車刀的使用壽命和生產(chǎn)效率取決于車刀材料的切削性能。車刀由刀頭和刀桿兩部分組成,刀桿一般是用碳素結(jié)構(gòu)鋼制成。由于刀頭擔(dān)任切削工作,因此刀頭材料必須具有下列基本性能:
1)冷硬性,車刀在常溫時具有較高的硬度,即車刀的耐磨性。
2)紅硬性,車刀在高溫下保持切削所需的硬度,該溫度的最高值稱為"紅熱硬度"。
3)韌性,車刀切削部分承受震動和沖擊負(fù)荷所具有的強(qiáng)度和硬度。
車刀材料的以上三種性能是相互聯(lián)系、相互制約的,在具體選用時,要根據(jù)工件材料的性能和切削要求分析選用,同時還要結(jié)合車刀材料在價格、工藝性能方面加以考慮,以便于以較低的成本加工、刃磨和焊接制造車刀。
目前用來作車刀切削部分的材料主要有高速鋼、硬質(zhì)合金和非金屬材料,碳素工具鋼、合金工具鋼多用作鉆頭、絲錐等工具,用作車刀的較少。現(xiàn)分別介紹作車刀刀頭的兩種主要材料:高速鋼及硬質(zhì)合金。
一、高速鋼
高速鋼是一種含鎢、鉻、釩較多的合金鋼,又名鋒鋼、風(fēng)鋼或白鋼。常用的有Wl8Cr4V及W9Cr4V2兩種牌號。其中用得最多的是Wl8Cr4V高速鋼。
高速鋼材料分為帶黑皮的高速鋼和表面磨光的高速鋼兩種。前者是未經(jīng)熱處理的高速鋼,后者是經(jīng)熱處理的高速鋼。高速鋼硬度較高,具有一定的紅熱硬性,韌性和加工性能均較好。高速鋼車刀制造簡單,刃磨方便,容易磨得鋒利。由于高速鋼韌性好,常用于加工一些沖擊性較大、形狀不規(guī)則的零件,它也常用于制作精車刀,但因紅硬性不如硬質(zhì)合金,故不宜用于高速切削。
二、硬質(zhì)合金
硬質(zhì)合金是由難熔材料的碳化鎢、碳化鐵和鈷的粉末在高壓下成形,經(jīng)l350~1560"(2高溫?zé)Y(jié)而成的材料,具有極高的硬度,僅次于陶瓷和金剛石。硬質(zhì)合金的紅硬性很好,在1000℃左右仍能保持良好切削性能;具有較高的使用強(qiáng)度,其抗彎強(qiáng)度可高達(dá)1000--1700MPa,但脆性大、韌性差、怕震,以上這些缺點可通過刃磨合理的角度加以克服,因此,硬質(zhì)合金現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用。
常用的硬質(zhì)合金可根據(jù)其制造的合金元素不同,分為以下四類:
1.鎢鈷合金
由碳化鎢和鈷組成,常溫時的硬度為HRA87~92,紅硬性為800--900,代號為YG,常用牌號為YG3、YG3X、YG6、YG6X、YG8、YGll等。其中YG3X及YG6X屬于細(xì)顆粒碳化鎢合金。YA6則是我國試制成功的一種含有少量碳化鈷的細(xì)顆粒硬質(zhì)合金。
鎢鈷合金冷硬性很高,韌性也較好,宜用于加工脆性材料,如金屬蝕口鑄鐵,也可車削沖擊性較大的工件。由于它的紅硬度較差,在600℃時,鎢鈷合金容易和切屑粘結(jié),使刀頭前面磨損,故不宜用于車削軟鋼等韌性金屬。
YG6X細(xì)顆粒碳化鈷合金耐磨性較好,其強(qiáng)度近似YG6,因此車削冷硬合金鑄鐵、耐熱合金鋼及普通鑄鐵等都有良好效果。
2.鎢鈦鉆合金
由碳化鎢、碳化鈦及元素鉆組成,代號用YT表示,常用的有YT5、YTl4、YTl5、YT30等牌號。鎢鈷鈦合金的冷硬性能和紅硬性能比硬質(zhì)合金高。在高溫條件下比鎢鈷合金耐熱耐磨、抗粘性大,宜于加工鋼料及其他韌性金屬材料,但由于性脆,不耐沖擊,故不宜加工脆性金屬。
3.鎢鈷鈦鈮合金
它是鎢鈷鈦合金中的新產(chǎn)品,由碳化鎢、碳化鈦、鈷、少量碳化鈮組成,代號為YW,常用牌號為YWl、YW2。它的耐磨性和熱硬性都比較好,適用于切削各種鑄鐵和特殊合金鋼材,如不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼等較難加工的材料。
4.鎢鈷鈮類合金
這是一種含有少量碳化鈮的細(xì)顆粒鎢鉆類硬質(zhì)合金,代號為YA,常用牌號為YA6。它的耐磨性能更高,適合于不銹鋼、耐熱鋼、特硬鑄鐵、鐵合金、硬塑料、玻璃和陶瓷等的加工。
在選用硬質(zhì)合金時,應(yīng)根據(jù)硬質(zhì)合金本身性能特點、加工工件材料和切削條件等因素綜合考慮。
除高速鋼和硬質(zhì)合金兩種常用車刀切削材料外,還有碳素工具鋼、合金工具鋼、金剛石、陶瓷等。碳素工具鋼、合金工具鋼的切削性能差,而金剛石價格高,以上三者都較少采用。
由于陶瓷材料比硬質(zhì)合金的紅硬性更高,耐磨性好,價格低,正成為一種應(yīng)用廣泛的刀具材料,但由于該種材料性脆、怕沖擊、刃磨困難,所以在使用時仍受到一定的限制。表4-4是常用車刀材料的特性及其切削成本對比情況。
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