通高速钢

特点：工艺性能好，具有较高的硬度、强度、耐磨性和韧性。可用于制造各种刃形复杂的刀具。切削普通钢料时的切削速度通常不高于40m/min～60m/min。普通高速钢又分为钨系高速钢和钨钼系高速钢两类。

2.3高速钢2.高性能高速钢高性能高速钢是在普通高速钢成分中再添加一些C、V、Co(钴)、Al(铝)等合金元素，进一步提高耐热性能和耐磨性。这类高速钢刀具的耐用度为普通高速钢的1.5～3倍。

应用：加工不锈钢、耐热钢、钛合金及高强度钢等难加工材料。

2.3高速钢

3.粉末冶金高速钢

粉末冶金高速钢：是将熔炼的高速钢液用高压惰性气体雾化成细小粉末，将粉末在高温高压下制成刀坯，或压制成钢坯然后经轧制(或锻造)成材的一种刀具材料。

特点：与熔炼高速钢相比，由于碳化物细小，分布均匀，热处理变形小，因此粉末冶金高速钢耐磨性好和可磨削性均得到显著改善。

应用：适于制造切削难加工材料的刀具，特别适于制造各种精密刀具和形状复杂的刀具。2.3高速钢2.4硬质合金2.4.1硬质合金的组成与特点硬质合金是将一些难熔的、高硬度的合金碳化物微米数量级粉末与金属黏结剂按粉末冶金工艺制成的刀具材料。常用的合金碳化物有WC、TiC、TaC、Nb(铌）C等，常用的黏结剂有Co以及Mo、Ni（镍）等。硬质合金具有高硬度、高熔点和化学稳定性好等特点。因此，硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性均超过高速钢，其缺点是抗弯强度低，冲击韧性差；由于硬质合金的常温硬度很高，很难采用切削加工方法制造出复杂的形状结构，故可加工性差。硬质合金的性能取决于化学成分、碳化物粉末粗细及其烧结工艺。2.4硬质合金

硬质合金从常温到高温都兼备优秀的硬度（耐磨损性）以及强度，在ISO中被切削材料按用途大致被分为4种：P种、M种、K种、Z种。与高速钢比较热的耐磨损性优秀。但是因韧性差，刀尖容易有突发性缺陷或断损发生的缺点。

Z种也被称之为超微粒子超硬合金，所以这个缺点可完全改善，大幅度地提高韧性，改善了耐卷韧性、耐缺损性。在超硬合金的母材上实施涂层的技术，进一步提高了性能。所以可以切削难切削材料高硬度钢材等，另外在高速加工中心中也增大了使用，在提高刀具寿命方面也发挥了效果。2.4.2常用硬质合金的分类、性能及应用硬质合金按化学成分可分为四类：钨钴类(YG类)、钨钴钛类(YT类)、含添加剂的硬质合金(YW类)、TiC基硬质合金(YN类)。其中前面三类的主要成分为WC，可统称为WC基硬质合金。(1)钨钴类硬质合金。YG3、YG6X和YG8等。YG代表钨钴类硬质合金，后面数字表示Co的含量，细颗粒的硬质合金有较高的抗弯强度和耐磨性。其中我们经常使用的YG6的刀片相当于ISO标号中的K20，主要用于加工铸铁（连续切削粗加工、间断切削半精、精加工）

应用：加工形成短切屑的铸铁、有色金属及非金属等脆性材料。加工铸铁等脆性材料时，切屑呈崩碎状，对切削刃的冲击较大，切削力与切削热都集中在刀尖附近。而YG类硬质合金抗弯强度和韧性及导热性较高，故可满足要求。2.4硬质合金(2)钨钴钛类硬质合金。YT5、YT14、YT15、YT30等。YT表示钨钴钛类硬质合金，数字表示TiC的含量。与YG类硬质合金相比，YT类硬质合金中由于含有硬度较高的TiC，故该类硬质合金的硬度、耐磨性和抗氧化能力较高，但其导热性能、抗弯强度和韧性、可磨削性和可焊性却有所降低。其中我们经常使用的YT14的刀片相当于ISO标号中的P20，YT15相当于P10，YT15与YT14性能接近，YT15（91HRA）硬度稍大YT14（89.5HRA)。

应用：加工形成长屑的钢材等塑性材料，适于加工碳钢及合金钢。

注意：当加工淬硬钢、高强度钢和奥氏体不锈钢等难加工材料时，由于切削力大，且集中在切削刃附近，如选用YT类硬质合金易造成崩刃，故选用YG类硬质合金更为合适。2.4硬质合金(3)含添加剂的硬质合金。是在YG类、YT类硬质合金的基础上加入适当的添加剂(合金碳化物TaC、NbC)所形成的硬质合金新品种。如：YA6、YW1和YW2等几种，其中YW类又称为通用硬质合金。其中我们经常使用的YW3的刀片相当于ISO标号中的M20。

特点：有更高的硬度、高温硬度、韧性和耐磨性。

应用：用于钢料和难加工材料的半精加工和精加工。也可用于加工铸铁(4)TiC基硬质合金。TiC基硬质合金是以TiC为主体，Ni与Mo为黏结剂，并加入少量其他碳化物而形成的一种硬质合金。如：YN10和YN05。其具有比WC基硬质合金更高的耐磨性、耐热性和抗氧化能力，但热导率低和韧性较差。

应用：适用于工具钢的半精加工和精加工及淬硬钢的加工。2.4硬质合金(5)超微粒子超硬合金（Z种）超微粒子超硬合金具有主成分为WC，极其细小平均粒径在1ūm以下因此比同样硬度的普通的超硬合金也可得到更高的强度，即使在高速钢刀具的切削条件领域也能发挥高的性能

应用：适用于不能得到高的切削速度的小径的立铣刀、小径钻头、铰刀、丝锥等的工具说明：超微粒子硬质合金若与同样硬度的通常的超硬合金比较的话抗折强度高，若与同样抗折强度的普通硬质合金相比较的话硬度高。切削速度：作为使用用途大致目标超硬合金切削速度在50m/min以上，超微粒子超硬合金需要不到50m/min的切削速度最合适。超硬合金的成分和作用表

因子给予超硬合金性质的影响钴的量1、作为结合材料被采用，硬度为200HV(软）2、钴的含量越多，压缩强度和纵向弹性率越低，耐冲击性越高WC的粒度1、如果钴的含有量一定的话，WC的粒径越小，硬度越高2、弯曲强度将某个粒径作为最高点，比其大或比其小都是低下3、WC的强度在2100HV非常高添加碳化物1、TiC使硬度和耐磨损性提高，但是弯曲强度和耐积削性下降2、减少TiC的粒径，可使耐积削性提高，改善超硬合金的耐氧化性。普通的超硬合金的切削条件表(以端面铣刀为例)

被切削材料切削速度(m/min)每转进给(mm/rev)切深(mm)普通铸铁80-2200.30<=10合金铸铁60-1500.30<=5软钢120-2200.30<=6中钢100-2000.30<=8硬钢30-800.20<=22.5浙其他刀服具材料2.5.姜1陶早瓷材料陶瓷材祸料是以坦氧化铝腿为主要贩成分在暖高温下捡烧结而泽成的。计如：纯身Al2O3陶瓷和T忍iC-A交l2O3混合陶瓷坊两种。优点：有很高溜的硬度和吹耐磨性；央有很好的分耐热性，弱在120伐0℃高温绞下仍能进冷行切削；冒有很好的塑化学稳定震性和较低长的摩擦因遍数，抗扩领散和抗黏古结能力强晚。缺点：强度狮低、韧锯性差，兵抗弯强趣度仅为家硬质合蒸金的1习/3～喊1/2蒸；导热导系数低骨，仅为哈硬质合督金的1笑/5～璃1/2枝。应用：钢、痒铸铁及膛塑性大姓的材料踢(如紫脆铜)的枯半精加谎工和精普加工，俘对于冷壮硬铸铁食、淬硬钱钢等高慕硬度材蜜料加工猾特别有泻效；但邻不适于胜机械冲度击和热末冲击大贸的加工艘场合。2.5润其他刀盯具材料2.5.垮2金泰刚石有三种厘：天然单哑晶金刚快石刀具、人造聚滴晶金刚腐石刀具和金刚石复受合刀具。金刚石尿复合刀片劳是在硬质股合金基体俭上烧结上辩一层厚度白约0.5海mm的金偶刚石，形谦成了金刚疫石与硬质饰合金的复轻合刀片。特点：很好拖的耐磨蒙性，用响于加工蒙硬质合亿金、陶猜瓷和高距铝硅合唤金等高县硬度、附高耐磨浓材料，涉刀具耐鹊用度比竿硬质合雹金提高廊几倍甚壮至几百脉倍；金贿刚石有护非常锋脚利的切威削刃，除能切下欧极薄的毕切屑，缎加工冷裹硬现象华较少；渠金刚石视抗黏结由能力强戴，不产虑生积屑从瘤，很凶适于精叙密加工惊。但其携耐热性沉差，切虽削温度娘不得超悉过70梁0℃～幕800仔℃；强欧度低、尼脆性大配，对振茅动很敏策感，只够宜微量孕切削；禽与铁的美亲合力杆很强，格不适于掠加工黑醒色金属乱材料。应用：用于请磨具及灾磨料，沸作为刀叼具多在合高速下症对有色冷金属及夫非金属京材料进凡行精细削切削。2.5吓其他刀洁具材料说明：对铁系说材料的用切削不姐能使用态。因为粉金刚石核的成分汉的碳元帝素与铁妨系材料织反应结都合，就帖会脱落铜。对含童有高硅随的铝合阿金、玻滴璃钢等算含有硬躬质粒、蝇硬质纤物维类的苦被切削粪材料特掏别有效沈。比如捧切削含毒Si量欢16%呢以上的末铝合金申切削速焦度为2此00-知600姻m/m扔in,木切深为芦0.0蓝5-0选.20公mm,丹一转进汇给0.浑05-异0.2拘0mm诵/re段v2.5裁.3黑立方岗氮化硼立方氮铲化硼(牵CBN贤)是由榴立方晶削氮化硼失（CB敞N）的顷微结晶低粒与特恰殊陶瓷波结合材旅料在超然高温下耍致密地缎烧硬的尘刀具材续料，宪是20俊世纪7桃0年代颤出现的唤新材料还，硬度阔高达8怎000俩HV～个900享0HV涉，仅次修于金刚愧石，耐助热性却旷比金刚隶石好得或多，在顺高于1斗300者℃时仍朝可切削献，且立躲方氮化非硼的化考学惰性忙大，与际铁系材敏料在1柳200丽℃～1孕300寒℃高温爽下也不养易起化泼学作用盈。为此关能够对捏于耐热堂合金和毯淬火后学的高合愁金钢等斥等的硬安度为4记0HR驶C以上月的硬材聚料的精桨加工和终镍铬铁稀耐热耐肾蚀合金际等等的疫难切削译材料用叮150呀m/m保in以退上的切模削速度月切削，翁精加工钱面也很宽好，发卵挥很多耍的优秀尽性能。2.5彼其他刀推具材料特征：1、最适针用于以前于依赖于研殃磨加工的傻淬火钢等撒等的高硬抱度材料直2、最适洲用于硬质悉钢铁材料司的冷硬钢史、高硬度危铸铁等等墨3、对门耐热合金捐镍铬铁耐嗓热耐蚀合辞金等难切列削材料也与显示高性悼能

4、盖在铸铁的粱高速精加柳工中，实题现了刀具徐的长寿命剪化应用：立方氮归化硼作为揭一种新型贱超硬磨料刺和刀具材跨料，用于姻加工钢铁森等黑色金屠属，特别是是加工高日温合金、貌淬火钢和婶冷硬铸铁竞等难加工姜材料，具津有非常广球阔得发展祝前途。顾在我事们公司目蔑前使用的汤CBN刀源片主要是昆用来加工恶KA20贞CB吸气户端油缸孔烈，LG系此列油缸体瞒，切削速经度为20顺0-30输0m/m持in,切区深为0.伴1-0.催25mm拼,一转进彻给0.0里5-0.辛15mm石/rev罩，好的C哗BN刀片酿切削速度忆为500彩-600窑m/mi湿n。2.5雹.4驻涂层么刀片涂层刀廊片是在探韧性和劲强度较甘高的硬艰质合金纺或高速孩钢的基止体上，愈采用化南学气相窗沉积(洽CVD斜)、物泽理化学绑气相沉险积(P江VD)哄、真空毯溅射等在方法，往涂覆一先薄层(尝5～1纳2)颗计粒极细古的耐磨对、难熔灿、耐氧泼化的硬足化物(肌TiC皮、Ti蹦N、T箱iC-图Al2害O3)梅后获得晃的新型柳刀片。议具有较摆高的综村合切削逼性能，宋能够适赴应多种扣材料的咸加工。2.5早其他汤刀具材料2.6赌硬度知预识说明硬度表菜示材料猪抵抗硬荒物体压绕入其表济面的能嫩力。它蜂是金属胆材料的苗重要性询能指标旁之一。施一般硬滩度越高谷，耐磨移性越好茎。常用收的硬度蛮指标有宣布氏硬丢度、洛穿氏硬度丘和维氏宴硬度。1.布舅氏硬度爹(HB趟)

以花一定的忠载荷(洞一般3息000习kg)爸把一定闹大小(雄直径一谦般为1战0mm装)的淬闸硬钢球吧压入材吓料表面别，保持胖一段时建间，去斩载后，肿负荷与调其压痕魂面积之嫩比值，牵即为布氏氏硬度遥值(H尝B)，卖单位为趟公斤力礼/mm此2(进N/m村m2)蝇。

2角.洛氏炒硬度(牢HR)像当H康B>4藏50或木者试样酱过小时突，不能雅采用布历氏硬度搬试验而值改用洛序氏硬度而计量。抱它是用亏一个顶问角12纵0°的准金刚石哈圆锥体梢或直径敏为1.熔59、灯3.1否8mm肯的钢球剃，在一相定载荷幸下压入晶被测材恐料表面畅，由压引痕的深陈度求出手材料的出硬度。根据试巴验材料混硬度的隐不同，搏分三种属不同的袖标度来居表示：幼HR肃A：是扰采用6紫0kg圈载荷和凶钻石锥蹲压入器米求得的贴硬度，敢用于硬悬度极高急的材料机(如硬蝴质合金抛等)。HRB喜：是采翁用10近0kg还载荷和直直径1恶.58捉mm淬辫硬的钢火球，求枣得的硬第度，用啄于硬度买较低的党材料(香如退火足钢、铸倘铁等)浑。

H被RC：馒是采用株150筛kg载啄荷和钻修石锥压炉入器求蚁得的硬坝度，用苗于硬度贤很高的敬材料(饥如淬火屑钢等)肺。3维氏掏硬度(H款V)

以之120k陷g以内的工载荷和顶晒角为13包6°的金啄刚石方形承锥压入器躺压傲入材料表添面，用材桐料压痕凹回坑的表面您积除以载誓荷值，即夺为维氏硬觉度HV值午(kgf汤/mm2果)。

『讨HK=1新39.5典4·P/宗L2。式沙中：HK朵－努普硬亲度，Mp比a；P－示荷重，k混g；L－录凹坑对角辛线长度，觉mm。我鬼国和欧洲往各国采用刊维氏硬度恐，美国则唐采用努普字硬度。兆纺帕（MP鞭a）是显希微硬度的锡法定计量腐单位，而效kg/m饲m2是以向前常用的循硬度计算情单位。它取们之间的买换算公式盏为1kg敬/mm2矩=9.8煮0665脏Mpa。硬度換拆算公式盈:饱1.肖锈氏硬度遵(HS炼)=勃劝式硬度掏(BH劣N)/葛10+豪12稳2.问肖式硬纱度(H搬S)=首洛式硬奏度(H集RC)砖+15塞3亿.勃式唯硬度(脆BHN绸)=稼洛克式眉硬度(吼HV)克4叙.洛式如硬度(酬HRC遮)=挑勃式硬恐度(B宁HN)糠/10共-3挪硬度鹊測定範油圍:蛾HS<呈100否HB梅<50菊0

H附RC<窃70材HV<右130岩0孙(80矿~88超)HR灯A,秒(85掌~95执)HR都B,妻(20示~70疫)HR齿C实践证明杜，金属材疲料的各种索硬度值之微间，硬度抬值与强度树值之间具跨有近似的期相应关系阴。因为硬手度值是由剩起始塑性收变形抗力辨和继续塑纠性变形抗禁力决定的良，材料的叶强度越高樱，塑性变保形抗力越砍高，硬度催值也就越知高。但各灿种材料的姓换算关系尿并不一致抗。小狭结本章主要矛内容是刀巾具材料应群具备的性夜能、常用酷刀具材料霞的种类以限及常用刀销具的牌号华、特点、亿性能和应面用。刀具材附料应具幻玉备的性钢能包括贪足够的趁硬度和躺耐磨性琴、足够焰的强度尘与韧性肢、较高邀的耐热趟性、较和好的工栽艺性、狼较好的比传热性似、经济笨性。工具钢紧包括碳复素工具割钢和合药金工具鼠钢。碳瓶素工具盟钢主要柳用于制总造手用济刀具、郊低速及宵小进给患量的机立用刀具条。合金塑工具钢插比碳素衡工具钢苦有较高妇的淬透房诚性、韧齿性、耐渴磨性和损耐热性凯。主要械用于制畏造细长难刀具或隔截面积篮大、刃产形复杂很的刀具叉。高速钢坐按切削踪蝶性能可炕分为普够通高速筹钢、高强性能高甜速钢和瞒粉末冶刷金高速什钢。与北碳素工般具钢、庭合金工智具钢相寒比，高合速钢还白具有较蜜高的硬崇度、耐尼磨性以江及强度粉和韧性首。与硬室质合金醉相比，通高速钢兴的最大级优点是思可加工尼性好并稍具有良妖好的综友合力学样性能。第高速钢在仍是主赴要用于溉制造形汇状复杂壁的刀具栋。高性誉能高速偏钢和粉嘱末冶金码高速钢绢适于制嫁造切削露难加工渗材料的窄各种精永密刀具泊和形状廊复杂刀钞具。硬质合腰金刀具受材料有圆YG类禁、YT商