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數(shù)控車床類刀具知識——（一）

日期：2010年01月18　來源：沈陽第一機床廠　關(guān)鍵字：數(shù)控車床
    (1)刀具材料性能  刀具材料不僅是影響刀具切削性能的重要因素，而且它對刀具耐用度、切削用量、生產(chǎn)率、加工成本等有著重要的影響。因此，在機械加工過程中，不數(shù)控車床但要熟悉各種刀具材料的種類、性能和用途，還必須能根據(jù)不同的工件和加工條件，對刀具材料進(jìn)行合理的選擇。
    切削時，刀具在承受較大壓力的同時，還與切屑、工件產(chǎn)生劇烈的摩擦，由此而產(chǎn)生較高的切削溫度；在加工余量不均勻和切削斷續(xù)表面時，加工中心刀具還將受到?jīng)_擊，產(chǎn)生振動。為此，刀具切削部分的材料應(yīng)具備下列基本性能。
    ①硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必須大于工件材料的硬度，一般情況下，要求其常溫硬度在60HRC以上。通常，刀具材料的硬度越高，耐磨性也越好，刀具切削部分抗磨損的能力也就越強。耐磨性還取決于材料的化學(xué)成分、顯微組織。刀具材料組織中硬質(zhì)點的硬度越高，數(shù)量越多，晶粒越細(xì)，分布越均勻，則耐磨性越好。此外，刀具材料對工件材料的抗黏附能力越強，耐磨性也越好。
    ②強度和韌性。由于切削力、沖擊和振動等作用，數(shù)控車床刀具材料必須具有足夠的抗彎強度和沖擊韌性，以避免刀具材料在切削過程中產(chǎn)生斷裂和崩刃。
    ③耐熱性與化學(xué)穩(wěn)定性。耐熱性是指刀具材料在高溫下保持其硬度、耐磨性、強度和韌性的能力。耐熱性越好，則允許的切削速度越高，同時抵抗切削刃塑性變形的能力也越強。
    化學(xué)穩(wěn)定性是指刀具材料在高溫下不易和工件材料、周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的能力。化學(xué)穩(wěn)定性越好，刀具的磨損越慢。
除此之外，刀具材料還應(yīng)具有良好的工藝性和經(jīng)濟性。如工具鋼淬火變形要小加工中心，脫碳層要淺及淬透性要好；熱軋成形刀具應(yīng)具有較好的高溫塑性等。
    (2)常用刀具材料
    ①高速鋼。高速鋼是一種加入較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼，有較高的熱穩(wěn)定性，切削溫度達(dá)500～650~C時仍能進(jìn)行切削，有較高的強度、韌性、硬度和耐磨性。其制造工藝簡單，容易磨成鋒利的切削刃，可鍛造，這對于一些形狀復(fù)雜的工具，如鉆頭、成形刀具、數(shù)控車床拉刀、齒輪刀具等尤為重要，是制造這些刀具的主要材料。
    高速鋼的品種繁多；按切削性能可分為普通高速鋼和高性能高速鋼；按化學(xué)成分可分為鎢系、鎢鉬系和鉬系高速鋼；按制造工藝不同，分為熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼。
    a．普通高速鋼。國內(nèi)外使用最多的普通高速鋼是W6M05Cr4V2(M2鉬系)及W18Cr4V(W18鎢系)鋼，含碳量為0．?％～0．9％，硬度63～66HRC，不適于高速和硬材料切削。
    新牌號的普通高速鋼W6M03Cr4V(W9)是根據(jù)我國資源情況研制的含鎢量較多、含鉬量較少的鎢鉬鋼。其硬度為65～66．5HRC，有較好硬度和韌性的配合，熱塑性、熱穩(wěn)定性都較好，焊接性能、磨削加工性能都較高，磨削效率比M2高20％，表面粗糙度值也小。
    b．高性能高速鋼指在普通高速鋼中加入一些合金，如Co、A1等，使其耐熱性、耐磨性又有進(jìn)一步提高，熱穩(wěn)定性高。但綜合性能不如普通高速鋼，數(shù)控車床不同牌號只有在各自規(guī)定的切削條件下，加工中心才能達(dá)到良好的加工效果。我國正努力提高高性能高速鋼的應(yīng)用水平，如發(fā)展低鈷高碳鋼W12M03Cr4V3CoSSi、含鋁的超硬高速鋼W6MoSCr4V2A!、W10M04Cr4V3A1，提高韌性、熱塑性、導(dǎo)熱性，其硬度達(dá)67～69HRC，可用于制造出口鉆頭、鉸刀、銑刀等。
    c．粉末冶金高速鋼。可以避免熔煉法煉鋼時產(chǎn)生的碳化物偏析。其強度、韌性比熔煉鋼有很大提高�？捎糜诩庸こ�高強度鋼、不銹鋼、鈦合金等難加工材料。用于制造大型拉刀和齒輪刀具，特別制造是切削時受沖擊載荷的刀具效果更好。
    ②硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金是由高硬度、高熔點的金屬碳化物(如WC、TiC等)粉末，以鈷(C。)為黏結(jié)劑，用粉末冶金方法制成的。硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、數(shù)控車床耐熱性都很高，硬度可達(dá)89—93HRA，在800～1000~C還能承擔(dān)切削，耐用度較高速鋼高十幾倍，允許采用的切削速度達(dá)100～300m／miD_，甚至更高，約為高速鋼刀具的4—10倍，并能切削一般工具鋼刀具不能切削的材料(如淬火鋼、玻璃、大理石等)。但其抗彎強度較高速鋼低，僅為0．9—1．5GPa；沖擊韌度差，切削時不能承受大的振動和沖擊負(fù)荷。
    硬質(zhì)合金以其切削性能優(yōu)良被廣泛用作刀具材料，如車刀、加工中心端銑刀以至深孔鉆等。它制成各種形式的刀片，然后用機械夾緊或用釬焊方式固定在刀具的切削部位上。
    常用的硬質(zhì)合金牌號按其金屬碳化物的不同分為三類：
    鎢鈷類(國家標(biāo)準(zhǔn)代號為YG，數(shù)控車床ISO標(biāo)準(zhǔn)代號為K)；
    鎢鈦鈷類(國家標(biāo)準(zhǔn)代號為YT，IS()標(biāo)準(zhǔn)代號為P)；
    鎢鈦鉭(鈮)類(國家標(biāo)準(zhǔn)代號為YW，ISO標(biāo)準(zhǔn)代號為M)。
    常用硬質(zhì)合金刀片牌號性能及用途。
    按不同加工對象所排出的切屑形狀又可分為：
    P類——適于加工長切屑的黑色金屬(鋼)，以藍(lán)色為標(biāo)志；
    M類——適于加工長切屑或短切屑的黑色金屬和有色金屬，以黃色為標(biāo)志；
    K類——適于加工短切屑的黑色金屬(鑄鐵)、有數(shù)控車床金屬及非金屬材料，以紅色為標(biāo)志。
    ③其他刀具材料。
    a．涂層刀具。涂層刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體或高速鋼刀具基體上，加工中心涂覆一薄層耐磨性好的難熔金屬化合物而獲得的。常用的涂層材料有TiC、TiN等。
    b．陶瓷。陶瓷分純A1：()，陶瓷及A12()：—TiC混合陶瓷兩種，它們有很高的硬度(91～95HRA)和耐磨性；有很高的耐熱性，在1200~C以上還能進(jìn)行切削；切削速度比硬質(zhì)合金高2～5倍；但其脆性大，抗彎強度低，沖擊韌度差，易崩刃，使其使用范圍受到限制。
    c．金剛石。金剛石與立方氮化硼稱為超硬刀具。金剛石是碳的同素異形體，是目前最硬的物質(zhì)，顯微硬度可達(dá)10000HV。
    d．立方氮化硼。立數(shù)控車床方氮化硼(CBN)是由六方氮化硼(白石墨)在高溫高壓下轉(zhuǎn)化而成的，是20世紀(jì)?o年代發(fā)展起來的新型刀具材料。其主要優(yōu)點如下：
    有很高的硬度(8000～9000HV)及耐磨性，僅次于金剛石；加工中心有比金剛石高得多的熱穩(wěn)定性，1400~C時不發(fā)生氧化，與大多數(shù)金屬、鐵系材料都不起化學(xué)作用，因此能高速切削高硬度的鋼鐵材料及耐熱合金，刀具的黏結(jié)與擴散磨損較�。挥休^好的導(dǎo)熱性，與鋼的摩擦因數(shù)較小；抗彎強度與斷裂韌性介于陶瓷與硬質(zhì)合金之間。

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