机械加工中常用的刀具材料有哪些
信息来源:本站 | 发布日期:
2024-11-29
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机械加工中常用的刀具材料多种多样,每种材料都有其独特的性能和适用范围。以下是一些常用的刀具材料及其特点:
碳素工具钢和合金工具钢:
碳素工具钢,如T7、T8、T9、T13等,适合于制造简单的手工工具,如锉刀、锯条等。
合金工具钢,在碳素工具钢中加入少量的钨、铬、锰、硅等元素,耐热性较低,如9SiCr等,适合于制造低速成型刀具,如丝锥。
高速钢:
高速钢是一种加入了较多的钨、铬、钼、钒等合金元素的高合金工具钢,有良好的综合性能。
它的强度和韧性是现有刀具材料中最高的,制造工艺简单,容易刃磨成锋利的切削刃,锻造、热处理变形小。
高速钢可分为普通高速钢和高性能高速钢,以及熔炼高速钢和粉末高速钢。高性能高速钢的耐用度为普通高速钢的1.5~3倍。粉末冶金高速钢的强度与韧性、耐用度都有显著提高。
高速钢主要用于制造中速精加工刀具,以及形状复杂的刀具,如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具等。
硬质合金:
硬质合金由难熔金属化合物(如WC、TiC)和金属粘结剂(如Co)经粉末冶金法制成。
它具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能,特别是高硬度和耐磨性,在500℃的温度下也基本保持不变,1000℃时仍有很高的硬度。
硬质合金刀具比高速钢切削速度高47倍,刀具寿命高580倍。但硬质合金脆性大,不能进行切削加工,难以制成形状复杂的整体刀具,常制成不同形状的刀片,采用焊接、粘接、机械夹持等方法安装在刀体上使用。
硬质合金按GB2075—87(参照采用190标准)可分为P、M、K三类,分别适用于加工不同种类的材料。
陶瓷:
陶瓷刀具具有硬度高、耐磨性能好、耐热性和化学稳定性优良等特点,且不易与金属产生粘接。
它主要用于高速精加工和半精加工的刀具材料之一,适用于切削加工各种铸铁(灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、冷硬铸铁、高合金耐磨铸铁)和钢材(碳素结构钢、合金结构钢、高强度钢、高锰钢、淬火钢等),也可用来切削铜合金、石墨、工程塑料和复合材料。
但陶瓷刀具材料抗弯强度低、冲击韧性差,不适于在低速、冲击负荷下切削。
涂层硬质合金:
涂层硬质合金刀具是在强度和韧性较好的硬质合金基体表面上,利用气相沉积方法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物(也可涂覆在陶瓷、高速钢、金刚石和立方氮化硼等超硬材料刀片上)而获得的。
涂层作为一个化学屏障和热屏障,减少了刀具与工件间的扩散和化学反应,从而提高了刀具的寿命和切削速度。
涂层硬质合金刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦因数小和热导率低等特性。
金属陶瓷:
金属陶瓷刀具材料是在TiC-TiN基体中加入作为结合剂的二次碳化物(如WC、Mo2C、TaC和Co-Ni)制成的。
商品化的金属陶瓷材料硬度很高,并具有可与硬质合金媲美的强度和韧性。
金属陶瓷刀具具有出色的切削性能,可以切削加工各类钢铁材料,适用于车削、铣削和端面铣削等加工方法。
立方氮化硼(CBN):
立方氮化硼作为一种超硬刀具材料,可用于加工钢、铁等黑色金属,特别是加工高温合金、火钢和冷硬铸铁等难加工材料。
它具有很高的抗氧化能力,在1000℃时也不产生氧化现象。对铁系金属元素有较大的化学稳定性,与铁系材料在1200至1300℃高温时也不易起化学作用。
立方氮化硼磨具的磨削性能十分优异,不仅能胜任难磨材料的加工,提高生产率,且有利于严格控制工件的形状和尺寸精度,还能有效地提高工件的磨削质量。
金刚石:
金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨胀系数,以及与非铁金属亲和力小等优点。
天然金刚石刀具主要用于紫铜及铜合金和金、银、铑等贵重有色金属,以及特殊零件的超精密镜面加工。但其结晶各向异性,刀具价格昂贵。
人造聚晶金刚石复合片(PDC)性能和应用接近PCD刀具,主要用在有色金属、硬质合金、陶瓷、非金属材料、复合材料等切削加工,逐渐替代硬质合金刀具。
金刚石涂层刀具可以应用于高速加工,原因是除了金刚石涂层刀具具有优良的机械性能外,金刚石涂层工艺能够制备任意复杂形状铣刀。
综上所述,机械加工中常用的刀具材料种类繁多,各有其独特的性能和适用范围。在选择刀具材料时,需要根据具体的加工条件、工件材料和加工要求等因素进行综合考虑。