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刀具材料刀具基体材料分类碳素工具钢合金工具钢普通高速钢高性能高速钢低合金高速钢粉末冶金高速钢高速工具钢工具钢普通颗粒硬质合金细颗粒硬质合金超细颗粒硬质合金钨基硬质合金钛基硬质合金硬质合金氧化物陶瓷氮化物陶瓷混合陶瓷陶瓷立方氮化硼金刚石超硬材料刀具基体材料一般刀具材料对比05001,0001,5002,0002,5003,0003,5004,000高速钢硬质合金金属陶瓷陶瓷立方氮化硼CBN金刚石PCD一般刀具材料抗拉强度[N/mm²]高速钢刀具材料高速钢是一种量大面广的刀具材料。由于高速钢具有许多独特的优点：如强度高，韧性好，性能比较稳定，工艺性好，能制作成各种形状和尺寸，特别是大型复杂刀具等，因而始终保持其在刀具材料中的特殊地位。高速钢作为传统刀具材料，虽属老领域，但新的钢种开发及应用研究仍长盛不衰，在继续发展。其方向主要遵循两条原则，即寻找更价廉或供应更可靠的合金元素以及如何进一步提高钢种的综合力学性能。切削刀具用硬质合金分类及标志切削刀具用硬质合金根据国际标准ISO分类，把所有牌号分成用颜色标识的六大类，分别以字母P、M、K、N、S、H表示。分类的主要依据是加工材料的化学元素含量、结构、硬度和导热性能。每一类中的各个牌号分别给以一个01～50之间的数字，表示从最高硬度到最大韧性之间的一系列合金，以供各种被加工材料的不同切削工序及加工条件时选用。根据使用需要，在两个相邻的分类代号之间，可插入一个中间代号，如在P10和P20之间插入P15，K20和K30之间插入K25等，但不能多于一个。P类用于加工长切屑的钢件M类用于加工不锈钢件K类用于加工短切屑的铸铁件N类用于加工短切屑的非铁材料S类用于加工难加工材料H类用于加工硬材料硬质合金是一种主要由不同的碳化物和粘结相组成的粉末冶金产品。硬质合金很硬。其主要碳化物有：-碳化钨(WC)-碳化钛(TiC)-碳化钽(TaC)-碳化铌(NbC)在大部分情况下，钴作为粘结相使用。硬质合金切削材料在硬质合金工厂，硬质合金需经过混合、压制和烧结。硬质合金的分类根据ISO标准进行。这种分类的依据是工件的材料类别(P,M,K)。不同的硬质合金材质有不同的用途，如车削、铣削、孔加工、螺纹加工、切槽等。常用镀层材料碳化钛(TiC)高硬度耐磨化合物，有着良好的抗摩擦磨损性能。氮化钛(TiN)的硬度稍低，但却有较高的化学稳定性，并可大大减少刀具与被加工工件之间的摩擦系数。碳氮化钛(TiCN)是在单一的TiC晶格中，氮原子?(N)占据原来碳原子(C)在点阵中的位置而形成的复合化合物，TiCxNy中碳氮原子的比例有两种比较理想的模式，即TiC0.5N0.5和TiC0.3N0.7。由于TiCN具有TiC和TiN的综合性能，其硬度(特别是高温硬度)高于TiC和TiN，因此是一种较理想的刀具镀层材料。氧化铝(Al2O3)在抗氧化磨损和抗扩散磨损性能上，没有任何材料能与氧化铝相比。但由于氧化铝与基体材料的物理、化学性能相差太大，单一的氧化铝镀层无法制成理想的镀层刀具。铝氮化钛(TiAlN)在切削过程中铝氧化而形成Al2O3，从而起到抗氧化和抗扩散磨损作用，但其抗氧化性能比单一的Al2O3镀层稍差，因为TiAlN中形成的Al2O3在切削过程中边生成边磨掉。但在高速切削时，其效果优于不含铝的TiCN镀层。PVD方法物理气相沉积是一种固态的金属反应成分的过程，例如钛。物理气相沉积一般有真空中蒸发沉积、溅射、离子镀三种将固态镀层材料气化的方法。由于PVD工艺温度低，不会降低硬质合金刀片自身的强度，刀片刃部可磨得十分锋利，从而可降低机床的功率消耗。特点：1）牌号的选择覆盖了大多数的应用情况2）薄的氮化钛TiN涂层，厚度在2-4微米之间3）400°(C)的涂层温度4）提高生产率5）摩擦系数小优点：比非涂层硬质合金刀片的刀具寿命高出15％。刃口锋利刃口牢固性较好。比非涂层硬质合金的刀片的切削速度提高100%。抗月牙洼磨损和积屑瘤立方氮化硼CBN氮化硼的化学组成和石墨非常相似,颜色为白色，晶格为密排六方晶格，象石墨一样的低硬度。立方氮化硼刀片是由立方氮化硼细小颗粒在氮化钛等基体材料上通过压力烧结方式制造出来的。石墨经高温高压处理变成人造金刚石，用类似的手段处理氮化硼（六方）就能得到立方氮化硼。立方氮化硼是六方氮化硼的同素异形体，是人类已知的硬度仅次于金刚石的物质。立方氮化硼的热稳定性大大高于金刚石。在空气中，人造金刚石在800℃时即碳化，而立方氮化硼可耐1300~1500℃的高温，甚至在1500℃时也不发生相变。聚晶立方氮化硼在1400℃仍然保持其硬度，与铁族元素的化学惰性比金刚石大，能以加工普通钢和铸铁的切削速度切削淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等，从而大大提高生产率.金刚石材料碳元素被组成两种不同的晶格形式,密排六方晶格的软石墨和众所周知的最硬的刀具材料立方晶格的金刚石。金刚石主要存在于沉积岩中。当被开采出来的时候，金刚石主要积聚在金伯利岩石之中。此外金刚石也存在于河流沉积物中。金刚石有天然的和人造的两种，都是碳的同素异形体。人造金刚石是在高压高温条件下，借合金触媒的作用，由石墨转化而成的。金刚石硬度极高，是目前已知的最硬物质，其硬度接近于10,000HV，而硬质合金的硬度仅为1,060～1,800HV）。金刚石刀具既能胜任硬质合金、陶瓷、高硅铝合金等高硬度、耐磨材料的加工，又可用以切削有色金属及其合金和不锈钢．但它不适合加工铁族材料。这是由于铁和碳原子的亲和性产生的粘附作用而损坏刀具。大颗粒金刚石分单晶和聚晶两种。所谓聚晶就是由许多细小的金刚石晶粒（直径约在1～100m之间）聚合而成的大颗粒的多晶金刚石块，而晶粒的无定向排列，使其具有优于天然金刚石的强度和韧性。刀具几何参数(车削)车削的定义，车削切削三要素车削加工就是工件旋转做主运动，刀具做轴向和径向进给运动。线性切削速度Vc,切深ap和每转走刀量f是车削三要素。Vc:m/min米/分钟ap:mm毫米fr(fn):mm/r毫米/转车削三要素与刀具寿命通常：切削速度增加20%刀片磨损增加50%；走刀量增加20%刀片磨损增加20%；切深增加50%刀片磨损增加20%。但事物总有正反两面，在正确的参数范围之内，线速度Vc增加，使得工件塑性变形程度减少、切削温度增加，能减少材料的加工硬化深度、降低材料的硬度,提高刀具寿命.在正确的参数范围之内,加大进给量f,能减少刀具与工件的摩擦路程,提高刀具寿命.在加工铸铁锻件等毛坯料时,加大切深ap,能减少刀尖与硬表皮的摩擦,提高刀具寿命.刀尖圆弧与进给量f的关系r(mm)0.40.81.21.62.4fn(mm/min)0.12~0.150.25~0.50.36~0.70.5~1.00.7~1.6通常粗车的刀尖圆弧半径选择r=1.2~1.6mm,进给量选择刀尖半径的1/2.切削基本概念待加工表面----工件上有待切除的表面。•已加工表面----工件上经刀具切削后产生的表面。•过渡表面(同义词：加工表面)----工件上由切削刃形成的那部分表面，它将在下一个行程，刀具或工件的下一转里被切除，或者由下一个切削刃切除。刀具结构要素•前面(同义词：前刀面)•----刀具上切屑流过的表面。•后面(同义词：后刀面)•与工件上切削中产生的表面相对的表面。•主后面(同义词：主后刀面)•----对着过渡表面。•副后面(同义词：副后刀面)•----它对着已加工表面•主切削刃•起始于切削刃上主偏角为零的点，并至少有一段切削刃拟用来在工件上切出过渡表面的那个整段切削刃。•副切削刃•切削刃上除主切削刃以外的刃，亦起始于切削刃上主偏角为零的点，但它向背离主切削刃的方向延伸。刀具角度参考系•基面Pt——通过切削刃选定点垂直于合成切削速度方向的平面。•在刀具静止参考系中，它垂直于假定的主运动方向。•切削平面——与切削刃相切并垂直于基面的平面。•主切削平面Ps——与主切削刃相切并垂直于基面的平面。它是由切削速度与切削刃切线组成的平面。•副切削平面——与副切削刃相切并垂直于基面的平面。•主平面Po——垂直于基面及主切削平面•法平面Pn——通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。车刀的标注角度•前角----前面与基面间的夹角。•后角----后面与切削平面间的夹角。•楔角----前面与后面间的夹角。•主偏角r----主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。•副偏角’r----副切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。•刀尖角----主切削平面与副切削平面间的夹角，在基面中测量。•刃倾角----主切削刃与基面间的夹角，在主切削平面中测量。前角的影响•大前角的优点：•切削力小•切削热小•能抑制积屑瘤•不易振动•大前角的缺点：•刀头强度低•散热体积小•弯曲应力，易造成崩刃•不易断屑a拉应力b压应力从金属切削的变形规律可知，前角是切削刀具上重要几何参数之一，它的大小直接影响切削力、切削温度和切削功率，影响刃区和刀头的强度与散热体积，从而然响刀具耐用度和切削加工生产率。选择合理的前角，是刀具设计的重要问题正前角=+50to+70刀片被夹持在刀杆上，刀尖向上，必须要有后角，以免刀片下部与工件摩擦。这些称为正前角刀杆和正前角刀片。中性=00在刀杆和刀片向前伸出时，需要有后角。负前角=-50to-70刀杆使刀片刀尖向下，使刀片底部离开工件。此时，刀片不需要后角。（您可使用刀片的双面，得到双倍的刃口数。）刀片后角–刀片下的空间断屑(车削)辨别切屑切深进给速度刀片损坏断屑的种类断屑有三种形式:A/自断屑(最好的断屑形式);B/切屑碰到刀具断裂;C/切屑碰到工件断裂(不可取,应该避免)常用的断屑方式:1)增加进给量f2)取小的刀具前角3)取大的刀具主偏角4)加冷却液切屑压缩比\前角与断屑的关系hchhc切屑压缩比=hc/h1)压缩比的值越大,则越容易断屑.但同时切削的抗力也增加了2)压缩比与线速度Vc有关,当Vc减小时,压缩比增大,所以降低线速度也利于断屑3)前角减小,切屑变形大,压缩比增大,利于断屑主偏角与断屑的关系•主偏角大易于断屑ffap进给量与断屑的关系直长条无控制切屑缠结无控制切屑可长达数英尺的无限卷曲的半有序的切屑2-5卷的有序卷曲切屑卷曲的切屑“9”型切屑通常是理想的断屑完整曲线一半完整曲线碎片最佳的范围可用的范围增加进给量进给量、倒棱宽度与切屑的关系由此可见,当刀具使用一段时间后,刃口钝化严重,则切屑不易断裂断屑器与断屑的关系机械磨出的断屑槽断屑槽与断屑的关系压制成型笔直的带角度的波浪型的针对精加工/半精加工/粗加工,选择正确的槽型也利于断屑不锈钢机械切削加工性能1）机械切削加工性能/机械性能差，切削时需要好的系统刚性和刀具强度2）导热性差，易烧伤刀具3）加工硬化严重4）化学活性大，易工件发生化学反应，形成熔敷，扩散成合金点，造成粘刀5）加工之后回弹量大6）切屑难变形，剪切力大，易热变形加工不锈钢的刀具特点1）大的刀具前角，减少切屑变形2）取小的主偏角，增大刀尖处的散热面积，减少刀尖磨损速度3）增大刀具后角，减少后刀面与工件的摩擦，减少加工硬化4）选择不易和工件发生化学反应的刀具材质5）刀具材质强度高6）取较大的切深ap和进给量f,取小的切削线速度Vc7）使用合适的冷却液耐热合金机械切削加工性能1）机械切削加工性能/机械性能差2）在高温时保持材料的强度产生较高的切削力需要较高的能量3）导热性差4）有硬的硬质合金成分—有研磨作用5）加工硬化严重6）化学活性大，高温下与工件发生化学反应，形成熔敷，扩散成合金点，造成粘刀7）在小切深时，难以断屑。8）加工之后回弹量大9）变形系数小，切屑在前刀面上滑动摩擦路程增大，加速刀具磨损成功加工耐热合金的建议1）选择锋利、正前角但有一定强度的槽型2）使用足够的进给量f和切深ap，以免刀尖摩擦或挤压工件。3）使用特别针对耐热合金加工而设计的精细颗粒基底，非涂层和物理涂层硬质合金牌号。4）适当的带晶须或混合型的陶瓷刀片仅可用于粗加工。而且应使用变化的切深以减少缺口状磨损。5）使用大量的冷却液6）确保机床和夹具的刚性