数控刀片怎么制作的(数控刀具主要有哪些材料？)

Posted 2023-05-27

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数控刀片怎么制作的(数控刀具主要有哪些材料？)

数控刀具材料主要分为六大类:工具钢(碳素工具钢、合金工具钢、高速钢)、硬质合金钢、金刚石、陶瓷、立方氮化硼以及涂层材料，下面我来分别介绍下各种材料。

◆一、工具钢

1）碳素工具钢，含碳量0.65%-1.35%的优质高碳钢，常用牌号有T8A、T10A和T12A，用的最多的是T12A。其中T8A用于制造形状简单的切削软金属的刀具及木工刀具，T10A用于制造丝锥、铰刀、车刀、板牙等，T12A用于制造车刀、铣刀、丝锥等。

碳素工具钢的优点：碳素工具钢经过适当的热处理后，能达到HRC60-65的硬度和较好的耐磨性；由于退火状态下的硬度很低，故可加工性很好；刀刃能够磨得很锋利；价格低廉。

碳素工具钢的缺点：a、耐热性差，刀刃受热至200-250℃时，其硬度和耐磨性就迅速下降，对过热十分敏感，导致晶粒长大，因而增加了刀刃的脆性和易崩刃，故碳素工具钢的切削速度一般低于8m/min；b、可淬性较差，容易引起刀具变形，出现裂纹，甚至断裂，故不宜做形状复杂的刀具；c、碳素工具钢的淬透性差，当工具的直径或厚度大于15mm时，往往由于淬硬层太薄而不能使用。

2）合金工具钢

合金工具钢是指为了改善工具钢的性能而特意加入一些合金元素的钢。常用的合金元素有钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）、硅（Si）、锰（Mn）、钛（Ti）、铝（Al）等。合金工具钢中合金元素的含量一般不超过3%-5%，含碳量在0.75%-1.50%之间。

合金工具钢的特点：合金元素中的钛（Ti）、钒（V）、钨（W）、钼（Mo）可以提高钢的硬度和耐磨性；合金元素(除Mn外）几乎都能细化晶粒，使合金具有较高的力学性能，特别是能显著的提高钢的低温韧性，同时减少淬火时的变形和开裂。另外所有溶于奥氏体的合金元素（除钴外）都能提高钢的淬透性，热处理变形较小，耐磨性较好，因此可用于截面积较大、要求热处理变形较小、对耐磨性及韧性有一定要求的低速刀具。由于合金钢的耐热性温度至300-400℃，因此允许以比碳素工具钢高的切削速度工作。

3）高速钢

高速钢是以钨、铬、钒、钴为主要合金元素的合金工具钢，俗称锋钢、白钢。这种钢经过热处理后，一些合金元素形成硬度较高的碳化物，如WC、FeC、CrC等，常温硬度可达63-69HRC，当切削温度为500-650℃，仍能保持其切削性能。

高速钢的特点：具有很高的强度，抗弯强度为一般硬质合金的2-3倍，韧性比硬质合金高数十倍；高速钢的工艺性能也很好，制造简单，热处理变形小，能磨出锋利的刃口。

◆二、硬质合金

硬质合金是由WC、TiC、TaC、VC等难熔金属碳化物以及作为粘结剂的铁族金属用粉末冶金方法制备而成，硬质合金的硬度已达89-93HRA。

硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃下也能保持不变，在1000℃下仍有很高的硬度。硬质合金广泛用作刀具材料，用于切削铸铁、有色金属、塑料、化学纤维、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。

◆三、金刚石

金刚石材料分为三类：天然单晶金刚石刀具（价格昂贵）、人造聚晶金刚石（高温高压下石墨转换而成）、金刚石烧结体（硬质合金基体上烧结一层聚晶金刚石）。

金刚石的性能特点及应用：a、有极高的硬度和耐磨性，显微硬度达10000HV；b、很好的导热性能，较低的膨胀系数；c、刃面粗糙度较小，刃口非常锋利；d、金刚石的热稳定性较低，切削温度超过700-800℃，会失去硬度；e、金刚石摩擦系数低，不易产生积屑瘤；f、不适合加工钢铁材料，因为金刚石（碳C）和铁有很强的化学亲和力，在高温下铁原子容易与碳原子作用而使其转化成石墨结构，刀具极易损坏。

目前金刚石主要用于磨具及磨料，用作刀具时多用于高速下对有色金属及非金属材料进行精细车及镗孔。加工铝合金和铜合金时，切削速度可达800-3800m/min。

◆四、立方氮化硼CBN

立方氮化硼刀具有两种：整体聚晶立方氮化硼刀具和立方氮化硼复合刀片。立方氮化硼复合刀片是在硬质合金基体上烧结一层厚度约0.5mm的立方氮化硼而成。

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立方氮化硼的性能特点：a、很高的硬度与耐磨性，达到3500-4500HV，仅次于金刚石；b、很高的热稳定性和化学惰性，1300℃时不发生氧化，与大多数金属、铁系材料均不发生化学反应，因此能高速切削高硬度的钢铁材料及耐热合金，刀具的黏性与扩散磨损较小；c、有较好的导热性，与钢铁的摩擦系数低；d、抗弯强度与断裂韧性介于陶瓷与硬质合金之间。

由于立方氮化硼材料的一系列优点，使它能对冷硬钢、冷硬铸铁进行粗加工与半精加工，同时还能切削高温合金、特喷涂材料等难加工材料。

◆五、陶瓷

陶瓷刀具材料可分为氧化铝基陶瓷刀具材料、氮化硅基陶瓷刀具以及氮化硅-氧化铝复合陶瓷材料。

陶瓷刀具性能特点：a、硬度和耐磨性很高，硬度达91-95HRA，高于硬质合金；b、耐热性很高，在1200℃还能进行切削。切削速度相对于硬质合金提高2-5倍；c、化学稳定性好，与金属的亲和力小，抗黏性和抗扩散的能力较好；d、摩擦因素较低，切屑与刀具不易产生黏结，加工表面光洁度好，不易产生积屑瘤；e、强度与韧性低。强度只有硬质合金的1/2；因此陶瓷刀具切削时需要选择合适的几何参数与切削用量，避免承受冲击载荷，以免崩刃与破损；f、热导率低，因此陶瓷抗热冲击性能较差。陶瓷刀具切削时不宜有较大的温度波动，一般不加切削液。

陶瓷刀具一般用于高速下精细加工硬材料等多种难加工材料。

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◆六、涂层刀具

涂层刀具在韧性较好的硬质合金基体上或高速钢刀具基体上，涂一层5-12μm厚的高硬度、高耐磨性的金属化合物等构成。涂层硬质合金刀具的耐用度比不涂层至少提高1-3倍。刀具涂层技术通常可分为化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）两大类。

CVD涂层与基体结合强度高，薄膜厚度较厚，可达7-9μm，由于涂层内部呈拉应力状态，易导致刀具使用时产生微裂纹，CVD刀片适用于中型、重型切削的高速粗加工及半精加工。

PVD工艺温度低，更适合硬质合金精密复杂刀具的涂层，广泛应用于硬质合金钻头、铣刀、铰刀、丝锥等。

◆刀体材料一般均用普通碳钢或合金钢制作，如焊接车刀、镗刀、钻头、铰刀的刀柄。尺寸较小的刀具或切削负载较大的刀具宜选用合金工具钢或整体高速钢制作，如螺纹刀具、成型铣刀、拉刀等，对于一些尺寸较小、刚度较差的精密孔加工刀具，如小直径镗刀、铰刀，为保证刀体有足够的刚度和抗震性能，会选用整体硬质合金制作，以提高刀具寿命和加工精度。