超硬刀具材料的选用与使用(精)
机加工中刀具使用和发展情况论文
机加工中刀具的使用和发展情况摘要：随着材料工业及精密机械工业的发展，精密切削、超精密切削和难切削材料使用的增多，超硬刀具材料的应用日益广泛。
本文通过分析超硬刀具材料的发展状况，对主要品种的应用进行探讨。
关键词：超硬刀具刀具材料金刚石一、超硬刀具材料发展概况超硬刀具材料是指天然金刚石及硬度、性能与之相近的人造金刚石和cbn(立方氮化硼)。
由于天然金刚石价格比较昂贵，所以生产上大多采用人造聚晶金刚石(pcd)、聚晶立方氮化硼(pcbn)以及它们的复合材料。
早在20世纪50年代，美国就利用人造金刚石微粉和cbn微粉在高温、高压、触媒和结合剂的作用下烧结成尺寸较大的聚晶块作为刀具材料。
之后，南非戴比尔斯(debeem)公司、前苏联和日本也相继研制成功。
20世纪70年代初又推出了金刚石或cbn和硬质合金的复合片，它们是在硬质合金基体上烧结或压制一层0.5mm～1mm 的pcd或pcbn而成，从而解决了超硬刀具材料抗弯强度低、镶焊困难等问题，使超硬刀具的应用进入实用阶段。
我国超硬刀具材料的研究与应用开始于上个世纪70年代，并于1970年在贵阳建造了我国第一座超硬材料及制品的专业生产厂第六砂轮厂，从1970—1990年整整20年中，超硬材料年产量从仅46万克拉增至3500万克拉。
上个世纪90年代前后，不少超硬材料生产专业厂从国外引进成套的超硬材料合成设备及技术，使产量得以迅速提高，至1997年，我国人造金刚石年产量就已达到5亿克拉左右，cbn年产量达800万克拉，跃居世界超硬材料生产大国之首。
金刚石具有极高的硬度和耐磨性，其显微硬度可达10000hv，是刀具材料中最硬的材料。
同时它的摩擦系数小，与非铁金属无亲和力，切屑易流出，热导率高，切削时不易产生积屑瘤，加工表面质量好，能有效地加工非铁金属材料和非金属材料，如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、末烧结的硬质合金、各种纤维和颗粒加强的复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨的木材(尤其是实心木和胶合板等复合材料)。
数控刀具材料及选用
数控刀具材料及选用，再也不用盲目选刀加工设备与高性能的数控刀具相配合，才能充分发挥其应有的效能，取得良好的经济效益。
随着刀具材料迅速发展，各种新型刀具材料，其物理、力学性能和切削加工性能都有了很大的提高，应用范围也不断扩大。
一. 刀具材料应具备基本性能刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。
刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用。
因此，刀具材料应具备如下一些基本性能：(1) 硬度和耐磨性。
刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，一般要求在60HRC以上。
刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。
(2) 强度和韧性。
刀具材料应具备较高的强度和韧性，以便承受切削力、冲击和振动,防止刀具脆性断裂和崩刃。
(3) 耐热性。
刀具材料的耐热性要好，能承受高的切削温度，具备良好的抗氧化能力。
(4) 工艺性能和经济性。
刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能；磨削加工性能等，而且要追求高的性能价格比。
二.刀具材料的种类、性能、特点、应用1．金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用金刚石是碳的同素异构体，它是自然界已经发现的最硬的一种材料。
金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能，在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。
尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。
可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。
⑴金刚石刀具的种类①天然金刚石刀具：天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了，天然单晶金刚石刀具经过精细研磨，刃口能磨得极其锋利，刃口半径可达0.002靘，能实现超薄切削，可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度，是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。
②PCD金刚石刀具：天然金刚石价格昂贵，金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶金刚石(PCD)，自20世纪70年代初，采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石(Polycrystauinediamond，简称PCD刀片研制成功以后，在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石所代替。
金刚石刀具知识点
⾦刚⽯⼑具知识点⼑具基础知识⼀、⼑具材料应具备的性能；A，⾼的硬度和⾼耐磨性1.硬度是⼑具材料应具备的基本特性2.耐磨性是指材料抵抗磨损的能⼒。
B，⾜够的强度和韧性1.强度是⼑具材料抵抗破坏的能⼒2，韧性是指材料发⽣断裂时外界做功的⼤⼩。
3.⾼的耐热性和热传性4.良好的⼯艺性和经济性1）切削性能⽬前⼑具材料分四⼤类：⼯具钢、硬质合⾦、陶瓷及超硬⼑具材料等。
常⽤的⼑具材料⼀、⼯具钢1. 碳素⼯具钢碳素⼯具钢是含碳量为0.65％～1.3％的优质碳素钢。
常⽤的钢号有T7A、T8A等。
耐热温度：200℃～300℃。
2. 合⾦⼯具钢1868年，英国的穆舍特制成含钨的合⾦⼯具钢。
在碳素⼯具钢中加⼊适当的元素铬（Cr）、硅常⽤的合⾦⼯具钢有9CrSi，CrWMn等（Si）、锰（Mn）、钒（V）、钨（W）等炼成的。
耐热温度：325℃～400℃。
主要⽤于制造细长的或截⾯积⼤、刃形复杂的⼑具。
⼆，⾼速钢⾼速钢是⼀种富含钨（W）、铬（Cr）、钼（Mo）、钒（V）等元素的⾼合⾦⼯具钢。
美国的F.W.泰勒和M.怀特于1898年创制的。
含碳量⼀般在0.70～1.65％之间。
耐热温度：500℃～650℃。
⾼速钢的抗弯强度是硬质合⾦的3～5倍，冲击韧性是硬质合⾦的6～10倍1.普通⾼速钢（HSS）2.钨系⾼速钢：W18Cr4V (W18)3.具有较好的综合性能，可制造复杂刃型的⼑具。
但由于钨是稀有⾦属，现在很少使⽤。
4.钨钼系⾼速钢：W6Mo5Cr4V2 (M2)5.M2的碳化物颗粒⼩，分布均匀，具有较⾼的抗弯强度、塑性、韧性和耐磨性。
⼜因为钼的存在，使其热塑性⾮常好。
2. ⾼性能⾼速钢（HSS-E）⾼性能⾼速钢是在普通⾼速钢中增加⼀些碳、钒及添加钴（Co）、铝等元素的新钢种。
钴⾼速钢：W2Mo9Cr4VCo8 (M42)⼀种含钴的超硬⾼速钢，常温硬度67HRC-69HRC，具有良好的综合性能。
铝⾼速钢：W6Mo5Cr4V2Al在M2的基础上加Al、增C，提⾼了钢的耐热性和耐磨性。
超硬材料刀具的研究和应用
ｓ ｐ ｒ ａ ｄ ｃ ｔ ｎ ｏ ｌｃ ｎ ｅ ｏ ｏ ｚ ｏ ｒｃ ｏ ｓ ｍｅａ ａ ｍａ ｅ ａ ，Ａ ｄ ｉ ｉ ｐ ｎ ｉ ９ ｉ ｓ ａ ｅ ｎ ｅ ａ ｂ ｄ ｕｔ ｇ ｕ ｅ ｈ ｕ ｔ ｇｔ ｏ ａ ｃ ｎ ｍｉｅ ｓ ｍｅｐ ｅ ｉｕ ｔｌｒｗ ｔｒ ｌ ｎ ｔ ｌ ｅ ｓ ａ ０ ｔ ｒ ｉ ｉ ｓ ｆ ｓ ｍｅ ｓｃ ｍｅ ｔ ｄ ｃ ｒ ｉ ｅ ｃ ｔ ｎ ｉ
ｍａｅ ａｓｉ ｕ ｏ ｎ ｒ ． Ｉ ａ ｓ ｔ ｔｓ ｔ ｅ ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｇ，ｕ ｅ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｄ ｓ ｃ ｓ ｅ ｔ ａ ｔｅ ｇｈ ｎ ｎ ｈ ｔ ｄ ． ｔｒ ｌ ｎ ｏ ｒｃ ｕ ｔ ｉ ｙ ｔｌ ｏ ｓａｅ ｈ ｎ ｆ ｃｕ ｎ ｉ ｓ ，ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｕ ｈ ａ ｐ ｃｓ ｓｓｒ ｎ ｔｅ ｉｇ ｔ ｅ ｓｕ ｙ ｎ ａ Ｋ ｅ ｗｏ ｄ ｓ ｐ ｒ ａ ｄ ｍａ ｅ ａ ；ｓ ｐ ｒ ａ ｄ ｃ ｔ ｎ ｏ ｌ ｉｍｏ ｄ；ｈｇ ｐ ｅ ｕ ｔ ｇ ｙ ｒｓ ｕ ｅ ｈ ｒ ｔ ｒ ｌ ｕ ｅ ｈ ｒ ｕ ｔ ｇ ｔｏ ；ｄ ａ ｎ ｉ ｉ ｉｈ ｓ ｅ ｄ ｃ ｔ ｎ ；ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｇ ｐ ｌｃ ｔ ｎ ｉ ｎ ｆ ｃｕ ｎ ；ａ ｐ ｉａ ｉ ｉ ｏ
Ｏቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ引言
近年来 ， 超硬材料在品种 、 质量方面 向高品级单晶方向发展。
模具数控加工的刀具选购与使用管理指导
模具数控加工的刀具选购与使用管理指导一、目的：为规范公司的刀具管理和使用，控制刀具耗用成本，提高刀具的使用寿命，减少刀具不合理使用导致加工精度或工件异常问题，提高工作效率，特制定本指导书。
二、适用范围：适用于公司各加工工序使用刀具的管理及采购刀具、刀具仓储管理。
包括：刀具供应商开发、刀具选择、计划、采购、入库保管、领出、使用、车间刀具管理及退库的整个过程。
三、刀具述语与品牌简述：1.刀具定义：广义的刀具包括以下几种：●CNC铣削刀具：包括通用立铣刀（分平底立铣刀、圆鼻立铣刀、球头立铣刀）、非标立铣刀、刀盘、刀粒、刀片、刀头、刀杆等。
●车床刀具：车刀杆、车刀片、装夹卡盘等；●钻床刀具：钻头（分钨钢、高速钢、含钴高速钢、粉末冶金含钴高速钢四种）、枪钻、钻咀、铰刀（分钨钢、高速钢、含钴高速钢三种）等。
●攻丝螺纹刀具：丝攻丝锥（镍基高温合金及钛合金专用丝锥）、螺纹锥等。
●夹具、热装夹头：夹头、刀柄、热胀刀柄、刀把、弹簧筒夹、BIG刀具装夹工具等。
可以根椐不同的加工工件尺寸和工艺方法，按需要组合成铣、钻、镗、铰、攻丝等各类工具进行切削加工。
2.刀具寿命：从开始加工到刀尖报废整个过程中，刀尖切削工件的时间或切削过程中在工件表面实际的长度。
刀尖加工时间为每个刀具公司计算刀具寿命的主要考核指标。
刀具质量、正确选择、合理使用、优化编程、正确操作等因素，对工件加工精度的控制至关重要的，也关系到了刀具的使用寿命，所以，在使用刀具时，了解程式和零件的加工要求，根据加工中心机床的特点，根据工件材料的特性，正确安排加工工艺、优化编程参数（主轴转速、进给量、进给速度、切削速度等）、正确选用刀具夹具、合理使用刀具，发挥刀具最大效果，制造出高精密的零件，降低刀具使用成本；CNC工序的刀具使用量大，故CNC组长是刀具的使用与管理的主要责任人。
3.刀具成本与加工成本的关系：刀具成本：是指在生产过程中，每年采购所有刀具工具的费用，是生产成本的一部分。
浅析超硬材料刀具在机械加工中的应用
是 目前 世界上刀具材料 中最硬的～种 。 此外 ， 它摩擦系数小 ， 与 缸盖 的 Ｐ Ｄ面铣 刀切削速度 己达到 了 ４０ １ ｒｍ， 进给速 Ｃ ２ ａ 其 ｍ／ 非铁金属基 本没 有亲和 力 ， 具有 切屑 易流 出的优 良特性 ， 而且 度为 ５６ ０ｍ ｍｉ， ７ ｍ／ ｎ 这种效率是我 国 ２ Ｏ世纪 ９ Ｏ年代初期 引进 热 导率高 ， ｎ － ３ ｑ 表面质 量好 ， 能有 效地加 工非 金属材 料和 非铁 外 国设备 的 ２倍 。精加工 灰铸铁缸体 的 Ｃ Ｎ面铣 刀铣削速度 Ｂ 金 属 材 料 ， 陶 瓷 ／ ／ 等 有 色 金 属 及 其 合 金 、 料 、 烧 结 的 也 达 到 了 ２０ ０ｍ／ ｎ 其 效 率 是 硬 质 合 金 面 铣 刀 的 １ 之 如 铝 铜 塑 未 ０ ｍｉ， ０倍 硬 质合金 、 石墨、 各种 纤维和颗 粒加 强 的复合材 料 、 玻璃 、 胶 多 。在 玻 璃 深 加 工 中 ， 削 玻 璃 的 Ｐ Ｄ 螺 旋 内排 液 面 铣 刀应 用 橡 铣 Ｃ 和 各 种 耐 磨 的木 材 。其 缺 点 是 热 稳 定 性 低 与 韧 性 差 ，到 ７０ ０ 最为广泛 。
应 比如对于 ７ Ｈ Ｃ硬度 的 ０Ｒ 大 的聚 晶块， 为加 工硬 质刀具 的材料 。到了 ２ 作 ０世纪 ７ ０年代 ， 硬 度工件 的切 削 ， 该取较低 的速 度 ， 切 ０ Ｏ ｍ／ ｎ 科 学 家 又 制 造 出 了硬 质 合 金 与 金 刚 石 或 Ｃ Ｎ 的 复 合 片 ，这 种 工 件 ， 削 速 度 最好 选 择 ６ ～８ ｍｉ。 Ｂ
我 国在这方面 的研 究最早 开始于 ２ ０世纪 ７ ０年代 ，不过 ，
初 期 阶 段 我 国 的技 术 与 设 备 都 处 于 十 分 落 后 的状 态 。直 到 ２ 的应用十分常 见。一般对于含硅量 低于 １％的铝合金 ， ０ ０ 选用硬 ０ 则 世 纪 ９ 代 ， 我 国很 多 超 硬 材 料 的 生 产 商 从 国 外 引 进 了 一 批 质 合 金 制 成 的 刀具 即 可 。如 果 含 硅 量 高 于 １％的 话 ， 需 要 选 ０年
超硬刀具种类有哪些及特点【详细版】
随着现代工程材料加工在硬度方面的要求越来越高，刀具的硬度也越来越高了，更多的超硬刀具应用而生。
超硬刀具主要应用于切削种淬硬钢，包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、轴承钢、模具钢等，或切削各种铁基、镍基、钴基和其他热喷涂(焊)零件。
不过，切割不同的材料会有不同的超硬刀具，所以了解清楚超硬刀具的分类是非常重要的。
(1) PCD金属切削刀具刀具种类：以车刀为例，其它还有铣刀，铰刀，镗刀。
结构形式：此类刀具从结构上主要可分为焊接式PCD刀具和可转位式PCD刀具。
式PCD刀具同普通硬质合金焊接刀具结构形式是一样的。
不同的是刃口材质不一样，几何参数不一样，加工对象不一样。
可转位式PCD刀片是在硬质合金可转位刀片上焊接一小块PCD刀坯再经刃磨而成，可装夹在与之对应的高精度刀杆上，进行高效，大批量加工。
随着数控机床、自动生产线的普及，可转位式PCD刀片的使用将越来越广泛，在一定条件下，其刀具耐用度较硬质合金刀具可提高几十倍至几百倍。
刀具几何参数：金刚石切削工具的几何参数一般其前角为0°-5°，后角为5°～12°，其端部有两种，一是圆弧，另一为直线，后者有时称为修光刃，其长度根据被加工材料来选择。
圆弧车刀在切削过程中的调整比较简单，而平刃的调整相对而言是很费时的。
如果应用在高精度的曲面加工中，圆弧的刃磨要求就很严格，它精度的优劣会复印在曲面上。
典型应用有色金属的高速、高稳定性、低粗糙度加工及镜面加工采用PCD刀具加工有色金属时，由于金刚石硬度高，表面与金属亲合力小，因此加工尺寸稳定性及表面质量都很好，刀具寿命也较长。
(2) PCD木工刀具PCD木工刀具目前最主要的用途就是加工强化木地板。
在加工强化木地板Al2O3耐磨层时，切削速度可达3,000m/min, ，进给量可达每分钟20米，且加工时噪音小，PCD刀具耐用度是硬质合金刀具的200倍以上，已完全取代硬质合金刀具。
其它PCD木工刀具主要有PCD 锯片和PCD家具成形铣刀等。
加工高硬度钢件时如何选择刀具
加工高硬度钢件时如何选择刀具所谓的高硬度钢就是硬度高脆性大的钢件，主要包括高硬度铸钢，锻钢，淬火钢等，广泛应用于汽车、重工机械，工程机械，冶金机械，矿山机械等领域，如铸铁轧辊，齿轮，轴承，高速钢轧辊，滚珠丝杠等零部件。
随着机械制造业的不断发展，越来越多的高硬度钢件出现在加工现场，由于硬度高，脆性大，特别是在加工淬硬钢时遇到断续切削、铸钢遇到铸造缺陷时一直找不到好的刀具材料加工高硬度钢，直到华菱超硬推出BN-S20等多种非金属粘合剂立方氮化硼刀具牌号，使加工高硬度钢不再是难题。
一、加工高硬度钢之铸钢的刀具材料及切削参数铸钢是经过铸造成型的钢件，广泛应用于矿山机械，工程机械，电力机械等行业，典型零部件有轧辊，破碎机轧臼壁等。
对于此类铸钢件尤其是大型铸钢件，常出现夹砂、气孔、硬质点等铸造缺陷，在加工高硬度铸钢件选择的刀具材料很重要，只有选择正确的刀具材料才能更好的提高加工效率，降低加工成本。
刚开始加工铸钢件机械制造商常选择硬质合金刀具YG类、YW类，但在加工过程中由于硬质合金刀具红硬性低，出现不耐磨现象，如单件加工铸钢件时选择硬质合金刀具较经济，对于大型铸钢件或者大批量加工铸钢件，建议选择华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S20牌号，此牌号是主要针对高硬度钢研发的非金属粘合剂立方氮化硼刀具，采用非金属(陶瓷)作为粘合剂，增加了刀片的韧性，吃刀深度可达到7.5mm以上，粗、精加工均可，主要适用于大批量生产和大型铸钢件的切削加工。
下表为华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S20牌号加工高硬度钢件的切削参数的案例。
加工零件：高速钢轧辊；硬度:HSD90；刀具牌号：BN-S20牌号；切削参数：Fr=0.2mm/r，Vc=50m/min。
加工效果：与硬质合金刀具相比：在华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S20牌号的加工节拍是硬质合金刀片的1/6的基础上，单刃寿命是硬质合金刀具的8倍还要多。
二、加工高硬度淬火钢件的刀具牌号及切削参数高硬度淬火钢是经过热处理之后高硬度钢件，一般硬度在HRC45以上，选择刀具材料或刀具牌号时，在硬度低于HRC50以下和小吃刀深度小进给的情况下，陶瓷刀片是较好的选择，尽量避免断续切削和粗加工；工件硬度高于HRC50以上，选择立方氮化硼刀具较好，尤其是华菱超硬立方氮化硼刀具BN-S20牌号更适合粗加工和断续切削。
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Produced by Мiss Хiè
涂层刀具材料
2、PVD高性能涂层 这类涂层适合于各种材料的刀具，主要用于立铣刀、钻头、阶 梯钻、油孔钻、铰刀、丝锥、可转位铣刀片、异形刀具、焊接 刀具等的涂层处理，适合半精加工、精加工等。 3、表面优化涂层 表面优化涂层适合高速精加工的技术要求。
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超硬刀具材料的选用与使用
超硬刀具材料的选用与使用
2 1 3 2 2 2 2 5 3 3
陶瓷材料
涂层刀具材料
加工步骤 百分表 立方氮化硼
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涂层刀具材料
涂层刀具是在韧性较好的刀具上涂覆一层或多层耐磨性好 的TiN、TiCN、TiAlN和Al3O2等，涂层的厚度为2～18μm，能 有效地改善切削过程的摩擦和粘附作用，降低切削热的生成。 在机械制造方面主要使用以下 几种涂层材料： 1、MT-CVD涂层 主要用于硬质合金可转位车削 类刀片的涂层，涂层刀片适合 于高速、高温、大负荷、干式 切削条件下使用。
陶瓷材料
陶瓷刀具具有高硬度(HRA91～95)、高强度(抗 弯强度为750～1000MPa)，耐磨性好，化学稳定性 好，抗粘结性能良好，摩擦系数低且价格低廉，具有 很高的高温硬度，1200°C时硬度达到HRA80等优点。
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立方氮化硼
立方氮化硼的硬度和耐磨性仅次于金刚石，有极好 的高温硬度，与陶瓷相比，其耐热性和化学稳定性稍差， 但冲击强度和抗破碎性能较好。它广泛适用于淬硬钢 (HRC≥50)、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。