常用刀具材料分类特点及刀具品牌认识

常用刀具材料分类、特点及刀具品牌认识刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、已加工表面质量和加工成本等，所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。1.刀具材料应具备的性能金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相接触，承受着很大的切削压力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦，产生很高的切削温度，即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此，刀具切削部分材料应具备以下基本性能。1.1高的硬度和耐磨性硬度是刀具材料应具备的基本特性。刀具要从工件上切下切屑，其硬度必须比工件材料的硬度大。耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。组织中硬质点（碳化物、氮化物等）的硬度越高，数量越多，颗粒越小，分布越均匀，则耐磨性越高。但刀具材料的耐磨性实际上不仅取决于它的硬度，而且也和它的化学成分、强度、纤维组织及摩擦区的温度有关。1.2足够的强度和韧性要使刀具在承受很大压力，以及在切削过程中通常要出现的冲击和振动的条件下工作，而不产生崩刃和折断，刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。1.3高的耐热性耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。它是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。1.4导热性好刀具材料的导热性越好，切削热越容易从切削区散走，有利于降低切削温度。刀具材料的导热性用热导率表示。热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。1.5具有良好的工艺性和经济性既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理性能、焊接性能等要好，且又要资源丰富，价格低廉。2.常用刀具材料分类、特点及应用刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料等五大类。常用刀具材料的主要性能及用途见表2-1。表2-1常用刀具材料的主要性能2.1高速钢2.1.1普通高速钢普通高速钢指用来加工一般工程材料的高速钢，常用的牌号有：（1）W18Cr4V（简称W18）。属钨系高速钢，具有较好的切削性能，是我国最常用的一种高速钢。（2）W6Mo5Cr4V2（简称M2）。属钼系高速钢，碳化物分布均匀性、韧性和高温塑性均超过W18Cr4V，但其磨削性能较差。（3）W9Mo3Cr4V（简称W9）。是一种含钨量较多，含钼量较少的钨钼系高速钢。其碳化物不均匀性介于W18和M2之间，但抗弯强度和冲击韧度高于M2。具有较好的硬度和韧性，其热塑性也很好。普通高速钢常见用途见图2-1。2.1.2高性能高速钢高性能高速钢是在普通高速钢的基础上，用调整其基本化学成分和添加一些其它合金元素（如钒、钴、铅、硅、铌等）的办法，着重提高其耐热性和耐磨性而衍生出来的。它主要用来加工不锈钢、耐热钢、高温合金和超高强度钢等难加工材料。2.2硬质合金硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC、NbC、TaC等）作硬质相，用钴、钼或镍等作粘结相，研制成粉末，按一定比例混合，压制成型，在高温高压下烧结而成。硬质合金的常温硬度很高（89～93HRA，相当于78～82HRC）。耐熔性好，热硬性可达800～1000℃以上，允许的切削速度比高速钢提高4～7倍，刀具寿命高5～8倍，是目前切削加工中用量仅次于高速钢的主要刀具材料。但它的抗弯强度和韧性均较低，性脆，怕冲击和振动，工艺性也不如高速钢。我国目前常用的硬质合金主要有以下三类：2.2.1钨钴类硬质合金由WC和Co组成，代号为YG。常温硬度为89～91HRA，耐热性达800～900℃，适用于加工切屑呈崩碎状的脆性材料。常用牌号有YG3X、YG6X、YG6和YG8等，其中数字表示含Co的百分比，其余为含WC的百分比。钴在硬质合金中起粘结作用，含Co愈多的硬质合金韧性愈好，所以YG8适于粗加工和断续切削，可用于加工45钢锻件粗车、65HRC冷硬铸铁和中速车削淬硬钢，YG6适于半精加工，YG3X适于精加工和连续切削，可用于HT200铸件精车。常见应用见图2-2。图2-2钨钴类硬质合金常见应用2.2.2钨钛钴类硬质合金由WC、TiC和Co组成，代号为YT。此类硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性（900～1000℃）均比YG类合金高，但抗弯强度和冲击韧度降低。主要适于加工切屑呈带状的钢料等韧性材料。常用牌号有YT30、YT15、YT14和YT5等，数字表示含TiC的百分比。故YT30适于对钢料的精加工和连续切削，可用于低速精车合金钢蜗杆和高速精车调质钢长轴，YT15适于半精加工，YT5适于粗加工和断续切削。常见应用见图2-3。2.2.3钨钛钽（铌）钴类硬质合金又称通用合金，由WC、TiC、TaC（NbC）TCo组成，代号为YW。其抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、耐热性、高温硬度和抗氧化能力都有很大提高。常用牌号有YW1和YW2，这两种硬质合金都具有YG类硬质合金的韧性，比YT类硬质合金的抗刃口剥落能力强。由于YW类硬质合金的综合性能较好，除可加工铸铁、有色金属和钢料外，主要用于加工耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工材料，可用于高速精密镗削铝合金缸套。常见应用见图2-42.3涂层刀具涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体上，或在高速钢刀具基体上，涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的。涂层硬质合金一般采用化学气相沉积法，沉积温度1000℃左右；涂层高速钢刀具一般采用物理气相沉积法，沉积温度500℃左右。常用涂层材料有TiC、TiN、Al2O3等，TiC的硬度比TiN高，抗磨损性能好。对于要产生剧烈磨损的刀具，TiC涂层较好。TiN与金属亲和力小，润湿性能好，在空气中抗氧化性能比TiC好，在容易产生粘结的条件下，TiN涂层较好。在高速切削产生大热量的场合，宜采用Al2O3涂层为好，因为Al2O3在高温下有良好的热稳定性能。涂层刀具有比基体高得多的硬度，有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因而有高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。涂层具有低的摩擦系数，可降低切削时的切削力及切削温度，大大提高刀具耐用度。涂层硬质合金的通用性广，一种涂层刀片可替代几种未涂层刀片使用。2.4其它刀具材料2.4.1陶瓷材料陶瓷刀具材料的主要成分是硬度和熔点都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物，再加入少量的金属碳化物、氧化物或纯金属等添加剂。也是采用粉末冶金工艺方法经制粉，压制烧结而成。陶瓷刀具有很高的硬度（91～95HRA）和耐磨性，刀具耐用度高；有很好的高温性能，化学稳定性好。陶瓷刀具的最大缺点是脆性大，抗弯强度和冲击韧度低，承受冲击负荷的能力差。主要用于对钢料、铸铁、高硬材料（如淬火钢等）连续切削的半精加工或精加工。常见应用见图2-52.4.2人造金刚石人造金刚石是在高温高压和金属触媒作用的条件下，由石墨转化而成。金刚石刀具的性能特点是：有极高的硬度和耐磨性，切削刃非常锋利，有很高的导热性。但耐热性较差，且强度很低。主要用于高速条件下精细车削及镗削有色金属及其合金和非金属材料。但由于金刚石中的碳原子和铁有很强的化学亲合力，故金刚石刀具不适合加工铁族材料。常见应用见图2-62.4.3立方氮化硼（简称CBN）立方氮化硼（简称CBN）是用六方氮化硼（俗称白石墨）为原料，利用超高温高压技术，继人造金刚石之后人工合成的又一种新型无机超硬材料。其主要性能特点是：硬度高（高达8000～9000HV），耐磨性好，能在较高切削速度下保持加工精。热稳定性好，化学稳定性好，且有较高的热导率和较小的摩擦系数，但其强度和韧性较差。主要用于对高温合金、淬硬钢、冷硬铸铁等材料进行半精加工和精加工。刀具材料发展历史在切削加工发展过程中，刀具材料始终是最积极的因素。19世纪末，出现了高速钢，其切削性能和加工效率比过去的碳素工具钢、合金工具钢有了很大提高。用高速钢刀具加工当时常用的碳素结构钢和合金结构钢，可以胜任。但在进入20世纪后，特别是第二次世界大战以来，各种新的工程结构材料相继出现，其机械力学性能和加工难度不断提高，加工批量日益加大，用高速钢刀具则加工效率太低，刀具使用寿命过短。于是20世纪30年代出现了硬质合金，其切削效率可比高速钢提高4～10倍，可以切削高速钢所不能加工的材料。20世纪中叶以后，为适应更难加工材料的要求，又出现了复合陶瓷及金刚石、CBN超硬刀具材料；高速钢与硬质合金则发展了许多新品种，其性能比原来有了大幅度提高。可以说，20世纪是刀具材料大发展的历史时期，各种新品种、新牌号的刀具材料不断涌现。迄今，常用的切削速度和加工效率比一百年前提高了100倍以上。当前，各种刀具材料的应用，以高速钢和硬质合金为最多；陶瓷约为1％一3％；超硬材料尚只在小范围内使用。CVD和PVD涂层刀具在近20年内有了很大的发展。预计，在21世纪，硬质合金的使用范围将进一步扩大，成为用量最大的刀具材料；高速钢仍将占有一定的阵地；硬质合金和高速钢的品种和性能将进一步发展。由于资源、价格和性能上的优势，陶瓷材料的应用将迅速扩展；金刚石和CBN超硬材料的应用将进一步扩大；新刀具材料的研制周期会越来越短，新品种、新牌号的推出将越来越快。在新刀具材料发展中，硬度、耐磨性与强度、韧性难以兼顾仍是主要矛盾。有可能在本世纪中，研制出人们所希望的既具有高速钢、硬质合金的强度和韧性，又具有超硬材料的硬度和耐磨性的新刀具材料。各种涂层刀具和超硬材料的复合片都能在一定程度上克服上述矛盾，故极有发展前景。可转位刀具结构的推广使用和集成制造系统加工中心、FMS、CIMS的问世，将对刀具材料提出更高的要求。每一种刀具材料的性能都不可避免地有局限性，只能在一定范围内适用。而刀具材料与工件性能上的匹配更是至关重要。在未来，刀具材料将接受工件一方更严峻的挑战，其新品格新牌号的出现、各自所占比重的变化以及它们相互补充和相互竞争的局面，将成为未来刀具材料发展的特点。世界五大刀具派系1、世界五大刀具派系比较分析近年来在中国市场上活跃着世界五大刀具派系有：山特系：美国系；日本系；以色列系；欧洲系。山特系包括山特维克可乐满sandvikc0r0mant，山高(Seco)。Titex。瓦尔(Walter)，Valenite等。其中瑞典的山高仍然是独立于天地间。甚至在山特维克对外公布的业绩报表中，山高也是独立出现。在山特维克收购Valenite时。Seco成功收购法国刀柄和镗刀制造公司——EPB公司及荷兰生产整体硬质合金铣刀的Jabro公司，进一步完善了其产品系列；家族企业瓦尔特在出售给山特维克之后，仍是忙碌着瓦尔特业务与品牌的双重扩张；在深孑L加工领域有着突出优势的Titex公司，多年来似乎一直站在幕后，直到2003年首次单独参加CIMT展会。据悉2007年销售额达2000万元，Titex已经有足够的底气以独立的形象获得更大的市场份额。美国系主要以肯纳Kennametal，Widia、Star等为代表。2002年美国肯纳公司Kennametal收购之后，大大巩固了其在汽车行业的地位。据罗百辉了解，作为全球第二大刀具公司，Kennametal在中国的策略上基本属于低调运作，然而在“刀山”上行走的江湖侠客无数，许多都与肯纳有关，这也算是中国刀具精美的黄埔军校。许多后来成名的代理商就是从肯纳出来的人。在中国多年苦心经营的口碑、庞大完善的销售网络已使他们成为在中国仅次于山特维克可乐满之后最有影响力的品牌。日本系包括三菱，住友、东芝、OSG。黛杰，不二越，日立等。以精密着称的日本刀具，在中国的代理渠道成熟得有些复杂。有人戏称，任何一个日本刀具通过其代理公司。半年之内就可以覆盖在新疆塔尔干盆地上。欧美公司比较注重直销网络的建设，对于代理商有相互保护的机制。日本公司往往倾向于市场的开拓。有时疏于品牌管理，造成了代理商众多，甚至互相“掐货”。这种局面已经引起了日本供应商的高度重视，加强渠道管理应该是日本系的重要工作之一。以色列秉包括ISCAR(伊斯卡)，莫格索尔、瓦格丝等。在五大派系中。伊斯卡ISCAR的上升速度令人”眩晕”。世界范围内以伊斯卡为主体的IMC(IscarMetalCuttinggroup)公司已经成为全球第三大刀具供应商。ISCAR兼并Ingersoll