常用刀具材料的性能及应用

常用刀具材料的性能及应用

一、概述

刀具材料是指刀具上参与切削部分的材料。刀具的切削部分不但要求具有一定的几何形状，还要求有相应的刀具材料。目前广泛应用的刀具材料有高速钢和硬质合金。

二、刀具材料应具备的性能

（一）高的硬度和良好的耐磨性

（二）高的强度和韧性

（三）高的耐热性

（四）良好的工艺性

总之，刀具应具备的性能主要就这四个方面，当然还有经济性、切削性能的可预测性等要求。

三、常用刀具材料

目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷等。

一）碳素工具钢

碳素工具钢是一种含C量较高的优质钢（含C一般为0.65～1.35%）。

1、常用牌号有T7A、T8A……T13A等

2、主要性能淬火后硬度较高，可达HRC61～65；红硬性为200℃～250℃，价格低廉，不耐高温，切削速度因此而不能提高，允许切削速度VC≤10m/min,只能制作低速手用刀具，如板牙、锯条、锉等。

二）合金工具钢

在碳素工具钢中加入一定量的铬（Cr）、钨（W）、锰（Mn）等合金元素，能够提高材料的耐热性、耐磨性和韧性，同时还可以减少热处理时的变形。

1、主要牌号有9SiCr CrWMn

2、主要性能淬火后的硬度可达HRC61～65，红硬性为300℃～400℃，允许切削速度Vc=10～15m/min,制作低速、形状比较复杂、要求淬火后变形小的刀具。如板牙、拉刀、手用铰刀（孔的精加工）等。

三）高速钢

高速钢是一种高合金工具钢，钢中含有W、Mo、Cr、V等合金元素。

(一) 高速钢的性能：具有较高的强度和韧性；良好的耐磨性；红硬性为600℃；允许切削速度V C=25~30m/min；良好的制造工艺性；可获得锋利的刀刃（锋钢之称）；加工范围较大(铸铁、有色金属、钢)。

（二）高速钢的分类

钨系高速钢：W18C r4V (最常用，刃磨性好)

普通高速钢

钼系高速钢：W6M O5C r4V2

高速钢

高碳高速钢：95W18C r4V (含C量为0.95%)

高钒高速钢：W6M O5C r4V3 (提高耐磨性)

高性能高速钢钴高速钢：W6M O5C r4V2C O8

铝高速钢：W6M O5C r4V2A l

四）硬质合金

硬质合金= 硬质相（TiC或WC）+粘结相（Co、Ni、Mo等，其中Co比较常用）

上图为各种硬质合金刀头

（一）主要性能

1）常温硬度HRC74~81.5，红硬性800℃~1000℃，耐磨性优良；

2）允许切削速度V C=100m/min以上，最高不能超过200m/min；

硬质合金3）脆性较大，怕冲击和振动。容易出现崩刃，因此注意加工条件；

4）制造工艺性差。由于硬度太高，不能进行机械加工；

5）加工范围较广。脆性材料、钢材、有色金属等均可加工。

（二）分类

钨钴类硬质合金(YG)

硬质合金钨钴鈦类硬质合金(YT)

添加稀有金属硬质合金（Y A 、YW）

碳化鈦基硬质合金（YN）

常用硬质合金牌号介绍：

1、钨钴类硬质合金YG：WC + Co

①常用牌号：YG3、YG6、YG8（3、6、8、代表Co含量占3%、6%、8%）

②应用：

YG3（精加工）YG6（半精加工）YG8（粗加工）

C O的含量↑韧性↑强度↑HRC↓耐磨性↓

C O的含量↓韧性↓强度↓HRC↑耐磨性↑脆性↑

主要用于加工铸铁、青铜等脆性材料，不适合加工钢料，因为在640℃时发生严重粘结，使刀具磨损，耐用度下降。

2、钨钴钛类硬质合金（YT）：硬质相（WC+TiC）+粘结相（Co）

①常用牌号：YT5、YT14、YT15、YT30（数字表示TiC的百分含量）

②应用：

YT5（粗加工） YT14/YT15(半精加工) YT30（精加工）

TiC含量↑硬度↑耐磨性↑脆性↑韧性↓

TiC含量↓硬度↓耐磨性↓脆性↓韧性↑

主要用于加工钢材及有色金属，一般不用与加工含Ti的材料,如1Cr15Ni9Ti,Ti与Ti 的亲合力较大，使刀具磨损较快。

3、添加稀有金属硬质合

钨钽（铌）钴类硬质合金（YA）和钨钛钽（铌）钴类硬质合金（YW），是在钨钴钛类硬质合金（YT）中加入TaC(NbC),可提高其抗弯强度、疲劳强度和冲击韧性，提高和金的高温硬度和高温强度，提高抗氧化能力和耐磨性。这类合金可以用于加工铸铁及有色金属，也可用于加工钢材，因此常成为通用硬质合金，他们主要用于加工难加工材料。

4、碳化钛基硬质合金（YN）

这种合金有很高的耐磨性，有较高的耐热性和抗氧化能力，化学稳定性好，与工件材料的亲合力小，抗粘结能力较强。主要用于钢材、铸铁的精加工、半精加工和粗加工。

刀具几何参数与切削用量的合理选择

一、刀具几何参数的合理选择

（一）刀具合理几何参数的基本内容

1.刃形：刃形即是切削刃的形状。从简单的直线刃发展到折线刃、圆弧刃、月牙弧刃、波形刃、阶梯刃及其他适宜的空间曲线刃

切断刀的刃形

外圆车刀的刃形

二、切削刃刃区的剖面型式

后刀面

负倒棱车刀

前刀面

刃形的区别

负倒棱消振棱刃带

刀具角度

A、前角的功用及合理前角值的选择

1）前角的主要功用

(1)影响切削区域的变形程度

(2)影响切削刃与刀头的强度、受力性质和散热条件

(3)影响切屑形态和断屑效果

(4)影响已加工表面质量

2）合理前角的概念

在一定条件下，前角有一个合理的数值。