刀具基础技术培训

金刚石材料
碳元素被组成两种不同的晶格形式, 密排六方晶格的软石墨 和众所周知的最硬的刀具材料立方晶格的金刚石。
金刚石主要存在于沉积岩中。当被开采出来的时候，金刚 石主要积聚在金伯利岩石之中。此外金刚石也存在于河 流沉积物中。
金刚石有天然的和人造的两种，都是碳的同素异形体。人 造金刚石是在高压高温条件下，借合金触媒的作用，由 石墨转化而成的。金刚石硬度极高，是目前已知的最硬 物质，其硬度接近于 10,000HV，而硬质合金的硬度仅 为1,060～1,800 HV ）。
PVD方法
物理气相沉积是一种固态的金属反应成分的过程， 例如钛。物理气相沉积一般有真空中蒸发沉积、 溅射、离子镀三种将固态镀层材料气化的方法。 由于PVD工艺温度低，不会降低硬质合金刀片自 身的强度，刀片刃部可磨得十分锋利，从而可降
低机床的功率消耗。
特点： 1）牌号的选择覆盖了大多数的应用情况 2）薄的氮化钛TiN涂层，厚度在2 - 4 微米 之间 3）400°(C) 的涂层温度 4）提高生产率 5）摩擦系数小
刀具材料
刀具基体材料分类
刀具基体材料
工具钢
硬质合金
碳素工具钢
普通颗粒硬质合金
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
细颗粒硬质合金
合金工具钢 高速工具钢
普通高速钢
钨基硬质合金 钛基硬质合金
高性能高速钢
低合金高速钢
粉末冶金高速钢
超细颗粒硬质合金
陶瓷
氧化物陶瓷 氮化物陶瓷
混合陶瓷
超硬材料
立方氮化硼 金刚石
一般刀具材料对比
一般刀具材料抗拉强度 [N/mm²]
石墨经高温高压处理变成人造金刚石，用类似的手段 处理氮化硼（六方）就能得到立方氮化硼。立方 氮化硼是六方氮化硼的同素异形体，是人类已知 的硬度仅次于金刚石的物质。
立方氮化硼的热稳定性大大高于金刚石。在空气中， 人造金刚石在800℃时即碳化，而立方氮化硼可耐 1300~1500℃的高温，甚至在1500℃时也不发生相 变。聚晶立方氮化硼在 1400℃仍然保持其硬度， 与铁族元素的化学惰性比金刚石大，能以加工普 通钢和铸铁的切削速度切削淬火钢、冷硬铸铁、 高温合金等，从而大大提高生产率.
氧化铝(Al2O3)在抗氧化磨损和抗扩散磨损性能上，没有任何材料能与氧化铝相比。但由 于氧化铝与基体材料的物理、化学性能相差太大，单一的氧化铝镀层无法制成理想 的镀层刀具。
铝氮化钛(TiAlN) 在切削过程中铝氧化而形成Al2O3，从而起到抗氧化和抗扩散磨损作用， 但其抗氧化性能比单一的Al2O3镀层稍差，因为TiAlN中形成的Al2O3在切削过程中边 生成边磨掉。但在高速切削时，其效果优于不含铝的TiCN镀层。
常用镀层材料
碳化钛(TiC)高硬度耐磨化合物，有着良好的抗摩擦磨损性能。
氮化钛(TiN)的硬度稍低，但却有较高的化学稳定性，并可大大减少刀具与被加工工件 之间的摩擦系数。
碳氮化钛(TiCN)是在单一的TiC晶格中，氮原子?(N)占据原来碳原子(C)在点阵中的位置 而形成的复合化合物，TiCxNy中碳氮原子的比例有两种比较理想的模式，即TiC0.5N0.5 和TiC0.3N0.7。由于TiCN具有 TiC和TiN的综合性能，其硬度(特别是高温硬度)高于 TiC 和TiN，因此是一种较理想的刀具镀层材料。
非铁材料
S类
用于加工
难加工材料
H类
用于加工
硬材料
每一类中的各个牌号分别给以一个01～50之间的数字，表示从最高硬度到最大韧性之间 的一系列合金，以供各种被加工材料的不同切削工序及加工条件时选用。根据使用需要， 在两个相邻的分类代号之间，可插入一个中间代号，如在P10和P20之间插入P15，K20 和K30之间插入K25等，但不能多于一个。
金刚石刀具既能胜任硬质合金、陶瓷、高硅铝合金等高硬 度、耐磨材料的加工，又可用以切削有色金属及其合金 和不锈钢．但它不适合加工铁族材料。这是由于铁和碳 原子的亲和性产生的粘附作用而损坏刀具。
大颗粒金刚石分单晶和聚晶两种。所谓聚晶就是由许多细 小的金刚石晶粒（直径约在 1～ 100 m之间）聚合而成 的大颗粒的多晶金刚石块，而晶粒的无定向排列，使其 具有优于天然金刚石的强度和韧性。
刀具几何参数 (车削)
4,000 3,500 3,000 2,500 2,000 1,500 1,000
500 0
高速钢 硬质合金 金属陶瓷
陶瓷
立方氮化硼 金刚石
CBN
PCD
高速钢刀具材料
高速钢是一种量大面广的刀具材料。由于高速钢具有许多独特的优点：如强度 高，韧性好，性能比较稳定，工艺性好，能制作成各种形状和尺寸，特别是 大型复杂刀具等，因而始终保持其在刀具材料中的特殊地位。高速钢作为传 统刀具材料，虽属老领域，但新的钢种开发及应用研究仍长盛不衰，在继续 发展。其方向主要遵循两条原则，即寻找更价廉或供应更可靠的合金元素以 及如何进一步提高钢种的综合力学性能。
切削刀具用硬质合金分类及标志
切 字 和削母导刀热P、具性M用能、硬。K质、合N、金S根、据H国表际示标。准分IS类O的分主类要，依把据所是有加牌工号材分料成的用化颜学色元标素识含的量六、大结类构，、分硬别度以
P类
用于加工长切屑的
钢件
M类
用于加工
不锈钢件
K类
用于加工短切屑的
铸铁件
N类
用于加工短切屑的
硬质合金切削材料
硬质合金是一种主要由不同 的碳化物和粘结相组成的 粉末冶金产品。
硬质合金很硬。其主要碳化 物有： - 碳化钨 (WC) - 碳化钛 (TiC) - 碳化钽 (TaC) - 碳化铌 (NbC)
在大部分情况下，钴作为粘 结相使用。
在硬质合金工厂，硬质合金需经过混合、压制和烧结。 硬质合金的分类根据ISO标准进行。这种分类的依据是工件的材料类别( P, M, K)。 不同的硬质合金材质有不同的用途，如车削、铣削、孔加工、螺纹加工、切槽等。
优点：
比非涂层硬质合金刀片的刀具寿命高出 15％。
刃口锋利 刃口牢固性较好。
比非涂层硬质合金的刀片的切削速度提 高100%。
抗月牙洼磨损和积屑瘤
立方氮化硼CBN
氮化硼的化学组成和石墨非常相似, 颜色为白色，晶 格为密排六方晶格，象石墨一样的低硬度。
立方氮化硼刀片是由立方氮化硼细小颗粒在氮化钛等 基体材料上通过压力烧结方式制造出来的。