木工刀具材料的合理選擇

知識 03-28

刀具材料

根據設計任務、考慮加工量大小及製造成本等因素,選擇刀具材料。批量小的整體銑刀可選合金工具鋼或高速鋼,批量大時刀齒部分可選硬質合金,刀體部分可選45號鋼,做成焊齒結構。

木工刀具的特點是要求在高速並且承受衝擊載荷的切削條件下，長時間保持切削的銳利性能。木工刀具的材料，必須具備必要的硬度和耐磨性、足夠的強度和韌性、一定的工藝性(如焊接、熱處理、切削加工和磨削加工性能等)。

碳素工具鋼(碳工鋼)

是指含碳量在0.65%～1.35%的優質高碳鋼，以鋼中S,P含量的多少，分為優質鋼和高級優質鋼。優質鋼用來製造載荷小、切削速度低的手工工具，高級優質鋼用來製造機用刀具。碳工鋼具有價格低廉、刃口鋒利，熱塑性好及切削加工性能好等優點。它維持切削性能的溫度低於300℃，淬滅後的常溫硬度HRC60-64，這類鋼的不足之處是熱變性大，淬透性差，熱硬性不太高。

高速鋼

提高合金鋼中w、Cr、V、Mo等的含量便成為高速鋼，又稱鋒鋼。按質量計，高速鋼中約含Cr4%，W和Mo1.0%一2.0%，V1%以上在高速鋼中W和Mo的作用基本相同由於鋼中合金元素含量較高，一部分w和Fe,Cr一起構成高硬度的碳化物，一部分W則溶於基體中，採用接近熔點的淬火溫度，得到細晶粒的高合金化的馬氏體組織。所以，它的熱硬性積耐磨性都比碳素工具鋼和合金工具鋼高，淬火後的硬度HRC62-70，維持其切削性能的溫度可達540一600℃。

為了提高高速鋼的性能，國外主要通過增加Co和C的含量的辦法。我國鑽資源較為貧乏，為了節省昂貴的鑽資源.採用加A1增C的方法，即在W6Mo5 Cr4V2基礎上加人1%Al，C從0。8%-0.9%提高到1.05-1.2%，製成501鋼，它的高溫硬度抗彎強度和衝擊韌性與M42相當，價格便宜(價格約為鑽類高速鋼的20%)。

硬質合金

硬質合金是由硬度極高、難熔的金屬碳化物(wC，Tic)，用Co、Mo、Ni等做黏結劑燒結而成的粉末冶金製品。它的性能主要取決於金屬碳化物的種類、性能、數量、粒度和黏結劑的用量。硬質合金的硬度HRC74一81.5，其硬度隨黏結劑含量的增加而降低。硬質合金中高溫碳化物的含量超過高速鋼，所以熱塑性好，能耐高達800-1000℃的切削溫度。600℃時超過高速鋼的常溫硬度，1000℃時超過碳鋼的常溫硬度。

隨著人造板工業和木材加工工業自動化的發展，硬質合金這種高耐磨性的材料已成為主要的木工刀具材料。

但是，硬質合金是脆性材料，抗彎強度約為普通高速鋼的1/2一1/4，衝擊韌性約為普通高速鋼的1/4一1/30，刀刃也不能磨得像高速鋼那樣鋒利。

立方氮化硼(CBN)

立方氮化硼是一種硬度僅低於金剛石的新型超硬材料，立方氮化硼的缺點是抗彎強度低於一般硬質合金，成本高，焊接性能差，易崩刀。目前還處於實驗階段.其性能還有待進一步研究。

金剛石

工業上製作刀具所使用的金剛石實際上是一種人造聚晶金剛石(Polycrys-talline diamond，簡稱PCd)，其晶體各向同性，相互間有很強的結合力，刀具的耐磨性不隨方向而變化，材質穩定，切削性能可以預測，雖然硬度比天然金剛石小，但強度及韌性優於天然金剛石，不易碎裂損壞，故使用壽命更長。

聚晶金剛石複合刀片是使用一定粒度的金剛石微粒(表層)與硬質合金(基體襯墊) 在高溫高壓下燒結成的複合燒結體。聚晶金剛石複合刀片主要用於強化木地板、多層實木複合地板，竹地板和實木門等製品的切削加工。

木工刀具材料的合理選擇

為了節省貴重金屬材料和經濟上的合理性，一般刀具切削部分和刀體可以用不同的材料製造，通過焊接或機械裝夾的方式結合。

刀具材料的合理選擇必須考慮上述因素，顯然，它們之問並不是孤立的，而是有聯繫甚至是相互制約的。例如，刀具材料的硬度和熱硬性滿足了要求，但是，韌性較差或熱處理變形較大，不一定能使用在木工刀具上。為此，在具體選擇刀具材料時，可以重點考慮如何滿足主要要求，其他方面只要影響不大可以忽略。

機用木工刀具、人造板加工中使用的刀具以及帶鋸條和圓鋸片還廣泛採用合金工具鋼製造。這是因為合金工具鋼中加人了合金元索w、Mn、Mo、Cr、V、Si、Ni、Co等後影響鋼的相變過程，使鋼的可淬性、耐磨性、韌性等性能得到改善。

鎢(w)主要提高鋼的硬度，改善可淬性而可塑性不降低，錳（Mn）能提高鋼的硬度和可淬性，消除鋼中的硫，但降低了鋼的韌性;鉬(Mo)可提高鋼的可塑性、可淬性和硬度;鉻(Cr)能提高鋼的可淬性和高碳鋼的耐磨性;釩(V)可提高鋼的硬度、可塑性，改善可淬性，少量的釩能使鋼的組織變細，降低熱敏感性;硅(Si)可提高鋼的彈性，改善可淬性，但降低了鋼的可塑性，鎳（Ni）能提高鋼的韌性和可塑性，改善耐蝕性，但鋼的硬度略有降低;鑽(Go}能使鋼的耐磨性提高，但降低可淬性。