刀具材料的选用

刘超

摘 要 在机械加工切削中，刀具是直接与工件接触，且要切除工件加工余量的。刀具材料不仅影响加工表面质量，还影响刀具使用寿命、切削效率和加工成本。刀具在切削过程中通常要承受较大的切削力、较高的切削温度剧烈的摩擦及冲击，所以很容易造成磨损及损坏，要胜任切削加工、刀具材料必须具备相应的性能。常用的材料有高速工具钢和硬质合金。

关键词 硬度高 耐磨性 热硬性 工艺性

中图分类号：TG506 文献标识码：A

1刀具材料及其选用

刀具材料主要指刀具切削部分的材料。刀具切削性能的好坏，会直接影响着机械加工的生产率、加工质量和生产成本。刀具的切削性能，首先取决于切削部分的材料；其次是几何形状及刀具结构的选择和设计是否合理。

2刀具材料应具备的性能

2.1高的硬度和高的耐磨性

刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，其常温下的硬度一般要求在60HRC以上。耐磨性越好，刀具才不易磨损，使用时间长。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但刀具材料也不能过硬，过硬的话其工艺性将大打折扣。

2.2足够的强度与韧性

足够的强度以保证铣刀在承受很大的铣削抗力时不致断裂和损坏。足够的韧性以保证铣刀在收到冲击和振动时不会产生崩刃和碎裂。但是硬度越高，韧性越低，材料越脆。

2.3良好的热硬性

在切削过程中，工件的切削和刀具切削部分的温很高，尤其在速度较高时更厉害，良好的热硬性是刀具在高温下有足够的硬度，从而能继续切削工件。

2.4良好的工艺性和经济性

一般工艺性是指材料的可锻性、焊接性、切削加工性、可磨性、高温塑性及热处理性能等。材料的工艺性越好，越便于刀具制造，对形状比较复杂的刀具，尤其重要。刀具材料应有良好的工艺性，但在制造和选用时也应综合考虑经济性。

3常用刀具材料

常用的刀具切削部分材料有高速工具钢和硬质合金两大类。

（1）高速工具钢，简称高速钢，是一种加入了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。热处理后硬度可达63～70HRC，热硬性温度达550～600€埃ㄔ？00€案呶孪掠捕任？7～55HRC），具有较好的切削性能，切削速度一般为16～35m/min。高速钢的强度较高，韧性也较好，能磨出锋利的刃口，且具有良好的工艺性，能锻造，并容易加工，是制造刀具的良好材料。一般形状较复杂的刀具都是采用高速钢制造。如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。高速钢可分为普通高速钢和高性能高速钢。普通高速钢，其切削速度一般不太高，切削普通钢料时为40—60m/min。高性能高速钢，是在普通高速钢中再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素冶炼而成的。它的耐用度为普通高速钢的1.5—3倍。

（2）硬质合金。硬质合金是将高硬度难熔的金属碳化物（如WC，TiC，TaC，NbC等）粉末，用钴或钼、钨为黏结剂，用粉末冶金方法制成。硬度很高，常温下硬度可达74～82HRC，热硬性温度高达900～1000€埃湍バ院茫邢魉俣任咚俑？—10倍，切削中碳钢时可达100m/min以上。但其韧性较差，承受冲击和振动能力差，刀刃不易磨得非常锋利，低速时切削性能差，加工工艺性较差。按GB2075—87可分为P、M、K三类，P类硬质合金用于加工长切屑的黑色金属，用蓝色作标志；M类用于加工黑色金属和有色金属，用黄色作标志；K类用于加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料，用红色作标志。

4其他刀具材料简介

4.1涂层刀具

涂层刀具是在一些韧性较好的硬质合金或高速钢刀具基体上，涂覆一层耐磨性高的难熔化金属化合物而获得的。常用的涂层材料有TiC、TiN和Al2O3等。目前各工业发达国家对涂层刀具的研究和推广使用方面发展非常迅速。

4.2金刚石

金刚石刀具分为天然金刚石和人造金刚石刀具。天然金刚石具有自然界物质中最高的硬度和导热系数。随着高技术和超精密加工日益发展，近年来开发了多种化学机理研磨金刚石刀具的方法和保护气氛钎焊金刚石技术。使天然金刚石刀具的制造过程变得比较简易。因此，在超精密镜面切削的高技术应用领域。天然金刚石起到了重要作用。

4.3立方氮化硼

立方氮化硼（CBN）是纯人工合成的材料。它是由CBN微粉与少量粘结相（Co、Ni或TiN、TiC或Al2O3）在高温高压下烧结而成。CBN是氮化硼的致密相，有很高的硬度和耐热性，优良的化学稳定件（远优于金刚石）和导热性，低的摩擦系数。

参考文献

[1] 韩英树.高级车工工艺与技能训练[M].中国劳动社会保障出版社，2011（08）.

[2] 洪慧良.金属切削原理与刀具[M].中国劳动社会保障出版社，2006（05）.

[3] 陈海魁.铣工工艺学[M].中国劳动社会保障出版社，2005（06）.