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数控车床类刀具知识——（一）

日期：2010年01月18　来源：沈阳第一机床厂　关键字：数控车床
    (1)刀具材料性能  刀具材料不仅是影响刀具切削性能的重要因素，而且它对刀具耐用度、切削用量、生产率、加工成本等有着重要的影响。因此，在机械加工过程中，不数控车床但要熟悉各种刀具材料的种类、性能和用途，还必须能根据不同的工件和加工条件，对刀具材料进行合理的选择。
    切削时，刀具在承受较大压力的同时，还与切屑、工件产生剧烈的摩擦，由此而产生较高的切削温度；在加工余量不均匀和切削断续表面时，加工中心刀具还将受到冲击，产生振动。为此，刀具切削部分的材料应具备下列基本性能。
    ①硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须大于工件材料的硬度，一般情况下，要求其常温硬度在60HRC以上。通常，刀具材料的硬度越高，耐磨性也越好，刀具切削部分抗磨损的能力也就越强。耐磨性还取决于材料的化学成分、显微组织。刀具材料组织中硬质点的硬度越高，数量越多，晶粒越细，分布越均匀，则耐磨性越好。此外，刀具材料对工件材料的抗黏附能力越强，耐磨性也越好。
    ②强度和韧性。由于切削力、冲击和振动等作用，数控车床刀具材料必须具有足够的抗弯强度和冲击韧性，以避免刀具材料在切削过程中产生断裂和崩刃。
    ③耐热性与化学稳定性。耐热性是指刀具材料在高温下保持其硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。耐热性越好，则允许的切削速度越高，同时抵抗切削刃塑性变形的能力也越强。
    化学稳定性是指刀具材料在高温下不易和工件材料、周围介质发生化学反应的能力。化学稳定性越好，刀具的磨损越慢。
除此之外，刀具材料还应具有良好的工艺性和经济性。如工具钢淬火变形要小加工中心，脱碳层要浅及淬透性要好；热轧成形刀具应具有较好的高温塑性等。
    (2)常用刀具材料
    ①高速钢。高速钢是一种加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢，有较高的热稳定性，切削温度达500～650~C时仍能进行切削，有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性。其制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造，这对于一些形状复杂的工具，如钻头、成形刀具、数控车床拉刀、齿轮刀具等尤为重要，是制造这些刀具的主要材料。
    高速钢的品种繁多；按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢；按化学成分可分为钨系、钨钼系和钼系高速钢；按制造工艺不同，分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。
    a．普通高速钢。国内外使用最多的普通高速钢是W6M05Cr4V2(M2钼系)及W18Cr4V(W18钨系)钢，含碳量为0．?％～0．9％，硬度63～66HRC，不适于高速和硬材料切削。
    新牌号的普通高速钢W6M03Cr4V(W9)是根据我国资源情况研制的含钨量较多、含钼量较少的钨钼钢。其硬度为65～66．5HRC，有较好硬度和韧性的配合，热塑性、热稳定性都较好，焊接性能、磨削加工性能都较高，磨削效率比M2高20％，表面粗糙度值也小。
    b．高性能高速钢指在普通高速钢中加入一些合金，如Co、A1等，使其耐热性、耐磨性又有进一步提高，热稳定性高。但综合性能不如普通高速钢，数控车床不同牌号只有在各自规定的切削条件下，加工中心才能达到良好的加工效果。我国正努力提高高性能高速钢的应用水平，如发展低钴高碳钢W12M03Cr4V3CoSSi、含铝的超硬高速钢W6MoSCr4V2A!、W10M04Cr4V3A1，提高韧性、热塑性、导热性，其硬度达67～69HRC，可用于制造出口钻头、铰刀、铣刀等。
    c．粉末冶金高速钢。可以避免熔炼法炼钢时产生的碳化物偏析。其强度、韧性比熔炼钢有很大提高。可用于加工超高强度钢、不锈钢、钛合金等难加工材料。用于制造大型拉刀和齿轮刀具，特别制造是切削时受冲击载荷的刀具效果更好。
    ②硬质合金。硬质合金是由高硬度、高熔点的金属碳化物(如WC、TiC等)粉末，以钴(C。)为黏结剂，用粉末冶金方法制成的。硬质合金的硬度、耐磨性、数控车床耐热性都很高，硬度可达89—93HRA，在800～1000~C还能承担切削，耐用度较高速钢高十几倍，允许采用的切削速度达100～300m／miD_，甚至更高，约为高速钢刀具的4—10倍，并能切削一般工具钢刀具不能切削的材料(如淬火钢、玻璃、大理石等)。但其抗弯强度较高速钢低，仅为0．9—1．5GPa；冲击韧度差，切削时不能承受大的振动和冲击负荷。
    硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料，如车刀、加工中心端铣刀以至深孔钻等。它制成各种形式的刀片，然后用机械夹紧或用钎焊方式固定在刀具的切削部位上。
    常用的硬质合金牌号按其金属碳化物的不同分为三类：
    钨钴类(国家标准代号为YG，数控车床ISO标准代号为K)；
    钨钛钴类(国家标准代号为YT，IS()标准代号为P)；
    钨钛钽(铌)类(国家标准代号为YW，ISO标准代号为M)。
    常用硬质合金刀片牌号性能及用途。
    按不同加工对象所排出的切屑形状又可分为：
    P类——适于加工长切屑的黑色金属(钢)，以蓝色为标志；
    M类——适于加工长切屑或短切屑的黑色金属和有色金属，以黄色为标志；
    K类——适于加工短切屑的黑色金属(铸铁)、有数控车床金属及非金属材料，以红色为标志。
    ③其他刀具材料。
    a．涂层刀具。涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体或高速钢刀具基体上，加工中心涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属化合物而获得的。常用的涂层材料有TiC、TiN等。
    b．陶瓷。陶瓷分纯A1：()，陶瓷及A12()：—TiC混合陶瓷两种，它们有很高的硬度(91～95HRA)和耐磨性；有很高的耐热性，在1200~C以上还能进行切削；切削速度比硬质合金高2～5倍；但其脆性大，抗弯强度低，冲击韧度差，易崩刃，使其使用范围受到限制。
    c．金刚石。金刚石与立方氮化硼称为超硬刀具。金刚石是碳的同素异形体，是目前最硬的物质，显微硬度可达10000HV。
    d．立方氮化硼。立数控车床方氮化硼(CBN)是由六方氮化硼(白石墨)在高温高压下转化而成的，是20世纪?o年代发展起来的新型刀具材料。其主要优点如下：
    有很高的硬度(8000～9000HV)及耐磨性，仅次于金刚石；加工中心有比金刚石高得多的热稳定性，1400~C时不发生氧化，与大多数金属、铁系材料都不起化学作用，因此能高速切削高硬度的钢铁材料及耐热合金，刀具的黏结与扩散磨损较小；有较好的导热性，与钢的摩擦因数较小；抗弯强度与断裂韧性介于陶瓷与硬质合金之间。

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