数控车床加工配件(数控加工中心｜数控加工刀具材料有哪些？)

Posted 2023-05-27

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数控车床加工配件(数控加工中心｜数控加工刀具材料有哪些？)

刀具与工具的选择是数控加工工艺中重要的内容之一，它不仅影响机床的加工效率，
而且直接影响加工质量。与传统的加工方法相比，数控加工对刀具和工具的要求更高。不
仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。

数控加工刀具材料
1、高速钢

高速钢又称锋钢、白钢。它是含有钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)、钴(Co)等元素的合金钢，分为钨、钼两大系列，是传统的刀具材料。其常温硬度为 62～65HRC，热硬性可提高到 500℃～600℃。淬火后变形小，易刃磨，可锻制和切削。它不仅可用来制造钻头、铣刀，还可用来制造齿轮刀具、成形铣刀等复杂刀具。但由于其允许的切削速度较低(50m/min)，所以大都用于数控机床的低速加工。普通高速钢是以 W18Cr4V 为代表。

2、硬质合金

硬质合金是由硬度和熔点都很高的碳化物(WC，TiC，TaC，NbC 等)，
用 Co、Mo、Ni 做黏结剂制成的粉末冶金产品。其常温硬度可达 74～82HRC，能耐 800℃～1000℃的高温。生产成本较低，可在中速(150m/min)、大进给切削中发挥出优良的切削性
能，因此成为数控加工中最为广泛使用的刀具材料。但其冲击韧度与抗弯强度远比高速钢
低，因此很少做成整体式刀具。在实际使用中，一般将硬质合金刀块用焊接或机械夹固的
方式固定在刀体上。常用的硬质合金有钨钴(YG)合金(YG8、YG6、YG3)、钨钛(YT)合金
(YT5、YT15、YT30)和钨钛钽(铌)(YW)(YW1，YW2)合金三大类。

3、涂层硬质合金

涂层硬质合金刀具是在韧性较好的硬质合金刀具上涂覆一层或多层耐磨性好的 TiN、TiCN、TiAlN 和 Al2O3 等，涂层的厚度为 2 µm～18 µm。涂层通常起到两方面的作用：一方面，它具有比刀具基体和工件材料低得多的热传导系数，减弱了刀具基体的热作用；另一方面，它能够有效地改善切削过程的摩擦和黏附作用，降低切削热的生成。TiN 具有低摩擦特性，可减少涂层组织的损耗。TiCN 可以降低后刀面的磨损。TiCN涂层硬度较高。Al2O3 涂层具有优良的隔热效果。涂层硬质合金刀具与硬质合金刀具相比，无论在强度、硬度和耐磨性方面均有了很大的提高。对于硬度为 45～55HRC 的工件的切削，低成本的涂层硬质合金可实现高速切削。近年来，一些厂家依靠改进涂层材料与比例的方法，也使得涂层刀具的性质有极大的提高。

4、陶瓷材料

陶瓷是近 20 年来发展速度快，应用日趋广泛的刀具材料之一。在不久的将来，陶瓷可能继高速钢、硬质合金以后引起切削加工的第三次革命。

陶瓷刀具具有高硬度(91～95HRA)、高强度(抗弯强度为 750MPa ～1000MPa)、耐磨性好、化学稳定性好、良好的抗黏结性能、摩擦因数低且价格低廉等优点。不仅如此，陶瓷刀具还具有很高的高温硬度，1200℃时硬度达到 80HRA。使用正常时，陶瓷刀具寿命极长，切削速度可比硬质合金刀具提高 2～5 倍，特别适合高硬度材料加工、精加工以及高速加工，加工硬度达 60HRC的各类淬硬钢和硬化铸铁等。常用的有氧化铝基陶瓷、氮化硅基陶瓷和金属陶瓷等。氧化铝基陶瓷刀具比硬质合金有更高的热硬性，高速切削状态下切削刃一般不会产生塑性变形，但它的强度和韧性较低。氮化硅基陶瓷除热硬性高以外，还具有良好的韧性，与氧化硅基陶瓷相比，它的缺点是在加工钢时易产生高温扩散，加剧刀具磨损，氮化硅基陶瓷刀具主要应用于断续车削灰铸铁及铣削灰铸铁。金属陶瓷是一种以碳化物为基体材料，与硬质合金相似的刀具材料，但它具有较低的亲和性、良好的摩擦性及较好的耐磨性，它比常规硬质合金能承受更高的切削温度，但缺乏硬质合金的耐冲击性、重型加工时的韧性和低速大进给时的强度。近年来通过大量的研究、改进和采用新的制作工艺，陶瓷材料的抗弯强度和韧性均有了很大的提高，如日本三菱金属公司开发的新型金属陶瓷 NX2525 瑞典山德维克公司开发的金属陶瓷刀片新品 CT 系列和涂层金属陶瓷刀片系列，抗弯强度和耐磨性均远高于普通的金属陶瓷，大大拓宽了陶瓷材料的应用范围。

5、立方氮化硼(CBN)

CBN 是人工合成的高硬度材料，其硬度可达 7300～9000HV，其硬度和耐磨性仅次于金刚石，有极好的高温硬度，与陶瓷刀具相比，其耐热性和化学稳定性稍差，但冲击韧度和抗破碎性能较好。

它广泛适用于淬硬钢(50HRC 以上)、珠光体灰铸铁、冷硬铸铁和高温合金等的切削加工。与硬质合金刀具相比，其切削速度可提高一个数量级。CBN 含量高的 PCBN(聚晶立方氮化硼)刀具硬度高、耐磨性好、抗压强度高及冲击韧性好，其缺点是热稳定性差和化学惰性低，适用于耐热合金、铸铁和铁系烧结金属的切削加工。复合 PCBN 刀具中 CBN 颗粒含量较低，采用陶瓷作黏结剂，其硬度较低，但弥补了 CBN 含量高的 PCBN 热稳定性差、化学惰性低的特点，适用于淬硬钢的切削加工。在切削灰铸铁和淬硬钢的应用领域，陶瓷刀具和 CBN 刀具是可供同时选择的。对淬硬钢进行干式切削加工时，选用 Al2O3 陶瓷的成本要低于 PCBN 材料，因为陶瓷刀具具有良好的热化学稳定性，但却不及 PCBN 刀具的韧性和硬度。在切削硬度低于 60HRC 和小进给量情况下的工件时，陶瓷刀具是较好的选择。PCBN 刀具适合于工件硬度高于 60HRC 的情况，尤其是对于自动化加工和高精度加工时更为重要。

6、聚晶金刚石(PCD)

PCD 作为最硬的刀具材料，硬度可达 10000HV，具有最好的耐磨性，它能够以高速度(1000m/min)和高精度加工软的有色金属材料，但它对冲击敏感，容易碎裂，而且对黑色金属中铁的亲和力强，易引起化学反应，一般情况下只能用于加工非铁零件，如有色金属及其合金、玻璃纤维、工程陶瓷和硬质合金等极硬的材料。