目前(qián)廣泛(fàn)應用的數控加工刀具材料主要有金剛石刀具、立(lì)方氮化(huà)硼刀具、陶瓷刀具、塗層刀具(jù)、硬質合金刀具和高速(sù)鋼刀(dāo)具等。

切削加(jiā)工材料種類(lèi)
刀具材料的牌號多,其性能相差也(yě)很大。如下表各種刀具材料的主(zhǔ)要性能指標。

數控加工用刀具材料必須根據所加工的工件和加工性質來選擇。刀具材料的(de)選用應與加工對象合理匹配,切削刀具材料與(yǔ)加工對象的匹配,主(zhǔ)要指二者(zhě)的(de)力學性(xìng)能、物理性能和化學性能相匹配,以獲得(dé)最長的刀(dāo)具壽命和最大的切削加工生產率。
切削刀具與加工對象的力學性能匹配問題主要是指刀具與工件材料的強度、韌性和硬度等力學性能參數要相匹配。具有不同力學性(xìng)能的刀具材料所適合加工的工件材料有所不同。
① 刀具材料硬度順序為:金剛石刀具>立方氮化硼刀具>陶瓷刀具>硬質合金>高速鋼(gāng)。
② 刀具材料的抗彎強度順序為:高速鋼>硬質合金>陶瓷刀具>金剛石和立方氮(dàn)化硼刀具。
③ 刀具材料(liào)的韌度大小順序為:高速鋼>硬(yìng)質合金>立方氮化硼、金(jīn)剛石和陶瓷刀(dāo)具。
高硬度的(de)工件材料,必須用更高硬(yìng)度的刀具(jù)來加工,刀具材料的硬度必須(xū)高於工件材料的硬度,一般要求在60HRC以(yǐ)上。刀具材料的硬度越高,其耐磨性就越好。如,硬質合金(jīn)中含鈷量增多時,其強度和韌性增加,硬度降低,適合於粗加工;含鈷量(liàng)減少時,其硬度及耐磨性增加,適合於精加工。
具有優良高溫力學性能的刀(dāo)具尤(yóu)其適合於高速切削(xuē)加工。陶瓷刀具優良的(de)高溫性能使其(qí)能(néng)夠以高的速(sù)度進行(háng)切削(xuē),允許的切削速度可比硬質合金提高2~10倍(bèi)。
切削刀具材料與加工對象(xiàng)的物理性能匹配
具有不(bú)同物理性能(néng)的刀具,如,高導熱和低熔點(diǎn)的高速鋼刀具、高熔點(diǎn)和(hé)低熱脹的陶瓷刀具、高(gāo)導熱和低熱脹的金(jīn)剛石刀具(jù)等,所適合加工的工件材料有所不同。加工導熱性差的工件時,應采用導(dǎo)熱較好的刀(dāo)具(jù)材料(liào),以使切削熱得以迅速傳出而降低切(qiē)削溫度。金剛石由於導熱係數及熱擴散率高(gāo),切削熱容易散出,不會產生很大的熱變形,這對尺寸(cùn)精度要求很高的精密加工(gōng)刀具來說尤為重要。
① 各種刀(dāo)具材料的耐熱(rè)溫度:金剛石刀具為700~800℃;PCBN刀具為1300~1500℃;陶瓷刀具為1100~1200℃;TiC(N)基硬(yìng)質合金(jīn)為900~1100℃;WC基超細晶粒硬質合金為800~900℃;HSS為600~700℃。
② 各種刀具材料的導熱(rè)係數順序:PCD>PCBN>WC基硬質合金>TiC(N)基硬質合金>HSS>Si3N4基(jī)陶瓷>A1203基陶瓷(cí)。
③ 各種刀具材料的熱脹係數大小順序為:HSS>WC基硬質合金>TiC(N)> A1203基陶瓷>PCBN>Si3N4基陶瓷>PCD。
④ 各種刀具材料的抗熱震性大小順序為(wéi):HSS>WC基硬(yìng)質合金>Si3N4基陶瓷>PCBN>PCD>TiC(N)基硬質合金(jīn)>A1203基陶(táo)瓷。
切削刀具材(cái)料與加工對象的化(huà)學性能匹配
切(qiē)削刀具材(cái)料與加工對象的化學(xué)性能匹配問題主要是指刀具材料與工件(jiàn)材料(liào)化學親和性、化學反應、擴散和溶解等化學性能(néng)參數要相匹配。材料不同(tóng)的刀具所適(shì)合加工的工件材料有所不同。
① 各種刀具材料抗粘接溫度(dù)高低(與鋼):PCBN>陶(táo)瓷>硬質合金>HSS。
② 各種刀具材料抗氧化溫(wēn)度高低:陶瓷>PCBN>硬質合金>金剛石>HSS。
③種刀具材料的擴散強度大小:對鋼鐵(tiě),金剛石>Si3N4基(jī)陶瓷>PCBN>A1203基陶瓷;對鈦,A1203基陶瓷>PCBN>SiC>Si3N4>金剛(gāng)石。
硬度(dù)和耐磨性(xìng)
刀具材料的硬(yìng)度必須高於工(gōng)件材料的(de)硬(yìng)度,一般要求(qiú)在60HRC以上。一般情況下,刀具材料的硬度越高,耐磨性就(jiù)越好。
強度和韌性
刀具切削部分要承受很大的切削力和衝擊力,因此,刀具材料應具備較高的強度和韌性,以便承受切削力、衝擊和振動(dòng),防止刀具脆性(xìng)斷裂和崩刃(rèn)。
耐熱(rè)性(xìng)和導(dǎo)熱性
在高溫下刀具仍能保持其硬度和強度(dù),耐熱性越好,刀(dāo)具在(zài)高溫時抗塑性(xìng)變形的能力、抗磨損的能力也越強;導熱性越好,切削時產生的熱量越容易傳導出去,從(cóng)而降低切削部分的溫(wēn)度,減輕刀具磨損。
可加工性和經濟性
為(wéi)便於製造,刀具材料應具有良好的(de)可加工性,包括熱加工性能、機械加工性能,磨削加工(gōng)性能等,從而追求高的性價比。
一般而(ér)言(yán),PCBN、陶瓷刀具、塗層硬質合金及TiCN基硬質合(hé)金刀具適合於鋼鐵等黑色金屬的數(shù)控加工;而PCD刀具適合於對Al、Mg、Cu等有色金屬材料及其(qí)合金和非金屬材料的(de)加工。表3-3-2列出了上述刀具材料所適合加工的一些工件材料。
下表出了各種刀具(jù)材料所適合(hé)加工的一些工件材(cái)料。
