老站搬运，刀具材質及鍍層介紹

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可能略有修改错字、格式等，去掉了没什么意思的回帖。
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标题: 機械學堂 入門級 設備篇 <十一> 刀具材質及鍍層介紹
作者: ydnline    时间: 2014-3-27 23:07

這個系列偷懶了大半年沒更新了，主要是工作比較忙啦。
今天看到豬倒大兄的帖子，想到以後有寫了一半的刀片介紹（缺刀片型號介紹），於是濫竽充數一下吧。等我身體狀況好一點以後，這個系列會持續下去的。

鎢鋼刀具的硬度最主要取決於刀片的材質，鍍層有加分的作用，但主要還是以材質為主。
鎢鋼刀具大陸的分類方法我完全不懂，我只能用台灣的分類方法來向大家解說。

台灣主要的鎢鋼刀具分類法有兩種。
第一種是傳統工具機使用的PMK方式
    P＝藍色，適合切削鋼材（延性材料）
    M＝黃色，適合不鏽鋼（軔性材料）
    K＝紅色，鑄鐵.石材（脆性材料）
注意看刀柄顏色。

後面還有1-40的數字，數字越大就越硬，能耐低速重切削，數字越小就適合高速輕切削。

這是台灣常見的焊接車刀圖，幾乎每個有車床的人都有一張啦。


第二種分類法為數控工具機業者的分法，主要是以材質去區分的。
一、陶瓷（Ceramic）
主要二氧化鋯灌模燒結出來所製成。
硬度最高，只能連續切割，大多作為鑄鐵的脆性材料的刀片，或是鑽石刀具的基材。
磁鐵不會吸，比重很輕，收廢品的不收，鑽石砂輪磨他會兩敗俱傷啦。

二.金屬陶瓷（Cermet）
碳化鎢粉加上二氧化鋯之類的燒結劑灌模燒結出來所製成。
硬度其次，只能連續切割。但含有碳化鎢，所以任何材質都能加工。
磁鐵會吸一點點，因為含有鎢，比重也很輕，收廢料的大多用廢鎢鋼的半價收購。

三.鎢鋼（Carbide）
碳化鎢粉加上鈷粉燒結而成。
因為碳化鎢及鈷都是高價金屬，所以價格最貴。
因為是金屬燒結，所以能耐斷續切削，但硬度來說是三者裏頭最低的。
磁鐵會吸，比重最重，拿在手上像黃金一樣，廢料有一定的回收價格。


其實數控刀片也是有PMK分類，而且分的更細多了三種，變成六種P、M、K、N、S、H
N＝綠色，非鐵金屬（例如鋁，銅）
S＝棕色，高軔性高阻力金屬（例如鈦、鈷……）
H＝灰色，熱處理後高硬度金屬

不過數控刀片的跨組性質很強。
三菱的VP15TP材質可應用於P、M、K、S四種材料之上，其他如最便宜的NX2525也能應用於P、M、K三種材料之上。
所以數控刀片很少人用PMK分類法，但在刀片目錄之中還是能查到這一類的資訊的。

材質佔刀片耐用度80%以上，選錯刀片材料會花上更多的時間去研磨刀具。
當然加工方式也很重要啦，例如你要車滾珠螺桿，這個是熱處理後且斷續切削，你可以：
1、選用鎢鋼材質的刀片慢慢啃。若使用金屬陶瓷的刀片慢慢啃，車螺桿一頭就要用掉好幾片刀片。

2、如果手上只有金屬陶瓷刀片的話（因為這種刀片最便宜，只有鎢鋼刀片的一半），那就要把斷續切削變為連續切削了。也就是一刀吃掉3mm以上，這樣避開螺紋的部份，就是連續切削了。
但仍視您的車床馬力及變速系統而定，電子變速的小床就別試了啦，燒掉控制板更麻煩的。

說完了材質後，再來說說豬倒大兄所關心的鍍層問題。
鍍層就是把刀具上鍍上一層超硬超滑的材料後，使刀具更加的好用（非耐用，請注意兩者的不同）。
刀具的耐用程度主要是材質，該斷的時侯還是會斷，該崩的時侯還是會崩，並不會因為有鍍層而變的比較不會斷及比較不會崩刃啦。
刀具鍍上其他材料後，主要是可以提高切削速度增加工作的效率，還有減少材料粘刀被擠斷。
耐磨性可能會增加一點點，但以前在學校作的實驗其實磨損量都差不多啦。

鍍層主要是用濺鍍法（Sputtering）或蒸鍍法（Vacuum Evaporation）把另一種材料鍍到刀具之上。
濺鍍機


蒸鍍機


圖片取自網路，如有不妥請通知刪除。其實我們在學校的機器都是桌上型很小一台啦。

這兩種方式都是屬於物理氣相沉積法（PVD）。當然好像還有CVD法（化氣相沉積法），但我沒見過，台灣大多都是用PVD來鍍層的。

刀具的鍍層有很多種，常見的有：
碳氮化鈦，TiCN，HV3000，灰色。


氮化鈦，TiN，HV2400，金黃色。


氮化鋁鈦，TiAlN，HV2800，暗紫色（近黑色）。


氮化鉻，CrN，HV1850，銀白色（一般鋁銅刀都是這種，要注看才能看的出來，鍍層主要是防粘刀）。


鑽石鍍層，DLC、ADLC、PVDD，HV4000-6000，霧霧的灰色。


以上硬度會因為不同公司的機器及不同靶材而有所不同啦，顏色也會有很大的差異，某些公司的TIALN鍍出來的是漂亮的紫色。

鍍膜大多只有3～5μm（0.003～0.005mm）。
而且有個最重要的特點，就是所有的鍍膜都不耐熱。TiAlN最高能耐到800℃，最常見的金黃色TiN只能耐到550℃。
大家可以試著會鍍鈦的鑽頭去鑽不鏽鋼，你會發現，鍍鈦的耐用度比含鈷的差太多了（除非鍍鈦的也有含鈷啦）。鑽了幾十個孔後，鍍層就開始磨掉了。
所以有鍍層的刀具並不是很神奇啦。當然有鍍比沒鍍好，但在效能上，並沒有呈倍數的增長。在台灣主要是鍍層刀具能以更快的主軸速度作切削。

最後談談刀具的硬度及軔性。
硬度及軔性兩者是相對的，兩者很難達到最佳的配比，要靠自己的經驗去決定刀具的材質。
一般來說，高硬度的材料軔性就一定較差，所以進給量不能太大及斷續切削，但能開高速以取得較佳的表面粗糙度。
像高速鋼的軔性就比鎢鋼（碳化鎢）好多了，但是耐熱性比不上鎢鋼，所以只能大進刀慢速啃，開高速就只能車一刀磨一次吧。

以下為切削特性圖，供大家參考。



作者: 洛阳天空    时间: 2014-3-27 23:22
国内的硬质合金车刀好像都不涂色。我只知道yg加工铸铁yt加工钢、合金钢不锈钢等。yw好像通用


作者: 海刃五金    时间: 2014-3-28 16:58
在天朝，要考虑更多的是买到的是不是假货！


作者: 豬倒大兄    时间: 2014-3-28 21:42
非常感谢校长详实的文字描述，图文并茂。
看来正确的使用数控刀片是个比较长期的过程，我相信大部分人不会去翻厂家手册，大概都会想去自己尝试，什么样硬度的材料用什么样的刀片，然后记住使用结果，在刀片的崩断和磨损之间积累经验。
校长的帖子在理论上为大家提供了很多指导，应该会帮助我们大大缩短经验积累所需的时间和代价，再次非常感谢校长！
另，祝校长身体早日恢复。台湾的高山流水不错，校长应该给自己放放假，去搞点户外运动，晒晒太阳，呼吸海风。用一句大陆的话说：身体是革命的本钱。


作者: whwing    时间: 2014-3-29 14:41
中国买不到好的焊接刀刀片，假的很脆容易崩，我现在改用白钢刀了。


作者: 豬倒大兄    时间: 2014-3-29 23:18
好吧，其实我是假装对校长的帖子很满意拉。
但是，我其实是想要知道，校长你若是买了一堆500片同型号刀片，但是杂杂的，紫色有，金色有，银白色有，那要是车45#钢，你挑出什么色的出来用？要是车淬火钢，你又挑什么出来用？这个最要命拉，理论什么的其实暂时都不适用了。
不过我倒是觉得数控刀片一般都很强了，我弄过各种DIY铣刀盘，最后发现是那种R角0.8的黑色刀片菱形最耐用，然后是银白色的3角刀片次之（光洁度最好！铣削面show过很多次了）。最近又进了一批圆型刀片，看起来还是很锋利的。

但是因为同时我发觉除了汽车半轴弄的刀盘杆很耐用，45#钢做的都不行，所以决定先搞定个电阻炉，新做的刀杆淬火了再用。不然花蛮多时间做的刀杆，一不小心重（沉重的重）切削了就变形完蛋了，会很郁闷。
话说我刚做了个2kW电阻炉，还在试用中，效果好的话给大家推广下。


作者: pcwawa    时间: 2014-3-29 23:20
学习了，这是第一次认识涂层的作用。
市场鱼龙混杂李鬼横行，业余条件选刀具太难了。


作者: ydnline    时间: 2014-3-30 10:55
    豬倒大兄 发表于 2014-3-29 23:18
    但是，我其实是想要知道，校长你若是买了一堆500片同型号刀 ...
想太多了啦，買了500片，不可能只挑你要的刀片其他全部丟掉吧？還是要全部用上啦。

首先要區分材質：
鎢鋼（比重較重）的分一堆，斷續切削用。
金屬陶瓷（比重較輕）的分一堆，較硬材質及連續切削用。
兩大堆再下去細分，一般我們是以斷屑槽下去區分，粗車，精車，車鋼，車鑄鐵，車銅鋁的要分出來。然後因材施教，車什麼東西就用最正確的刀片下去。
用久了你會發現鍍層的差異並不是很大啦，最少鍍層磨掉的機會比較小，大多都是直接崩掉比較多，而崩不崩刃是和鍍層無關啦。


作者: 旷野    时间: 2014-4-3 22:23
我一般喜欢买土豪金的。
再请教校长，普通高速钢钻头黑色的和原色的材质有区别么？


作者: ydnline    时间: 2014-4-3 22:46
    旷野 发表于 2014-4-3 22:23
    再请教校长，普通高速钢钻头黑色的和原色的材质有区别么？
台灣和大陸不太一樣，所以要分開討論。
台灣的高速鋼鑽頭一律為黑色，這是表面經過氮化爐氮化處理所產生的一層氮化鐵（約HV1200），有真空氮化及離子氮化兩種製程。
若是白色（金屬原色）的則為含鈷鑽頭。含鈷鑽頭少部份會有鍍鈦（金黃色），但一定不會作黑色的氮化處理。原因我不清楚，但查遍SU'S、LKK、TOSG等資料都是如此。
大陸的鑽頭則不同，相同材質會有黑色及白色兩種，黑色也不一定是使用氮化處理，染黑（硬度無增加）也常見。黑油漆也有（刀柄居多，淘寶賣家大多會註明）。這些就不是我能分的清楚的了。


作者: 旷野    时间: 2014-4-3 22:50
    ydnline 发表于 2014-4-3 22:46
    台灣和大陸不太一樣，所以要分開討論。
我们采用的工艺应该是类似螺丝发黑的那种工艺吧（也叫煮黑）。
听卖钻头的说过，原色一般是所谓“磨制”的，那么感觉对应的黑色的就该是“轧制”的吧？


作者: 旷野    时间: 2014-4-3 22:52
    ydnline 发表于 2014-4-3 22:46
    台灣和大陸不太一樣，所以要分開討論。
另外，我见的含钴钻头都是那种暗金色或者类似橙色。当然，从火花很好辨认。


作者: icemanh    时间: 2014-4-3 23:05
    ydnline 发表于 2014-4-3 22:46
    台灣和大陸不太一樣，所以要分開討論。
委員長，我早前剛要買鑽頭，也看了一些產品。
像Dormer這類含鈷的，有白色（無塗），都有黑色（AlCrN）或金色（TiN）塗層。
http://www.amazon.com/Dormer-Cobalt-Spectrum-Coating-Special/dp/B00528Y452/ref=sr_1_7?s=power-hand-tools&ie=UTF8&qid=1396537190&sr=1-7&keywords=precision+drill+cobalt
Dormer A921 Cobalt Steel Spectrum Short Length Drill Bit, AlCrN Coating, Round Shank, 130 Degree Special Point, #1
未知道台灣是否因為市場關係，所以較少有AlCrN塗層產品？


作者: ydnline    时间: 2014-4-3 23:13
    旷野 发表于 2014-4-3 22:50
    我们采用的工艺应该是类似螺丝发黑的那种工艺吧（也叫煮黑）……
发黑（煮黑）就是我說的染黑，這種方式只是表面防鏽處理而己，和硬度完全無關。
淘寶賣家只會賣東西，其他都靠吹，所以造成大家很多錯誤的機械觀念啦。

鑽頭的成型方式一般有兩種。
第一種是整根高速鋼棒下去磨出來的，生產機具以西德鈷領為主。好處是尺寸較準彎曲較少品質穩定，缺點是浪費材料。
第二種是熱滾軋法（轉造法）所軋成，高速鋼棒在高溫下用模具軋出成型。主要是共產國家所使用，優缺點和磨制法完全相反，外觀上較差一點。
兩種方法和顏色無關，只是生產流程不同而己。


作者: ydnline    时间: 2014-4-3 23:17
    旷野 发表于 2014-4-3 22:52
    另外，我见的含钴钻头都是那种暗金色或者类似橙色……
中國銷量及最大的廠牌，含鈷鑽頭確定是黑的。



作者: ydnline    时间: 2014-4-3 23:24
    icemanh 发表于 2014-4-3 23:05
    像Dormer這類含鈷的，有白色（無塗）……
氮化鋁鉻（AlCrN）近年來台灣比較少用，一般會改用較高階的氮鋁鉻鈦（TiAlCrN）鍍層。
鍍層種類有數百種，同樣靶材不同的蒸氣壓都會有不同性質的鍍層出現，我只是寫出一些較常見的而己啦。


作者: icemanh    时间: 2014-4-4 02:27
本帖最后由 icemanh 于 2014-4-4 02:43 编辑
    ydnline 发表于 2014-4-3 23:24
    氮化鋁鉻（AlCrN）近年來台灣比較少用，一般會改用較高階的氮鋁鉻鈦（TiAlCrN）鍍層。
謝謝你的資料。我比較多在銑刀上見有TiAlCrN，通常市面上的鑽頭都是TiN……現在多學了一課。


作者: 遲來的春天    时间: 2014-5-25 20:56
多謝校長的教材，還有一个問題請教校長，曾轉發過一貼，將金屬去油洗淨再电鍍一層甚么，使其不会生鏽，可否再告訴我，謝謝。


作者: ydnline    时间: 2014-5-25 21:50
    遲來的春天 发表于 2014-5-25 20:56
    曾轉發過一貼，將金屬去油洗淨再电鍍一層甚么，使其不会生鏽……
http://www.diychina.org/forum.php?mod=viewthread&tid=3671
ccssbb的大作，“給jj美容”。


作者: 一号营地    时间: 2015-5-3 10:21
    豬倒大兄 发表于 2014-3-29 23:18
    但是，我其实是想要知道，校长你若是买了一堆500片同型号刀 ...
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