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不懂刀具涂层,还做什么机加工

信息来源:jjjuuu.com  时间:2019-01-31  浏览次数:42

本文可以被看作刀具涂层“前传”,很多时候为了一定程度上改变材料特性,会采取刀具涂层这种方法。实际上,不同的材料本身有不同的性能,今天,小编给金粉们介绍的内容包括三部分:刀具材料应具备的性能、常用的刀具材料种类、不同刀具材料的基本性能分析。一起学习吧。

不懂刀具涂层,还做什么机加工

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刀具材料应具备的性能

刀具在工作时,要承受很大的压力和冲击力。同时,由于切削时产生的金属塑性变形以及在刀具、切屑、工件相互接触表面间产生的强烈摩擦,使刀具切削刃上产生很高的温度和受到很大的应力。因此,作为刀具材料应具备以下特性:

1. 高的硬度刀具材料必须具备高于被加工材料的硬度,一般刀具材料的常温硬度都在62HRC以上。

2. 高的耐磨性耐磨性是刀具抵抗磨损的能力。它是刀具材料力学性能、组织结构和化学性能的综合反映。

3. 足够的强度和韧度为能承受很大的压力,以及冲击和振动,刀具材料应具有足够的强度和韧度。一般强度用抗弯强度表示,韧度用冲击值表示。

4. 高的耐热性耐热性是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧度的性能。

5. 良好的热物理性能和耐热冲击性刀具材料抵抗热冲击的能力可用耐热冲击系数表示。

6. 良好的工艺性这里指的是锻造性能、热处理性能、高温塑性变形性能以及磨削加工性能等。

7. 经济性经济性是刀具材料的重要指标之一。

常用刀具材料的种类

1. 非合金工具钢(原碳素工具钢)

按照GB/T13104.1—2008《钢分类 第1部分:按化学成分分类》及GB/T1299—2014(模具钢),非合金工具钢属于非合金钢。按照GB/T11304.2—2008《钢分类第2部分:按主要质量等级和主要性能或使用特性的分类》,非合金工具钢属于特殊质量非合金钢。

非合金工具钢是高碳过共析、共析或亚共析钢。碳是非合金工具钢的主要强化元素。非合金工具钢通常按用途可分为刃具钢、模具钢、量具钢、耐磨的;按钢质可分为优质钢和高级优质钢。这类钢耐热性较差(200~250℃),经热处理后具有较高的硬度和耐磨性,但热硬性差、淬透性低。这类钢主要用于制造加工硬度和强度不太高的尺寸较小、小进给、低速的切削工具和手动工具,以及形状简单、精度要求较低的量具、模具等。

2. 合金工具钢

按照GB/T13304.1-2008《钢分类第1部分:按化学成分分类》,合金工具钢属于合金钢。按照GB/T13304.2-2008《钢分类第2部分:按主要质量等级和主要性能或使用特性的分类》,合金工具钢属于特殊质量合金钢。

合金工具钢为中、高碳合金钢,这类钢碳含量较高,并含有多种强化合金元素,如铬、钨、硅、锰、钒等。合金工具钢按用途可分为刃具钢、模具钢(冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢)、量具钢,一种钢通常兼有多种用途(热作模具钢除外)。这类钢具有较高的耐热性(300~400℃),较高的硬度,一定的韧性,良好的耐磨性、热硬性,一定的耐冲击性,以及良好的淬透性、组织稳定性,较小的热处理变形等性能。这类钢主要用于制造截面较大,要求热处理变形小,对耐磨性及韧度有一定要求的低速切削刀具,以及形状特殊且较复杂的量具、刃具、耐冲击工具和冷热作模具与一些特殊用途的工具。

以上两种钢材作为刀具材料的使用量都很少。

3. 高速工具钢

按照GB/T13304.1-2008《钢分类第1部分:按化学成分分类》。高速工具钢属于合金钢。按照GB/T13304.2-2008《钢分类第2部分:按主要质量等级和主要性能或使用特性分类》,高速工具钢属于特殊质量合金钢。

高速工具钢是高碳合金钢,主要合金元素有钨、铬、钼、钒等,含有大量的碳化物。这些碳化物使高速工具钢具有高的热硬性和耐磨性,高速工具钢在较高温度(不大于600℃)下能保持良好的切削性能,用于制造高效率切削刀具,如铣刀、铰刀、拉刀、插齿刀及钻头等,也用于铁冷模具、高温弹簧及高温轴承等,是应用较多的一种刀具材料。

4. 铸造钴基合金(斯太立特合金)

铸造钻基合金是一种w(C)=1%~3%和数量不等的钴、钨、铬、钒等成分组成的高钴基合金。这类材料具有高的耐热性(与高速工具钢相比)和抗弯强度(与硬质合金相比),同时具有良好的抗氧化性以及高温尺寸稳定性、高的热硬性和韧性,在各种介质中具有良好的抗腐蚀性,其常温性能虽不及高速工具钢,但是高温性能较高,故有较好的切削性能。此类合金在美国应用较多。

5. 硬质合金

硬质合金是一种主要由硬化相(难熔金属的碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等)和粘结剂相(钴、镍等)组成的粉末冶金产品。硬质合金具有硬度高、耐磨,强度和韧性较好,耐热、耐腐蚀等系列优良性能,特别是它的高硬度和耐磨性,即使在500℃的温度下也基本保持不变,在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金广泛用作刀具材料,如车刀、铣刀、创刀、钻头、镗刀等,用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、想要学习UG编程免费领取资料在群616857166可以帮助你石墨、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。硬质合金可分为碳化钨基与碳(氮)化钛基两大类,现在新型硬质合金刀具的切削速度等于非合金工具钢的数百倍,是目前应用较多的一种刀具材料。

6. 超硬刀具材料

超硬刀具材料有陶瓷、金刚石和立方氮化硼(CBN)等,其硬度、热硬性和耐磨性都很高。金刚石是目前已知的最硬的材料,立方氮化硼是硬度仅次于金刚石的材料,可用来加工高硬度的工件。

(1)陶瓷? 陶瓷刀具具有高的硬度、热硬性和耐磨性,在高速切削和干切削时,表现出优异的切削性能,是一类极具发展前途的刀具材料。刀具用陶瓷一般采用热压法,即将粉末状原料在高温高压下压制成饼状,然后切割成刀片。按化学成分,陶瓷刀具材料约可以分为氧化铝系、氮化硅系陶瓷两大类,目前发展的有复合氮化硅一氧化铝系,以及纳米增韧陶瓷刀具材料、陶瓷涂层刀具材料。纳米改性、纳米复合及超细晶粒陶瓷刀具材料的研究与开发将是今后陶瓷刀具材料发展的主要方向。

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(2)金刚石? 金刚石的化学稳定性较低,切削温度超过700~800℃时,其硬度就会急剧下降。另外,金刚石刀具不适合于加工钢铁材料,因为金刚石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为石墨结构,刀具极易损坏。

(3)立方氮化硼? 立方氮化硼是由软的六方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成的。它是20世纪70年代才发展起来的一种新型刀具。

立方氮化硼有很高的硬度及耐磨性,热稳定性很好,在1400℃的高温下仍能保持很高的硬度和耐磨性。另外,立方氮化硼的化学惰性很大,它与铁族金属直至1200~1300℃时也不易起化学作用,因此立方氮化硼刀具可用于加工淬硬钢和冷硬铸铁等。

不同刀具材料的基本性能分析

1. 硬度与耐磨性

硬度是刀具材料应具备的基本特性。切削金属所用刀具切削刃的硬度,一般都在60HRC以上。

淬火工具钢的硬度主要取决于含碳量。因此,工具钢的含碳量都比较高。工具钢热处理后的硬度可达60~65HRC(81.2~84HRA)。

硬质合金的主要成分是难熔金属碳化物,这些碳化物的硬度很高,因此,硬质合金的硬度可达89~94HRA。

陶瓷材料的主要成分是氧化铝,氧化铝的硬度很高,而且烧结时不需加粘结剂,因此陶瓷的硬度金刚石是人类已经发现的最硬的材料,其硬度可高达91~95HRA。

金刚石是人类已经发现的最硬的材料,其硬度可达10000HV、立方氮化硼硬度仅次于金刚石,硬度可达8000~9000HV。

耐磨性是刀具应具备的主要条件之一,它是决定刀具寿命的主要因素。材料的耐磨性是材料的硬度、强度、化学成分及组织结构的综合反应。

一般来说,刀具材料的硬度越高,耐磨性也越好。但情况也并不完全如此。例如各种工具钢的硬度基本相同,但耐磨性却相差很大,合金工具钢中的合金碳化物分布在马氏体基体上,比单一的马氏体组织具有更高的耐磨性。高速工具钢中含有质量分数为10%~20%的合金碳化物,其耐磨性比一般合金工具钢要高。常用硬质合金中含有更大量的(质量分数为85%~95%)合金碳化物,其耐磨性比高速工具钢还要高15~20倍。

2. 强度及韧度

现有刀具材料中,高速工具钢具有较高的强度和韧度,因此能用于重负荷条件下的加工。常用硬质合金的抗弯强度只有高速工具钢的1/3~1/2左右,冲击值则更低。陶瓷刀具的抗弯强度仅及高速工具钢的1/5左右,冲击值则低得多。

3. 耐热性

耐热性也是衡量刀具材料切削性能的主要标志。非合金工具钢的耐热性最低,能维持切削性能的最高温度仅为200~250℃。合金工具钢的耐热性较好,在300~400℃的温度下仍能保持较好的切削性能。高速工具钢是一种高合金工具钢,在500~600℃的高温下,切削性能仍比较好。铸造钴基合金在700-850℃时硬度仍无显著变化。

硬质合金的耐热性更高,一般在800~1000℃的高温下尚能进行切削。而陶瓷刀具在1200℃的高温下仍能保持很高的硬度。至于超硬刀具材料(如立方氮化硼),在1400℃时仍能保持很好的切削性能。

4. 导热性

刀具在切削时,有相当一部分热量需要由刀具传出。因此,刀具的导热性越好,从刀具传出的热量也就越多,有利于降低切削区的温度。

5. 工艺性能

刀具材料的工艺性能包括刀具材料的被切削性能、磨削性能、高温塑性变形性能、热处理性能和焊接性能等。

工具钢的工艺性能较好,不仅能进行切削加工和热处理,而且磨削加工和焊接性能均较好。

硬质合金的硬度高,很难进行切削加工。又由于其脆性较大,线膨胀系数与钢相差较大,焊接和磨削时容易产生裂纹。

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