刀具性能、材料选用及品牌(好全)

刀具性能、材料选用及品牌

在切削过程中，刀具担负着切除工件上多余金属以形成已加工表面的任务。刀具的切削性能好坏，取决于刀具切削部分的材料、几何参数以及结构的合理性等。刀具材料对刀具寿命、加工生产效率、加工质量以及加工成本都有很大影响，因此必须合理选择。

刀具材料性能

刀具材料应具备的性能刀具在切削时要承受高温、高压、强烈的摩擦、冲击和振动，因此刀具材料必须具备以下性能：

1．高的硬度和耐磨性刀具应具备高的硬度和耐磨性。一般刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。其常温硬度一般要求大于60HRC。

2．足够的强度和韧性为承受切削负荷、振动和冲击，刀具材料必须具备足够的强度和韧性。

3．高的热稳定性刀具在高温下工作，要求刀具材料具备高的热稳定性，也称高的耐热性。即刀具材料在高温下硬度、耐磨性、强度和韧性变化很小，仍能保持正常切削。

4．良好的物理特性即刀具材料具备良好的导热性、大的热容量以及优良的热冲击性能。

5．良好的工艺性即刀具材料应具备良好的锻造性、机械加工性和热处理性。

除此之外，要求刀具材料经济性要好。

1)高硬度。常温硬度在HRC60以上。

2)足够的强度和韧性。抗弯强度足够，抵抗冲击振动的韧性足够。

3)高耐磨性。抵抗磨损能力高，保持刀刃锋利。

4)高热硬性。高温下保持高的硬度。

5)良好的工艺性。便于刀具制造和热处理。

刀具材料种类

用刀具材料分为：工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢），硬质合金，超硬刀具材料（包括陶瓷，金刚石及立方氮化硼等）

(A)普通刀具材料

(a)、碳素工具钢

含碳量：0.7％～1.3％，硬度：HRC61～65，热硬性：200～250℃，速度：0.1～0.2m/s。淬火后易变形和开裂，适用于简单、低速的手工工具，如锉刀、锯条、刮刀等。常用牌号：T10A、T12A。

(b)、合金工具钢

碳素工具钢中加入适量的铬(Cr)、钨(W)、锰(Mn)、硅（Si）等合金元素，提高材料的热硬性、耐磨性和韧性。硬度：HRC61～65，热硬性：300～350℃，速度：0.25～0.3m/s。淬火变形小、淬透性好。常用于制造形状较复杂、低速加工和要求热处理变形小的刀具，如丝锥、板牙等。常用的牌号有CrWMn和9SiCr等。

(c)、高速钢

高速钢又称白钢、锋(或风)钢，钢中加入铬(Cr)、钨(W)、钒（V）、钼（Mo）等合金元素的高合金工具钢。淬火硬度：HRC63～67，热硬性：500℃～600℃，允许切削速度：40m/min 。

高速钢较高的抗弯强度和冲击韧度，热处理变形小，刃磨性能好，常用于制造各种形状复杂的成形刀具和精加工刀具，如钻头、铰刀、铣刀、拉刀、齿轮刀具等，常用牌号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。

(d)、硬质合金

硬质合金是由硬度和熔点都很高的碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)等金属碳化物作基体，用钴（Co）、镍（Ni）、钼（Mo）作粘结剂，用粉末冶金的方法烧结而成。硬度：HRC74～82，热硬性：可达800～1000℃，切削速度：100～300m/min，较高速钢高4～10倍，耐用度比高速钢高几十倍．但其抗弯强度和韧性比高速钢低，工艺性也不如高速钢，常用于制造结构较为简单的刀具，如车刀、端铣刀、刨刀等。

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，加工效率高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。

根据国标GB2075-87，硬质合金主要分为P、M、K三个主要类别。

①P类硬质合金（蓝色）：旧牌号钨钛钴硬质合金YT，有WC＋TiC＋Co 组成。由于加入了TiC，耐磨性及耐热性比K类硬质合金更高，但相应的含Co量减少，韧性较差，适于加工长切屑的黑色金属，如钢、铸钢等。常用牌号有：

P01、P10、P20、P30、P40、P50等。数字越大，TiC的含量越多，耐热性和耐磨性越好，但韧性越差。粗加工选用含TiC少的牌号(如P01)，精加工可选用含TiC多的牌号(如P50)。

②M类硬质合金（黄色）：旧牌号通用硬质合金YW，由TiC＋TaC（NbC）组成。有较好抗弯强度、冲击韧性、抗氧化能力、耐磨性、高温硬度，适于加工长切屑或短切屑的黑色金属材料，如：钢、铸钢、不锈钢、灰口铸铁、有色金属等。常用牌号有：M10、M20、M30、M40等，数字越大，耐磨性越低而韧性越大，精加工选用M10，半精加工选用M20，粗加工选用M30。

③K类硬质合金（红色）：旧牌号钨钴硬质合金YG，由WC＋Co组成。韧性较好，抗弯强度较高，热硬性稍差，适于加工短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料，如淬硬钢、铸铁、铜铝合金、塑料等。代号有：K01、K10、K20、K30、K40等，数字愈大，Co含量越多，耐磨性愈低而韧性愈高。精加工可用K01；半精加工可用K10、K20 ；粗加工选用K30、K40。

（e）涂层刀具材料

涂层刀具材料是在硬质合金或高速钢的基体上，通过化学或物理方法在其表面涂一层几微米（5～12μm）厚的高硬度、高耐磨性的难熔金属化合物（TiC、TiN、AL2O3等）构成。既能提高刀具材料的耐磨性，而又不降低其韧性。涂层硬质合金刀具的耐用度比不涂层的至少提高1～3倍，涂层高速钢刀具的耐用度比不涂层的至少提高2～10倍。

对刀具表面涂覆的方法有两种：

化学气相沉积法（ＣＶＤ法），适用于硬质合金刀具；

物理气相沉积法（ＰＶＤ法），适用于高速钢刀具。

涂层材料可分为ＴiC涂层、TiN涂层、ＴiC与TiN涂层、Al2O3涂层等。国内涂层硬质合金刀片牌号有CN、CA、YB等。TiC涂层刀片：银灰色，5～7μm。TiN涂层刀片：金黄色，8～12μm。

(B)超硬刀具材料

(a)、陶瓷

主要是由纯AL2O3或氮化硅（Si3N4）或在其中加入一定的金属元素或金属化合物，采用热压成形和烧结的方法获得。硬度、耐磨性和耐热性好，硬度91～95HRA，热硬性：1200℃，常用速度：100～400m/min，甚至可高达750m/min，切削效率比硬质合金提高1 ～4倍。与金属亲和力小，不易粘刀，加工表面光洁，但抗弯强度低，冲击韧性差。主要用于冷硬铸铁、高硬钢和高强钢等难加工材料的半精加工和精加工。

陶瓷目前使用的陶瓷刀具材料有两种：Al2O3基陶瓷和Si3N4陶瓷。