高速切削刀具材料介绍

2022/09/06 分类:机械耐磨特陶百科硬质合金磨具磨料耐磨损高强度高硬度 721 0

高速切削刀具材料介绍

高速切削刀具指的是数控机床在高速运转工作的条件下进行切削加工的刀具，适用于各种机床。要实现高速切削，刀具材料是关键。高速切削材料主要有硬质合金、涂层刀具、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具。
硬质合金、涂层刀具、金属陶瓷、陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具。它们各有优点，适合不同的工件材料和不同的切削速度范围。必须注意的是刀具材料和工件材料副之间有一个适配性问题，即一种刀具材料与工件材料时性能良好，但加工另一种工件材料时却不理想，换句话说，不存在一种万能刀具材料可适用于所有工件材料的高速加工。
高速切削数控刀具材料必须根据所加工的工件材料和加工性质来选择。一般而言，陶瓷刀具、涂层刀具及CBN刀具适合于加工钢铁等黑色金属的高速加工；PCD刀具适合于对铝、镁、铜等有色金属高速加工。

高速切削加工的切削速度是常规切削的5～10倍，对刀具材料以及刀具结构、几何参数等都提出了新的要求，尤其是对刀具的材料有更高的要求，高速切削刀具的材料要具有高的强度、韧性和硬度，良好的热稳定性和热硬性、良好的高温力学性能、较小的化学亲合力和耐磨性。

刀具材料各项力学性质大小顺序

硬度：

PCD>PCBN>(Al2O3基陶瓷>Si3N4基陶瓷>TiC(N)基硬质合金>WC基超细晶粒硬质舍金>高速钢(HSS)。

抗弯强度：

HSS>WC基硬质舍金>TiC(N)基硬质合金>Si3N4基陶瓷>Al2O3基陶瓷>PCD>PCBN断裂韧性HSS>WC基硬质舍金>TiC(N)基硬质合金>PCBN>PCD>Si3N4基陶瓷>Al2O3基陶瓷。

高速切削的刀具主要有以下几类：

1.涂层刀具：涂层刀具是在刀具基体上涂覆硬质耐磨金属化合物薄膜，以达到提高刀具表面的硬度和耐磨性的目的。常用的刀具基体材料主要有高速钢、硬质合金、金属陶瓷和陶瓷等。涂层刀具可以分成硬涂层刀具和软涂层刀具。硬涂层刀具的涂层材料主要有氮化钛（TiN）、碳化钛（TiC）、氧化铝（Al2O3）、碳氮化钛（TiCN）、氮化铝钛（TiAlN），碳氮化铝钛（TiAlCN）等。软涂层刀具是以 MoS2和 WS2作为涂层材料的高速钢刀具。涂层可以是单涂层，也可以是双涂层或多涂层，甚至是几种涂层材料复合而成的复合涂层。适于高速切削的涂层物质主要有CVD法的TiCN+Al2O3+TiN、TiCN+Al2O3、TiCN+Al2O3+HfN以及PVD法的TiAlN/TiN、TiAlN等。

2.陶瓷刀具：陶瓷刀具的材料主要有氧化铝基和氮化硅基两大类，陶瓷刀具具有高硬度(HRA91~95)、高强度(抗弯强度为750~1000MPa)，耐磨性好，化学稳定性好，抗粘结性能良好，摩擦系数低且价格低廉等优点。陶瓷刀具能以200~1000m/min的切削速度高速加工钢、铸铁及其合金等材料，刀具寿命比硬质合金高几倍、甚至几十倍。陶瓷刀具的缺点主要是强度和断裂韧性较低、脆性较大。

3.硬质合金（金属陶瓷）刀具：金属陶瓷刀具的材料主要包括高耐磨性能的TiC基硬质合金(TiC+Ni或Mo)、高韧性的TiC基硬质合金( TiC+TaC+WC)、强韧的TiN基硬质合金和高强韧性的TiCN基硬质合金(TiCN＋NbC)等。与WC硬质合金相比，强度、硬度、韧性和抗崩刃性能得到明显提高，抗月牙洼磨损和抗粘结能力也显著增强。

4.立方氮化硼（CBN）刀具：立方氮化硼是纯人工合成材料，化学稳定性优于金刚石，是高速切削黑色金属的理想刀具材料，聚晶立方氮化硼(PCBN)刀坯有2种：①高CBN含量的刀具(CBN含量80%一90%)，它具有高硬度、高导热性；②低CBN含量的刀具(CBN含量50%一65%)，它具有较好的强度和韧性。立方氮化硼（CBN）刀具具有较高的硬度，仅次于金刚石（可达8000HV～9000HV），并且热稳定性高（达1250℃～1350℃），对铁族元素化学惰性大，抗粘结能力强，而且用金刚石砂轮即可磨削开刃，故适于加工各种淬硬钢、热喷涂材料、冷硬铸铁和35HRC以上的钴基和镍基等难切削材料。

5.金刚石：有天然金刚石和人造金刚石，天然金刚石刀具主要用于超精密镜面切削，而更多的金刚石刀具是人造金刚石。人造金刚石又分为3种：①聚晶金刚石(PCD)，聚晶金刚石(PCD)（微粉）是利用独特的定向爆破法由石墨制得，高爆速炸药定向爆破的冲击波使金属飞片加速飞行，撞击石墨片从而导致石墨转化为聚晶金刚石。这种金刚石刀具焊接性、机械磨削性和断裂韧性最高，抗磨损性和刃口质量较好，抗腐蚀性差；②化学气相沉积金刚石(CVD)，化学气相沉积金刚石厚膜抗腐蚀性好，机械磨削性、刃口质量和断裂韧性较好，可焊性差；③利用超高压装置，在1400～1600℃高温下，人工合成的单晶金刚石，人工合成单晶金刚石刀口质量的抗磨损性和抗喷蚀性好，焊接性、机械磨削性和断裂韧性差。

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