§2.2刀具材料.pptx

§2.2 刀具材料 2.2.1 刀具材料应具备的性能 刀具在切削过程中的环境：强切削力、高温、剧烈摩擦等。 刀具材料的影响：对加工质量、对生产率、对加工成本等。 1.高硬度。 刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，以便于切入工件，在常温下，刀具材料的硬度一般应该在60HRC以上。 2.高的耐磨性。即抵抗磨损的能力。一般情况下，刀具材料硬度越高，耐磨性越好。 3.高的耐热性。 指刀具在高温下仍能保持硬度、强度、韧性和耐磨性的能力。 4.足够的强度和韧性。只有具备足够的强度和韧性，刀具才能承受切削力和切削时产生的振动，以防脆性断裂和崩刃。 5.良好的工艺性。为便于刀具本身的制造，刀具材料还应具有一定的工艺性能，如切削性、磨削性、焊接性能及热处理性能等。 6.良好的热物理性能和耐热冲击性能。要求刀具的导热性要好，不会因受到大的热冲击，产生刀具内部裂纹而导致刀具断裂。 应指出，上述要求中有些是相互矛盾的，如硬度越高、耐磨性越好的材料的韧性和抗破损能力就越差，耐热性好的材料韧性也较差。实际工作中，应根据具体的切削对象和条件，选择最合适的刀具材料。 2.2.2 常用的刀具材料 刀具材料种类很多，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（天然和人造）和立方氮化硼等。 1. 碳素工具钢、合金工具钢 碳素工具钢是含碳量最高的优质钢（碳的质量分数为0.7%-1.2%），如T10A。碳素工具钢淬火后具有较高的硬度，而且价格低廉。但这种材料的耐热性较差，当温度达到200摄氏度时，即失去它原有的硬度，并且淬火时易产生变形和裂纹。 合金钢工具钢是在碳素工具钢中加入少量的Cr、W、Mn、Si等合金元素形成的刀具材料（9SiCr）。由于合金元素的加入，与碳素工具钢相比，其热处理变形有所减小，而耐热性有所提高。 以上两种刀具材料因其耐热性都比较差，所以常用于制造手工工具和一些形状较简单的低速刀具，如锉刀、锯条、铰刀等。 2. 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（如普通高速钢W18Cr4V等）。 ● 特点： ◆ 强度高，抗弯强度为硬质合金的2～3倍； ◆ 韧性高，比硬质合金高几十倍； ◆ 硬度HRC63以上，且有较好的耐热性； ◆ 可加工性好，热处理变形较小。 ● 应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。 常用高速钢牌号及其应用范围 3. 硬质合金 ● 硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金属粘结剂（如Co、Ni、Mo等）经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。 ● 硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，允许的切削速度远高于高速钢，且能切削诸如淬火钢等硬材料。硬质合金的不足是与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。 ● 硬质合金因其切削性能优良而被广泛用来制作各种刀具。在我国，绝大多数车刀、面铣刀和深孔钻都采用硬质合金制造，目前，在一些较复杂的刀具上，如立铣刀、孔加工刀具等也开始应用硬质合金制造。 各种硬质合金的应用范围 4. 陶瓷刀具 ● 陶瓷材料是以氧化铝（Al2O3）、氮化硅（Si3N4）为基体，添加少量金属高温烧结而成的。具有比硬质合金具有更高的硬度（HRA91~95）和耐热性，在1200℃的温度下仍能切削，耐磨性和化学惰性好，摩擦系数小，抗粘结和扩散磨损能力强，因而能以更高的速度切削，并可切削难加工的高硬度材料。 ● 主要缺点是性脆、抗冲击韧性差，抗弯强度低。 5. 超硬刀具材料 ● 天然金刚石 是自然界最硬的材料（10000HV），耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01μm，刀具寿命可达数百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。 ● 聚晶金刚石 由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，硬度比天然金刚石略低（6500~8000HV），价格便宜，焊接方便，可磨削性好，已成为金刚石刀具主要材料。 注意：金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。 ● 聚晶立方氮化硼（CBN） 由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。硬度可达3000~4500HV，耐热性达1200℃，化学惰性很好，在1000℃的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。 本节结束