高速切削加工中刀具材料的合理选择
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篇1：高速切削加工中刀具材料的合理选择(二)
高速切削加工刀具材料的选用：
一、铝合金：
1、易切削铝合金
该材料在航空航天工业应用较多，适用的刀具有K10、K20、PCD，切削速度在～4000m/min，进给量在3～12m/min，刀具前角为12°～18°，后角为10°～18°，刃倾角可达25°，
2、铸铝合金
铸铝合金根据其Si含量的不同，选用的刀具也不同，对Si含量小于12%的铸铝合金可采用K10、Si3N4刀具，当Si含量大于12%时，可采用 PKD(人造金刚石)、PCD(聚晶金刚石)及CVD金刚石涂层刀具。对于Si含量达16%～18%的过硅铝合金，最好采用PCD或CVD金刚石涂层刀具，其切削速度可在1100m/min，进给量为0.125mm/r。
二、铸铁：
对铸件，切削速度大于350m/min时，称为高速加工，切削速度对刀具的选用有较大影响。当切削速度低于750m/min时，可选用涂层硬质合金、金属陶瓷;切削速度在510～2000m/min时，可选用Si3N4陶瓷刀具;切削速度在2000～4500m/min时，可使用CBN刀具。
铸件的金相组织对高速切削刀具的选用有一定影响，加工以珠光体为主的铸件在切削速度大于500m/min时，可使用CBN或Si3N4，当以铁素体为主时，由于扩散磨损的原因，使刀具磨损严重，不宜使用CBN，而应采用陶瓷刀具。如粘结相为金属Co，晶粒尺寸平均为3μm，CBN含量大于 90%～95%的BZN6000在V=700m/min时，宜加工高铁素体含量的灰铸铁。粘结相为陶瓷(AlN+AlB2)、晶粒尺寸平均为10μm、 CBN含量为90%～95%的Amborite刀片，在加工高珠光体含量的灰铸铁时，在切削速度小于1100m/min时，随切削速度的增加，刀具寿命也增加。
普通钢
切削速度对钢的表面质量有较大的影响，根据德国Darmstadt大学PTW所的研究，其最佳切削速度为500～800m/min。
目前，涂层硬质合金、金属陶瓷、非金属陶瓷、CBN刀具均可作为高速切削钢件的刀具材料。其中涂层硬质合金可用切削液。用PVD涂层方法生产的 TiN涂层刀具其耐磨性能比用CVD涂层法生产的涂层刀具要好，因为前者可很好地保持刃口形状，使加工零件获得较高的精度和表面质量。
金属陶瓷刀具占日本刀具市场的30%，以TiC-Ni-Mo为基体的金属陶瓷化学稳定性好，但抗弯强度及导热性差，适于切削速度在 400～800m/min的小进给量、小切深的精加工;Carboly公司用TiCN作为基体、结合剂中少钼多钨的金属陶瓷将强度和耐磨两者结合起来，Kyocera公司用TiN来增加金属陶瓷的韧性，其加工钢或铸铁的切深可达2～3mm，
CBN可用于铣削含有微量或不含铁素体组织的轴承钢或淬硬钢。
三、高硬度钢：
高硬度钢(HRC40～70)的高速切削刀具可用金属陶瓷、陶瓷、TiC涂层硬质合金、PCBN等。
金属陶瓷可用基本成分为TiC添加TiN的金属陶瓷，其硬度和断裂韧性与硬质合金大致相当，而导热系数不到硬质合金的1/10，并具有优异的耐氧化性、抗粘结性和耐磨性。另外其高温下机械性能好，与钢的亲和力小，适合于中高速(在200m/min左右)的模具钢SKD加工。金属陶瓷尤其适合于切槽加工。
采用陶瓷刀具可切削硬度达HRC63的工件材料，如进行工件淬火后再切削，实现“以切代磨”。切削淬火硬度达HRC48～58的45钢时，切削速度可取150～180m/min，进给量在0.3～0.4min/r，切深可取2～4mm。粒度在1μm，TiC含量在20%～30%的Al2O3-TiC 陶瓷刀具，在切削速度为100m/min左右时，可用于加工具有较高抗剥落性能的高硬度钢。
当切削速度高于1000m/min时，PCBN是最佳刀具材料，CBN含量大于90%的PCBN刀具适合加工淬硬工具钢(如HRC55的H13工具钢)。
四、高温镍基合金：
Inconel718镍基合金是典型的难加工材料，具有较高的高温强度、动态剪切强度，热扩散系数较小，切削时易产生加工硬化，这将导致刀具切削区温度高、磨损速度加快。高速切削该合金时，主要使用陶瓷和CBN刀具。
碳化硅晶须增强氧化铝陶瓷在100～300m/min时可获得较长的刀具寿命，切削速度高于500m/min时，添加TiC氧化铝陶瓷刀具磨损较小，而在100～300m/min时其缺口磨损较大。氮化硅陶瓷(Si3N4)也可用于Inconel718合金的加工。
加拿大学者M.A.Elbestawi认为，SiC晶须增强陶瓷加工Inconel718的最佳切削条件为：切削速度700m/min，切深为1～2mm，进给量为0.1～0.18mm/z。
氮氧化硅铝(Sialon)陶瓷韧性很高，适合于切削过固溶处理的Inconel718(HRC45)合金，Al2O3-SiC晶须增强陶瓷适合于加工硬度低的镍基合金。
五、钛合金：(Ti6Al6V2Sn)
钛合金强度、冲击韧性大，硬度稍低于Inconel718，但其加工硬化非常严重，故在切削加工时出现温度高、刀具磨损严重的现象。日本学者 T.Kitagawa等经过大量实验得出，用直径?10mm的硬质合金K10两刃螺旋铣刀(螺旋角为30°)高速铣削钛合金，可达到满意的刀具寿命，切削速度可高达628m/min，每齿进给量可取0.06～0.12mm/z，连续高速车削钛合金的切削速度不宜超过200m/min。
六、复合材料：
航天用的先进复合材料(如Kevlar和石墨类复合材料)，以往用硬质合金和PCD，硬质合金的切削速度受到限制，而在900℃以上高温下PCD刀片与硬质合金或高速钢刀体焊接处熔化，用陶瓷刀具则可实现300m/min左右的高速切削。
篇2：高速切削加工中刀具材料的合理选择(一)
高速切削加工技术是近几十年来发展迅猛的一项先进制造技术，已经成为国内外研究的热点之一，刀具材料影响着高速切削加工技术的广泛应用。刀具材料经历了高速钢一硬质合金一陶瓷一超硬材料等不断发展的过程，切削速度和加工效率得以不断提高。本文分析了在高速切削加工中常用的刀具材料，并针对常用的被加工材料阐述了高速切削刀具材料的选择方法。
1高速切削对刀具材料的要求
由于高速切削加工的切削速度是常规切削的5～10倍，因此对刀具材料以及刀具结构、几何参数等都提出了新的更高的要求。刀具材料的选择对加工效率、加工质量、加工成本和刀具寿命等都有着重要的影响。高速切削加工除了要求刀具材料具备普通刀具材料的一些基本性能之外，还对刀具材料有更高的要求，主要包括：①高的硬度和耐磨性：高速切削加工刀具材料的硬度必须高于普通加工刀具材料的硬度，一般在60HRC以上。刀具材料的硬度愈高，其耐磨性愈好。②高的强度和韧性：刀具材料要有很高的强度和韧性，以便承受切削力、振动和冲击，防止刀具脆性断裂。③良好的热稳定性和热硬性：刀具材料要有很好的耐热性，要能承受高温，具备良好的抗氧化能力。④良好的高温力学性能：刀具材料要有很高的高温强度、高温硬度和高温韧性。⑤较小的化学亲和力：刀具材料与工件材料的化学亲和力要较小。
目前适用于高速切削的刀具主要有：涂层刀具、陶瓷刀具、金属陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)刀具、聚晶金刚石(PCD)刀具以及性能优异的高速钢和硬质合金刀具等。
2高速切削常用的刀具材料
2.1涂层刀具
涂层刀具是在韧性较好的刀体上，涂覆一层或多层耐磨性好的难熔化合物，使刀具既有较高的韧性又有很高的硬度和耐磨性，涂层刀具的寿命比未涂层的刀具要高2—5倍。涂层刀具可分为两大类：一类是“硬”涂层刀具如TiC、TLN、Al2O3涂层刀具，硬涂层刀具的主要优点是硬度高、耐磨性能好。另一类是 “软”涂层刀具，这种涂层刀具也称为自润滑刀具，其表面摩擦因数低可以减少摩擦，降低切削力和切削温度，软涂层刀具的涂层材料主要有MoS2和WS2。应用较广泛的涂层工艺有化学气相沉积法和物理气相沉积法。涂层硬质合金一般采用化学气相沉积法(CVD)，沉积温度在100℃左右。涂层高速钢刀具一般采用物理气相沉积法(PVD)，沉积温度在500℃左右。
2.2陶瓷刀具
陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能和良好的高温力学性能，与金属的亲合力小，不易与金属产生粘结，并且化学稳定性好，
因此，陶瓷刀具可以加工传统刀具难以加工或根本不能加工的超硬材料，实现以车代磨，从而可以免除退火，简化工艺，大幅度地节省工时和电力;陶瓷刀具的最佳切削速度可以比硬质合金刀具高 3-10倍，而且刀具寿命长，可减少换刀次数，从而大大提高切削加工生产效率。近年来，由于控制了原料的纯度和晶粒尺寸，添加了各种碳化物、氮化物、硼化物、氧化物和晶须等，采用多种增韧机制进行增韧补强，使得陶瓷刀具材料的抗弯强度、断裂韧性和抗冲击性能都大幅度提高，应用范围日益广泛，可以用于高速切削、干切削和硬切削，切削效率大大提高。
2.3金属陶瓷刀具
金属陶瓷有较高室温硬度、高温硬度及良好的耐磨性、抗氧化能力强和化学稳定性好。金属陶瓷材料主要包括高耐磨性TiC基硬质合金(Tic Ni或No)、高韧性TiC基硬质合金(TiC TaC wc)、强韧TiN基硬质合金(以TiN为主体)、高强韧性TiCN基硬质合金(TicN NbC)等。金属陶瓷刀具可在300—500m/min的切削速度范围内高速加工钢和合金钢，精加工铸铁。此外金属陶瓷还可制成钻头、铣刀和滚刀。
2.4立方氮化硼(CBN)刀具
立方氮化硼具有超硬特性、高热稳定性和高化学稳定性。立方氮化硼刀具是高速精加工或半精加工淬硬钢、冷硬铸铁和高温合金等的理想刀具材料。
2.5金刚石刀具
金刚石刀具有两种：天然金刚石刀具和人造金刚石刀具。天然金刚石的价格昂贵，目前已经被人造金刚石所代替。人造聚晶金刚石(PCD)是以石墨为原料，加入催化剂经高温高压烧结而成。在烧结过程中由于添加剂的加入，使金刚石晶体间形成以TiC、SiC、Fe、Co和Ni等为主要成分的结合桥，金刚石以共价键的结合形式牢固地嵌于结合桥构成坚固的骨架中，使PCD的强度和韧性都有了很大提高。
由于PCD结合桥具有导电性使得PCD便于切割成形，且成本低于天然金刚石PCD刀片可分为整体聚晶金刚石刀片和聚晶金刚石复合刀片。
2.6性能优异的高速钢和硬质合金复杂刀具
高性能钴高速钢、粉末冶金高速钢和整体硬质合金材料已成为制造滚刀、剃齿刀、插齿刀等齿轮刀具的主流刀具材料，可用于齿轮的高速切削。用硬质合金粉末和高速钢粉末配制成的新型粉末冶金材料制成的齿轮滚刀，滚切速度可达到150—180m/min。再对其进行TiAIN涂层处理后，可用于高速干切齿轮。
篇3：数控铣加工中的刀具和切削用量合理选择浅析
数控铣加工中的刀具和切削用量合理选择浅析
在借助CAM软件进行数控缟程的过程中,刀具的'选择和切削用量的确定是十分重要的,它不仅时被加工零件的质量影响巨大,甚至可以决定着机床功效的发挥和安全生产的顺利进行.所以,在编制加工程序时,选择合理的刀具和切削用量,是编制高质量加工程序的前提.
作 者：苗德忠 作者单位：渤海船舶职业学院 刊 名：科技信息 英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 年，卷(期)：2009 “”(12) 分类号：G64 关键词：刀具 种类 要求 选择 切削用量【高速切削加工中刀具材料的合理选择】相关文章：
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