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金屬切削刀具常用材料選擇的知識(shí)
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金屬切削加工時(shí)利用刀具切除被加工零件多余材料從而獲得合格零件的加工方法，它是機(jī)械制造業(yè)中最基本的方法。而在金屬切削加工中，刀具是必不可少的一部分，而刀具材料的選擇更是重要的一部分。 在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中，機(jī)械加工的切削刀具對(duì)于提高生產(chǎn)效率，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量起到關(guān)鍵的作用。由于目前國(guó)家各工廠所應(yīng)用的刀具材料非常復(fù)雜，又由于刀具材料的性能優(yōu)劣能夠影響加工零件表面的切削效率，刀具壽命等，而在金屬切削過(guò)程中刀具切削部分在高溫下承受著很大的切削力與劇烈摩擦，所以為了提高工件表面質(zhì)量，刀具壽命及切削效率因此刀具材料應(yīng)具備以下性能：
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①高的硬度和耐磨性 ②足夠的強(qiáng)度和韌性 ③高的耐熱性 ④良好的工藝性與經(jīng)濟(jì)性 ⑤好的導(dǎo)熱性和小的膨脹系數(shù)。
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因此面對(duì)刀具所應(yīng)具備的性能，刀具材料選擇時(shí)很難找到各方面的性能都是最佳的，因?yàn)楦鞣N材料性能之間有的是相互制約的，面對(duì)如此情況只能根據(jù)工藝的需要保證主要需求性能。 當(dāng)前使用的刀具材料主要分為四大類：工具鋼（包括碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼）、硬質(zhì)合金、陶瓷、超硬質(zhì)刀具材料，一般的機(jī)加工使用最多的是高速鋼與硬質(zhì)合鋼。
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1、工具鋼 用來(lái)制造刀具的工具鋼主要有三種即碳素工具鋼，合金工具鋼和高速鋼。工具鋼的主要特點(diǎn)是耐熱性差但抗彎強(qiáng)度高，價(jià)格便宜焊接與刃磨性能好故廣泛用于中低速切削的成形刀具，不宜高速切削。
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⑴碳素工具鋼 碳素工具鋼按化學(xué)成分分類，碳素工具鋼負(fù)屬于非合金鋼，按主要質(zhì)量等級(jí)和主要性能及使用特性分類，碳素工具鋼屬于特殊質(zhì)量非合金鋼，碳素工具鋼常用于制作刀具、模具和量具的碳素鋼，其加工性良好價(jià)格低廉，使用范圍廣泛所以它在工具鋼中用量較大。由于碳素工具鋼生產(chǎn)成本極低，原材料來(lái)源方便易于冷熱加工，在熱處理后可獲得相當(dāng)高的硬度，由于碳素工具鋼在切削溫度高于250～300℃時(shí)，馬氏體要分解，使得硬度降低，碳化物分布不均勻，淬火后變形較大，易產(chǎn)生裂紋，淬透性差，淬硬層薄所以只適于用于切削速度很低的刀具，如銼刀、手用鋸條等。 ! R% H! A. @! W4 ?# s) C5 u
⑵合金工具鋼 合金工具鋼是在碳素工具鋼基礎(chǔ)上加熱鉻、鎢、釩等合金元素，以提高淬透性，韌性，耐磨性和耐熱性的一類鋼種，它主要用于制造量具、刀具、耐沖擊工具和冷熱模具及一些特殊用途的工具。由于合金工具鋼熱硬性達(dá)325～400℃，允許切削速度為10～15m/min，所以其目前主要用于低速工具如絲錐、板牙等
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⑶高速鋼 高速鋼是含有W、Mo、Cr、V等元素較多，具有高硬度，高耐磨性的工具鋼，又稱高速工具鋼為白鋼或鋒鋼。高速鋼的綜合性能較好，應(yīng)用范圍最廣的一種刀具材料，因此主要用來(lái)制造復(fù)雜的薄刃和耐沖擊的金屬切削刀具也可制造高溫軸承和冷擠壓模具等，高速鋼經(jīng)過(guò)熱處理后硬度達(dá)62～66HRC，抗彎強(qiáng)度約為3.3GPa，耐熱性為600℃左右，此外還具有熱處理變形小，能鍛造，易磨出較鋒利的刃口等優(yōu)點(diǎn)，他常用于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜的成形刀具，孔加工刀具，如銑刀，拉刀。切齒刀具等 $ ]2 |2 D9 f: z3 [! e1 b" B! s
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2、硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金有難熔金屬的硬質(zhì)化合物和粘結(jié)金屬通過(guò)粉末冶金工業(yè)制成的一種合金材料，硬質(zhì)合金具有耐熱性好，切削效率高，強(qiáng)度和韌性較好的，耐磨，耐腐蝕等性能。常用的硬質(zhì)合金中含有大量的WC，TiC，因此硬度，耐熱性均高于工具鋼，硬質(zhì)合金是當(dāng)今主要的刀具材料之一，硬質(zhì)合金廣泛用作刀具材料如車刀、銑刀、鉆頭、鏜刀等 硬質(zhì)合金刀具比高速鋼切削速度高4～7倍，刀具壽命高5～80倍但硬質(zhì)合金脆性大，不能進(jìn)行切削加工，難以制成形狀復(fù)雜的整體刀具，因而常制成不同形狀的刀片，采用焊接，粘接，機(jī)械夾持等方法安裝在刀體或模具上使用，因此大多數(shù)車刀，端銑刀和部分立銑刀等均已采用硬質(zhì)合金制造
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3、陶瓷 隨著新技術(shù)革命的發(fā)展要求不斷提高切削加工生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本，特別是數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，要求開(kāi)發(fā)比硬質(zhì)合金刀具切速更高、更耐磨的新型刀具。近幾年來(lái)，隨著對(duì)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域研究的不斷深入，使氮化硅陶瓷的性能有了很大提高，從而使氧化硅陶瓷刀具在我國(guó)迅速發(fā)展起來(lái)。 陶瓷刀具是以氧化鋁或以氮化硅為基體再加入少量金屬，在高溫下燒結(jié)而成的一種刀具材料。陶瓷刀具具有高硬度、耐磨性、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性、摩擦系數(shù)低、強(qiáng)度與韌性低和熱導(dǎo)率低等特點(diǎn)，由此陶瓷刀具一般適用于在高速下精細(xì)加工硬材料。 % k- o! ]7 H' u" |4 B" M
4、超硬質(zhì)刀具 超硬質(zhì)刀具是現(xiàn)代工程材料的加工在硬度方面提出的更高的要求而應(yīng)運(yùn)而生的，超硬材料的化學(xué)成分及其形成硬度的規(guī)律或其他刀具材料不同�，F(xiàn)代刀具材料高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷的主要硬質(zhì)成分是碳化物、氧化物、氮化物這些化合物的硬度高達(dá)3000HV，加上粘結(jié)物質(zhì)其總體硬度在2000HV以下，對(duì)于現(xiàn)代工程材料的加工在某些情況下，上述刀具材料的硬度已無(wú)法滿足需求，于是就產(chǎn)生了超硬質(zhì)刀具材料。 超硬質(zhì)刀具材料有很多種如金剛石、立方氮化硼等，它具有優(yōu)異的機(jī)械性能，物理性能和其他性能，其中有些性能適合于刀具，具有很高的硬度，良好的導(dǎo)熱性，較高的楊氏模量，熱膨脹很小，較小的密度和較低的斷裂韌性。
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其中立方氮化硼具有較高硬度，高熱和穩(wěn)定性，對(duì)鐵族元素呈惰性故最適合制作切削各種淬硬質(zhì)鋼（碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼等）各種鐵基、鎳基、鈷基和其他熱噴涂（焊）零件。 3 ^5 I7 ]. | X, m) f) H( R1 x" H
金剛石具有較高的硬度及其他優(yōu)異性，他制作的刀具應(yīng)用范圍更廣泛，可以加工各種難加工的材料，非難加工材料，但天然金剛石價(jià)格昂貴，主要用于有色金屬及非金屬的精密加工。超硬質(zhì)材料由于性能優(yōu)越，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，已經(jīng)從金屬加工發(fā)展到光學(xué)玻璃加工，石材加工，陶瓷加工等傳統(tǒng)加工難進(jìn)行的領(lǐng)域?qū)Ω鞣N工業(yè)的發(fā)展將起到巨大推動(dòng)作用。
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隨著現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的日新月異，機(jī)械材料加工對(duì)刀具的材料要求也越來(lái)越高，因此，熟練掌握了解各種刀具的使用及材料的特點(diǎn)，才能更好的選擇和正確使用刀具，制造出更加精確的零件。 $ l# u$ x+ G# V9 _6 z! o# T7 Z
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發(fā)表于 2017-9-27 09:32:35
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