快速解答: 您应该选择高速钢还是硬质合金刀具?
选择高速钢, 或高速钢, 当操作需要更大韧性时, 降低模具成本, 更容易重磨, 或更好的抗冲击和断续切削能力.
机器选择硬质合金时, 夹具, 和刀柄的刚性足以支持更高的切削速度, 更强的耐磨性, 稳定生产时刀具寿命更长.
在一些供应商市场中，术语“钨钢”通常用于描述碳化钨或硬质合金. 它不是常规钢种的标准英文名称.
硬质合金并不是自动成为每个 CNC 操作的更好选择. 正确的刀具材料取决于工件, 手术, 刀具直径, 机器能力, 刀具悬伸, 冷却液, 生产数量, 表面要求, 以及每个成品零件的成本.
1. 什么是高速钢和硬质合金?
高速钢是一种用于制造钻头的热处理工具钢, 水龙头, 铰刀, 铣刀, 拉刀, 表单工具, 和其他切削工具.
常见的 HSS 系列包括:
- M2 通用高速钢
- M35 和 M42 等钴合金牌号
- 粉末冶金高速钢
- 钨型高速钢材质
- 涂层和未涂层高速钢刀具
高速钢兼具硬度和相对较好的韧性. 这使得切削刃能够承受振动, 震惊, 联系中断, 和刚性较低的加工条件优于许多硬质合金刀具.
硬质合金是一种复合刀具材料，而不是传统的钢材. 典型材质包含由金属粘合剂粘合在一起的硬质碳化钨颗粒, 常见的是钴.
硬质合金牌号可以通过调整:
- 碳化钨晶粒尺寸
- 粘合剂百分比
- 粘合剂化学
- 额外的碳化物相
- 表面涂层
- 最前沿的准备
较硬的硬质合金牌号可提供更好的耐磨性，但断裂韧性较低. 更坚韧的硬质合金牌号可以更好地抵抗碎裂，但耐磨性较差.
因此，比较应该在规定的高速钢等级和规定的硬质合金等级之间进行，而不仅仅是“钢与钨”。
2. 成分及材料结构
高速钢是一种铁基合金. 取决于年级, 其组成可能包括:
- 碳
- 铬
- 钼
- 钨
- 钒
- 钴
这些合金元素和热处理路线控制硬度, 热硬度, 碳化物分布, 戴阻力, 韧性, 和边缘稳定性.
并非每个高速钢等级都含有相同数量的钨或钴. 例如, M2 是一种广泛使用的钼钨高速钢, 当需要更高的热硬度时，则选择钴合金高速钢材质.
硬质合金具有不同的结构. 它通常包含:
- 碳化钨颗粒
- 金属粘合剂, 常见的是钴
- 可选的附加碳化物或合金添加剂
- 可选耐磨涂层
碳化钨颗粒提供硬度和耐磨性. 粘合剂将颗粒固定在一起并有助于提高韧性.
增加粘结剂含量或使用较粗的碳化物晶粒可以提高断裂韧性, 但通常会降低硬度和耐磨性. 减少粘结剂含量或使用更细的晶粒可以提高硬度和耐磨性, 但可能会使等级对碎裂更加敏感.
这种硬度与韧性的平衡是硬质合金供应商针对不同切削条件提供多种牌号的原因.
高速钢与硬质合金刀具: 快速比较
| Comparison Item | 高速钢 | 硬质合金 | 实际意义 |
|---|---|---|---|
| 材质类型 | 热处理铁基工具钢 | 金属粘合剂中的碳化钨颗粒 | 它们是不同的材料家族 |
| 硬度报告 | 通常在 HRC 中指定 | 通常以 HRA 或 HV 指定, 取决于年级 | 不要直接比较原始 HRC 和 HRA 值 |
| 韧性 | 一般较高 | 一般较低, 但因年级而异 | HSS 通常更能耐受冲击和不稳定的设置 |
| 耐磨性 | 好的, 取决于等级和涂层 | 稳定切削通常较高 | 硬质合金在重复生产中通常使用寿命更长 |
| 热硬度 | 好的 | 通常支持更高的切削温度和速度 | 硬质合金通常可以提高生产率 |
| 边缘崩刃风险 | 通常较低 | 设置时更高, 跳动, 或参与度不稳定 | 硬质合金需要更好的过程控制 |
| 切割速度 | 通常较低 | 当条件合适时通常会更高 | 机器和夹具的刚性很重要 |
| 小工具灵活性 | 适用于许多小型钻头, 水龙头, 和表单工具 | 非常适合许多坚固的工具, 但比较脆 | 按直径和操作选择 |
| 重磨 | 通常更容易、更经济 | 可能的, 但几何形状和涂层修复可能要求更高 | 高速钢可用于可重复使用的专用工具 |
| 初始工具成本 | 经常较低 | 通常更高 | 初始成本与每个零件的成本不同 |
| 最适合 | 小批量工作, 断断续续的剪辑, 特殊形式, 不太严格的条件 | 稳定的数控生产, 更高的速度, 磨料工件, 长跑 | 两者都不是普遍更好的 |
3. 硬度, 耐磨性, 和韧性
硬度有助于切削刃抵抗变形和磨料磨损, 但硬度本身并不能决定工具是否能够可靠地工作.
有用的切削刀具材料必须平衡:
- 硬度
- 耐磨性
- 断裂韧性
- 边缘稳定性
- 热硬度
- 抗压强度
- 耐热冲击和机械冲击
HSS 行为
在许多应用中，经过适当热处理的高速钢可提供高硬度，同时比硬质合金保持更高的韧性.
这可以使 HSS 在以下情况下有用：:
- 剪切被中断
- 设置不太严格
- 该工具是长的或细长的
- 机器的主轴转速有限
- 刀具几何形状复杂
- 刀刃可能会受到冲击
- 小批量并不能证明较高的工具成本是合理的
如果切削速度加快，高速钢刀具仍然会快速碎裂或磨损, 热处理, 工具几何形状, 或冷却液条件不合适.
碳化物行为
硬质合金通常提供更高的耐磨性和抗压强度, 允许稳定的刀具以更高的切削速度运行.
然而, 碳化物更敏感:
- 跳动过大
- 喋喋不休
- 参与中断
- 工件夹持不良
- 长刀具悬伸
- 边缘处理不正确
- 热冲击
- 切削负荷突然变化
较早切屑的硬质合金刀具的每个零件成本可能高于以较低但稳定的速度运行的高速钢刀具.
因此，正确的选择并不是“越难越好”。目标是选择足够的耐磨性而不牺牲操作所需的韧性.
4. 热硬度和切削速度
热硬度描述了当切削区域变热时切削刀具材料保持硬度和边缘强度的能力.
高速钢和硬质合金的耐热性均优于普通碳钢工具, 但硬质合金通常在加工系统稳定时支持更高的切削速度.
当工艺具有以下特点时，硬质合金的生产率优势最为有用：:
- 足够的主轴转速和功率
- 刀具跳动低
- 刚性工件夹具
- 短刀具悬伸
- 稳定的刀具啮合
- 合适的冷却液或干切削策略
- 有效排屑
- 足够的产量以利用可用的刀具寿命
当操作缓慢时，HSS 可能仍然是更可靠的选择, 被打断, 灵活的, 或难以支持.
涂层高速钢, 钴高速钢, 粉末冶金高速钢, 涂层硬质合金, 无涂层硬质合金, 并且不同的硬质合金基体也表现不同. 工具规格比简单的材料名称更重要.
切削温度不应仅通过选择“更耐热”的刀具来控制. 切割速度, 喂养, 切削深度, 冷却液, 刀具路径, 排屑, 和工件材料必须一起规划.
5. 高速钢和硬质合金的常见 CNC 应用
常见的高速钢刀具应用
HSS 仍然实用:
- 麻花钻
- 水龙头
- 铰刀
- 胸针
- 埋头孔
- 成型铣刀
- 齿轮切削工具
- 小型专用工具
- 将重新研磨的工具
- 操作中断或冲击负载
当切削刃需要韧性或机器无法使用硬质合金的更高切削速度能力时，高速钢尤其有用.
钴高速钢和粉末冶金高速钢可以扩展高速钢的使用范围，而标准牌号无法提供足够的热硬度或耐磨性.
普通硬质合金刀具应用
硬质合金广泛用于:
- 整体硬质合金立铣刀
- 整体硬质合金钻头
- 可转位车削刀片
- 可转位铣削刀片
- 铰刀
- 镗刀
- 螺纹铣刀
- 大批量加工
- 磨料工件材料
- 高速精加工
- 稳定的粗加工作业
当循环时间较长时，硬质合金通常是首选, 重复刀具寿命, 和抗磨料磨损很重要.
工具涂层也很重要
刀具性能不仅仅由基材决定.
取决于工件和操作, 工具可以使用涂层或抛光表面来控制:
- 附着力
- 内置边缘
- 磨料磨损
- 热流
- 摩擦
- 月牙洼磨损
- 边缘崩边
用于铝铣削, 凹槽几何形状, 边缘清晰度, 芯片空间, 涂层选择, 排屑与选择高速钢或硬质合金同样重要.
用于凹槽数量的集中比较, 几何学, 涂层, 和工具到达范围, 请参阅我们的指南 最佳铝立铣刀.
6. 对周期时间的影响, 刀具寿命, 和尺寸控制
刀具材料影响加工效率, 但它不能独立于流程的其余部分而工作.
周期
硬质合金可以支持更高的切削速度和材料去除率，当机器, 夹具, 刀架, 和部分稳定.
高速钢可能需要较低的切削速度, 但它可以在振动时提供更可靠的过程, 断续切削, 或有限的机器刚性会导致硬质合金崩刃.
刀具寿命
硬质合金通常在稳定的重复生产中提供更长的磨损寿命. 然而, 过早崩刃会在正常磨损发生之前终止刀具寿命.
高速钢可能磨损得更快, 但有时逐渐磨损比意外碳化物断裂更容易监测.
刀具寿命应通过以下方式评估:
- 可接受的零件数量
- 切削时间
- 换刀频率
- 调刀时间
- 报废风险
- 表面光洁度稳定性
- 尺寸漂移
- 重磨或更换成本
尺寸控制
硬质合金刀具不会自动产生更严格的公差.
最终尺寸结果还取决于:
- 机器状况
- 刀具跳动
- 刀柄刚性
- 刀具偏转
- 切割参数
- 工件夹持
- 热运动
- 刀具磨损补偿
- 检查时机
- 零件几何形状
硬质合金的耐磨性可以减少稳定生产过程中刀具尺寸的逐渐变化. 但如果工具碎屑, 喋喋不休, 或偏转, 尺寸一致性可能会变得更差.
有关如何使用工具的指导, 设置计数, 材料, 宽容, 和检查影响总体加工性能, 看看我们的 数控车铣效率指南.
7. 工具成本与每个成品零件的成本
高速钢刀具通常具有较低的初始购买成本, 但最便宜的工具并不总是成本最低的生产选择.
真正的比较应该包括:
- 工具采购价格
- 重磨成本
- 涂装成本
- 工具寿命
- 切割速度
- 机器时间
- 换刀时间
- 偏移调整
- 报废风险
- 表面光洁度一致性
- 意外的工具故障
- 批量数量
当 HSS 总体成本可能更低时
当 HSS 可以提供较低的总成本时:
- 批量小
- 切割速度不是瓶颈
- 机器的主轴转速有限
- 剪切被中断
- 刀具韧性比耐磨性更重要
- 特殊工具需重磨数次
- 硬质合金崩刃风险高
- 在可变条件下使用手动或机用丝锥进行操作
硬质合金何时可以降低总体成本
当以下情况时，硬质合金可以提供较低的每个零件成本：:
- 设置是严格且可重复的
- 机器可以使用更高的切割速度
- 生产数量足够大
- 换刀停机时间成本高昂
- 工件具有磨蚀性
- 更长的稳定刀具寿命减少了调整
- 缩短周期时间具有有意义的价值
- 该过程可以在失效前监控磨损
一个有用的比较是:
总模具和机器成本 ÷ 可接受的零件数量
这种方法比仅比较一把高速钢刀具与一把硬质合金刀具的价格更有意义.
有关后刀面磨损的更多信息, 积屑瘤, 芯片, 和参数相关的工具故障, 请参阅我们的指南 机械加工磨损及其预防.
8. 如何选择高速钢和硬质合金刀具
从操作开始而不是工具材料名称.
| 加工条件 | HSS 可能会更好 | 硬质合金可能更好 |
|---|---|---|
| 小批量样机 | 较低的初始成本和灵活的工具 | 当循环时间或磨粒磨损仍然至关重要时 |
| 大重复批次 | 当操作缓慢或中断时 | 更长的稳定刀具寿命和更高的生产率 |
| 断续切削 | 更高的韧性可以减少突然断裂 | 仅与合适的坚韧硬质合金材质和稳定的设置一起使用 |
| 高主轴转速 | 可能无法使用完整的机器功能 | 通常更适合高速 CNC 加工 |
| 机器刚性有限 | 在一些不稳定的条件下更耐受 | 颤动和碎裂风险可能会增加 |
| 磨料工件 | 可能会磨损得更快 | 通常提供更好的耐磨性 |
| 小丝锥和成型工具 | 高速钢或钴高速钢通常很实用 | 硬质合金可以工作, 但设置和工具的脆弱性需要审查 |
| 长刀具悬伸 | 韧性可以提供帮助, 但偏转仍然是一个风险 | 需要仔细控制几何形状和切削负载 |
| 可重磨专用工具 | 通常实用且经济 | 可能的, 但边缘几何形状和涂层可能更难以恢复 |
| 稳定的铝铣削 | 可以以中等速度工作 | 锋利的硬质合金刀具通常用于提高生产率和光洁度 |
| 不确定或可变的设置 | 在某些情况下更加宽容 | 当切削条件可重复时效果最佳 |
选择工具之前, 确认:
- 工件材质及硬度
- 铣削, 转动, 钻孔, 窃听, 或铰孔
- 连续或断续切削
- 刀具直径
- 刀具范围和悬伸量
- 机床主轴转速和功率
- 刀柄和工件夹持刚性
- 冷却或干切削条件
- 所需的表面光洁度
- 批量数量
- 可接受的换刀频率
- 工具故障后果
正确答案也可能是涂层HSS, 钴高速钢, 粉末冶金高速钢, 更坚韧的硬质合金牌号, 耐磨硬质合金牌号, 或可转位刀具，而不是简单的高速钢或硬质合金选择.
生产前确认的工具选择信息
完整的刀具决策需要比工件材料名称更多的信息.
| 信息 | 需要确认什么 | 为什么它很重要 |
|---|---|---|
| 手术 | 铣削, 转动, 钻孔, 窃听, 旋转, 或无聊 | 不同的操作对切削刃的负载不同 |
| 工件 | 精确的材料等级, 硬度, 涂层, 或热处理 | 控制磨损, 热, 附着力, 和切削力 |
| 特征 | 直径, 深度, 拐角半径, 线, 或表面要求 | 确定工具几何形状和访问方式 |
| 机器 | 主轴转速, 力量, 扭矩, 和刚性 | 确定是否可以使用更高的硬质合金切削速度 |
| 刀柄 | 夹头, 液压支架, 热缩配合, 卡盘, 或插入支架 | 跳动和刚度影响刀刃寿命 |
| 订婚 | 连续或断续切削 | 影响崩角和韧性要求 |
| 刀具悬伸 | 所需的伸展范围和无支撑长度 | 更长的作用范围会增加偏转和振动 |
| 冷却液 | 洪水, 直通工具, 薄雾, 空气喷射, 或干切 | 改变排屑和热条件 |
| 数量 | 原型, 低音量, 或重复生产 | 确定更高的工具投资是否合理 |
| 验收 | 厚度, 粗糙度, 毛刺限制, 和检查计划 | 定义所需的工具稳定性 |
快速高效可审图, 工件材质, 功能访问, 宽容优先, 表面饰面, 数量, 报价前的加工路线. 最终刀具牌号和参数应根据实际机器确定, 设置, 及生产条件.
9. 结论
高速钢和硬质合金解决不同的切削刀具问题.
高速钢通常提供更大的韧性, 较低的初始成本, 更容易重磨, 对某些断续或刚性较低的切削条件具有更好的耐受性.
硬质合金通常具有更高的耐磨性, 更强的热硬度, 以及机器使用更高切割速度的能力, 刀架, 夹具, 和刀具路径稳定.
正确的决定应该考虑:
- 工具等级
- 工件材料
- 操作类型
- 连续或断续切削
- 机器能力
- 工具范围
- 工件夹持刚性
- 冷却液
- 批量数量
- 所需完成度
- 工具故障风险
- 每个接受零件的成本
不要仅仅因为硬质合金更硬而选择它, 并且不要仅仅因为它更便宜而选择高速钢. 最好的刀具是能够提供稳定切削的刀具, 可接受的刀具寿命, 可预测的尺寸, 和最低的实际成品成本.
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常问问题: 高速钢与硬质合金刀具
钨钢和碳化钨一样吗?
术语“钨钢”有时非正式地用于表示硬质合金. 标准技术英语, 碳化钨或硬质合金更清晰，因为材料是碳化物复合材料, 不是常规钢种.
硬质合金总是优于高速钢吗?
福田街道. 硬质合金通常提供更高的耐磨性并支持更高的切削速度, 但高速钢在韧性方面更可靠, 断续切削, 降低机器刚性, 或更低的模具成本更重要.
哪种刀具材料更适合高速数控加工?
当机器使用硬质合金时，硬质合金通常是更实用的选择, 夹具, 持有者, 和刀具路径足够刚性和稳定，可以使用更高的切削速度. 当切削条件不稳定或可用主轴转速有限时，高速钢可能更合适.
高速钢更适合丝锥和小钻头吗?
丝锥常用高速钢和钴高速钢, 演习, 和特殊工具，因为它们提供有用的韧性并且重磨经济. 硬质合金刀具可提供更高的生产率, 但必须考虑设置稳定性和工具脆弱性.
硬质合金的公差是否比高速钢更严格?
不会自动. 硬质合金的耐磨性有助于减少稳定生产中的刀具磨损漂移, 但公差还取决于机器状况, 跳动, 偏转, 工件夹持, 温度, 刀具路径, 赔偿, 和检查.
哪种刀具材质比较便宜?
高速钢通常具有较低的初始刀具价格. 当硬质合金更长的刀具寿命和更高的切削速度得到充分利用时，可以降低每个零件的成本. 正确的比较包括机器时间, 工具更改, 重磨, 废料, 和可接受的零件数量.
高速钢刀具可以重磨吗?
是的. 许多高速钢钻头, 铰刀, 成型刀具, 拉刀, 和其他工具可以重磨. 工具几何形状, 涂层, 剩余尺寸, 重复使用前应检查所需的精度.
硬质合金刀具崩刃的原因是什么?
常见原因包括过度跳动, 喋喋不休, 工件夹具不稳定, 断续切削, 刀具悬伸过多, 等级不合适, 边缘处理不正确, 糟糕的进入策略, 以及切削负载的突然变化.
