機械加工中常用的刀具材料有哪些
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2024-11-29
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機械加工中常用的刀具材料多種多樣,每種材料都有其獨特的性能和適用范圍。以下是一些常用的刀具材料及其特點:
碳素工具鋼和合金工具鋼:
碳素工具鋼,如T7、T8、T9、T13等,適合于制造簡單的手工工具,如銼刀、鋸條等。
合金工具鋼,在碳素工具鋼中加入少量的鎢、鉻、錳、硅等元素,耐熱性較低,如9SiCr等,適合于制造低速成型刀具,如絲錐。
高速鋼:
高速鋼是一種加入了較多的鎢、鉻、鉬、釩等合金元素的高合金工具鋼,有良好的綜合性能。
它的強度和韌性是現有刀具材料中最高的,制造工藝簡單,容易刃磨成鋒利的切削刃,鍛造、熱處理變形小。
高速鋼可分為普通高速鋼和高性能高速鋼,以及熔煉高速鋼和粉末高速鋼。高性能高速鋼的耐用度為普通高速鋼的1.5~3倍。粉末冶金高速鋼的強度與韌性、耐用度都有顯著提高。
高速鋼主要用于制造中速精加工刀具,以及形狀復雜的刀具,如麻花鉆、絲錐、拉刀、齒輪刀具和成形刀具等。
硬質合金:
硬質合金由難熔金屬化合物(如WC、TiC)和金屬粘結劑(如Co)經粉末冶金法制成。
它具有硬度高、耐磨、強度和韌性較好、耐熱、耐腐蝕等一系列優(yōu)良性能,特別是高硬度和耐磨性,在500℃的溫度下也基本保持不變,1000℃時仍有很高的硬度。
硬質合金刀具比高速鋼切削速度高47倍,刀具壽命高580倍。但硬質合金脆性大,不能進行切削加工,難以制成形狀復雜的整體刀具,常制成不同形狀的刀片,采用焊接、粘接、機械夾持等方法安裝在刀體上使用。
硬質合金按GB2075—87(參照采用190標準)可分為P、M、K三類,分別適用于加工不同種類的材料。
陶瓷:
陶瓷刀具具有硬度高、耐磨性能好、耐熱性和化學穩(wěn)定性優(yōu)良等特點,且不易與金屬產生粘接。
它主要用于高速精加工和半精加工的刀具材料之一,適用于切削加工各種鑄鐵(灰鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、冷硬鑄鐵、高合金耐磨鑄鐵)和鋼材(碳素結構鋼、合金結構鋼、高強度鋼、高錳鋼、淬火鋼等),也可用來切削銅合金、石墨、工程塑料和復合材料。
但陶瓷刀具材料抗彎強度低、沖擊韌性差,不適于在低速、沖擊負荷下切削。
涂層硬質合金:
涂層硬質合金刀具是在強度和韌性較好的硬質合金基體表面上,利用氣相沉積方法涂覆一薄層耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物(也可涂覆在陶瓷、高速鋼、金剛石和立方氮化硼等超硬材料刀片上)而獲得的。
涂層作為一個化學屏障和熱屏障,減少了刀具與工件間的擴散和化學反應,從而提高了刀具的壽命和切削速度。
涂層硬質合金刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化學性能穩(wěn)定、耐熱耐氧化、摩擦因數小和熱導率低等特性。
金屬陶瓷:
金屬陶瓷刀具材料是在TiC-TiN基體中加入作為結合劑的二次碳化物(如WC、Mo2C、TaC和Co-Ni)制成的。
商品化的金屬陶瓷材料硬度很高,并具有可與硬質合金媲美的強度和韌性。
金屬陶瓷刀具具有出色的切削性能,可以切削加工各類鋼鐵材料,適用于車削、銑削和端面銑削等加工方法。
立方氮化硼(CBN):
立方氮化硼作為一種超硬刀具材料,可用于加工鋼、鐵等黑色金屬,特別是加工高溫合金、火鋼和冷硬鑄鐵等難加工材料。
它具有很高的抗氧化能力,在1000℃時也不產生氧化現象。對鐵系金屬元素有較大的化學穩(wěn)定性,與鐵系材料在1200至1300℃高溫時也不易起化學作用。
立方氮化硼磨具的磨削性能十分優(yōu)異,不僅能勝任難磨材料的加工,提高生產率,且有利于嚴格控制工件的形狀和尺寸精度,還能有效地提高工件的磨削質量。
金剛石:
金剛石刀具具有極高的硬度和耐磨性、低摩擦系數、高彈性模量、高熱導、低熱膨脹系數,以及與非鐵金屬親和力小等優(yōu)點。
天然金剛石刀具主要用于紫銅及銅合金和金、銀、銠等貴重有色金屬,以及特殊零件的超精密鏡面加工。但其結晶各向異性,刀具價格昂貴。
人造聚晶金剛石復合片(PDC)性能和應用接近PCD刀具,主要用在有色金屬、硬質合金、陶瓷、非金屬材料、復合材料等切削加工,逐漸替代硬質合金刀具。
金剛石涂層刀具可以應用于高速加工,原因是除了金剛石涂層刀具具有優(yōu)良的機械性能外,金剛石涂層工藝能夠制備任意復雜形狀銑刀。
綜上所述,機械加工中常用的刀具材料種類繁多,各有其獨特的性能和適用范圍。在選擇刀具材料時,需要根據具體的加工條件、工件材料和加工要求等因素進行綜合考慮。