机加工刀具选择依据:刀具与工件怎样匹配?

国际金属加工网 2018年03月09日

根据加工类型和工件材料选择使用刀具的材料,让刀具材料与工件材料相匹配,这是整个机械加工行业公认的常识。但是,到底这所谓的匹配要满足多少条件,恐怕就不是所有人都了解的了。下面,我们就来介绍一下,刀具材料与工件材料如何在力学性能、物理性能以及化学性能上实现匹配。

刀具材料与工件的力学性能匹配

力学性能主要设计的是刀具和工件的强度、韧性及硬度等参数。各种刀具材料按照抗弯强度由强到弱的顺序排列,依次为高速钢、硬质合金、陶瓷刀具、金刚石和立方氮化硼刀具;按照韧性从高到低顺序排列,依次为高速钢、硬质合金、立方氮化硼、金刚石和陶瓷刀具;按照硬度由高到低顺序排列,依次为金刚石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、硬质合金和高速钢。

力学性能存在差异,所以刀具才能适应各种不同工件材料的加工需求。刀具的硬度必须要高于它加工的工件硬度,因此高硬度的工件材料,必须用更高硬度的刀具才能进行加工。通常,刀具材料的硬度越高,其耐磨性也就越好,但是强度和韧性会受到影响。高硬度高耐磨性的刀具一般被安排用于粗加工,而硬度稍低的则一般被用于精加工。

另外,具有优良的高温力学性能的刀具是高速切削的绝佳之选,比如陶瓷刀具就具有上述优点,能够以很高的速度进行切削。其允许的切削速度可以比硬质合金刀具高2到10倍。

刀具材料与工件的物理性能匹配

这里所说的物理性能主要是指材料的导热性、熔点以及热膨胀率等参数。刀具的导热性应该跟工件形成互补,当加工导热性不好的工件时,一定要使用强导热性的刀具,这样才能将切削热及时地导出,维持刀具和工件的尺寸精度。

各种刀具材料按照耐热性由高到低的顺序排列,依次为立方氮化硼、陶瓷、碳化钛基硬质合金、WC基超细晶粒硬质合金、金刚石和HSS;按照导热性由高到低的顺序排列,依次为PCD、立方氮化硼、WC基硬质合金、碳化钛基硬质合金、HSS、Si3N4基陶瓷和A1203基陶瓷;按照热胀系数由大到小的顺序排列,依次为HSS、WC基硬质合金、碳化钛基硬质合金、A1203基陶瓷、PCBN、Si3N4基陶瓷和PCD;按照抗热震性由强到弱的顺序排列,依次为HSS、WC基硬质合金、Si3N4基陶瓷、立方氮化硼、PCD、碳化钛基硬质合金和A1203基陶瓷。

刀具材料与工件的化学性能匹配

化学性能包括刀具与工件是否具有化学亲和性,能够发生化学反应以及扩散和溶解等现象。如果发生了这些现象,说明刀具与材料不匹配。

各种刀具材料按照与钢的抗粘接温度由高到低的顺序排列,依次为立方氮化硼、陶瓷、硬质合金和HSS;按照抗氧化温度由高到低的顺序排列,依次为陶瓷、立方氮化硼、硬质合金、金刚石和HSS;按照对钢铁的扩散强度由大到小的顺序排列,依次为金刚石、Si3N4基陶瓷、立方氮化硼和A1203基陶瓷;按照对钛扩散强度由大到小的顺序排列,依次为A1203基陶瓷、立方氮化硼、SiC、Si3N4和金刚石。


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