如今，改造是通过机械加工完成的，机械加工包括可以使用的不同样式。没有测量，可以通过工业使用，使其更具弹性，因为它成为一个寻求磨砺繁荣刀片的行业。所使用的技术是 HSS 和硬质合金立铣刀，众所周知，这些技术可以实现批量生产。然而，了解哪种技术最适合特定目的可能会令人困惑。因此，本博客旨在阐明每种工具的用途。本博客还旨在帮助其他人确定其必要性，同时改善成本效益和多功能属性。随后将讨论一种用途更广的切削工具。
什么是 HSS 铣削？它与其他技术有何不同？
高速 钢铣削工艺 采用专门用于高温应用的钢基合金制成的切削刀具。HSS 具有成本效益和多功能性，适合通用任务和中速加工。虽然硬质合金刀具具有出色的切削速度和耐磨性，但 HSS 刀具为较软的材料和应用（包括频繁更换）提供了更好的性能、切削特性和精度。这种耐用性和精度的结合将 HSS 提升到了一个全新的水平，使其可用于广泛的加工任务。
了解 HSS 的基础知识
HSS 切削刀具因其出色的切削能力（与钻石相似）而在工业领域广受欢迎。即使在切削过程中经常遇到的高温下，HSS 也能保持其硬度。即使在铣削和加工过程中，它也能保持其效率 切割较软的金属. HSS 由耐磨的钨、钼、钒和铬合金钢制成，是许多制造应用中的热门选择。
高速钢与硬质合金刀具的比较
HSS 和硬质合金刀具的硬度和热稳定性不同。与 HSS 刀具相比，硬质合金刀具更耐用，但易碎。硬质合金刀具可承受极端高温，因此在高速下工作效果更好；与更坚硬的材料结合使用时，它们的多功能性会增加，但 HSS 刀具的抗拉强度更高。硬质合金刀具的脆性更高，但由于其耐热优势，它们非常适合完成要求苛刻的任务。硬质合金和 HSS 满足了一些加工要求，但它们的多功能性足以应用于不同的加工工艺。选择哪一种取决于机械师的喜好。
为什么选择 HSS 进行铣削？
HSS 具有抗弯曲、抗磨损和抗断裂能力，可为各种应用提供出色的价值，尤其是那些以较低速度运行的应用。铣削操作可从 HSS 的流苏台中受益。由于当价格比性能更重要时，HSS 的性能优于硬质合金切削工具，因此在手工和中型生产作业中，它是必不可少的。为了获得切削性能和经济性的适当组合，机械师会更喜欢 HSS 并保证获得所需的结果。
何时应使用 HSS 铣刀而非硬质合金铣刀？
高速钢在铣削中的优势
高速钢 (HSS) 刀具在铣削过程中具有多种优势，特别是在需要精度和节省成本的情况下。与硬质合金刀具相比，HSS 刀具的一个更突出的优势是韧性高，这降低了由于间歇性切削或冲击载荷而导致崩裂或开裂的风险。当切削力过大或不规则时，这种强度是有益的 表面必须经过铣削.
大多数制造商也使用 HSS 刀具，因为它们适用于碳、合金钢和有色金属等材料。它们的适应性与在同一设置中加工不同材料的应用有关。此外，这些工具在需要低切削速度的情况下非常有效，因为这种情况会导致铣削操作期间产生较少的热量，从而降低能源成本。
HSS 刀具的成本比其他刀具低得多，这是另一个主要的运营或更换成本，因为这可能很昂贵。这些刀具在铣削和一般或中小型生产中提供可靠的结果，但价格较低。据一位消息人士称，对于不太坚硬的工件和刚性较低的机器，HSS 刀具可以提供大约 80% 的硬质合金刀具加工效率。
最后，氮化钛 (TiN) 或碳氮化钛 (TiCN) 等新涂层技术进一步改善了 HSS 铣刀在金属加工应用中的性能。这些涂层可提高耐磨性、减少摩擦并延长刀具寿命，使 HSS 刀具即使在精密加工工作中也具有竞争力。由于 HSS 铣刀成本低、强度高且用途多样，因此在许多加工环境中仍然具有吸引力。
硬质合金与高速钢：哪个更耐用？
硬质合金和高速钢 (HSS) 刀具具有明显的优势。由于其硬度高、切削温度高，硬质合金刀具非常适合用于加工刚性材料，包括铸铁。研究表明，在同等工作条件下，硬质合金刀具的耐磨性比 HSS 刀具高 5 到 10 倍，这意味着刀具的使用效率更高，使用寿命更长。
然而，这种无与伦比的硬度的代价是脆性增加以及上述剪切和切割冲击。这意味着计算机数控 (CNC) 加工工具比 HSS 工具更容易切割和破碎。另一方面，如果应用要求切削工具在过度振动或极端阻力的条件下运行，那么 HSS 工具往往会脱颖而出。
在某些情况下，据说硬质合金刀具在比高速钢高得多的切削速度下也能保持切削刃强度。例如，硬质合金刀具的接触切削速度超过 1000 表面英尺/分钟 (SFM)，而高速钢的有效工作速度在 200 到 400 SFM 之间。正因为如此，当需要高速和大批量加工时，硬质合金被广泛使用。
另一方面，高速钢价格低廉，用途广泛，但仅推荐用于所需切削速度较低且刀具寿命差异不大的情况下。影响这一选择的最大因素是材料硬度、加工速度和刀具预算，这些因素决定了是选择硬质合金刀具还是高速钢刀具。制造商可以通过了解这两种刀具的特点和优势来选择最佳刀具、最佳性能和成本。
根据您的加工需求选择合适的刀具
首先要评估的是加工材料。如果要加工的部件很硬，那么硬质合金刀具通常是最具成本效益的，因为它们具有很强的耐热性。另一方面，高速钢 (HSS) 刀具非常适合较软的材料，因为它们通常要便宜得多。此外，还要考虑刀具所需的加工速度；例如，硬质合金刀具最适合高速加工，而 HSS 更适合低速要求。一定要考虑您的预算和生产规模：硬质合金刀具可以实现高产量的体积加工，并且效率准确。对于低产量或精度要求较低的情况，HSS 刀具将发挥奇效。明智的投资可确保您找到价格和性能要求之间的最佳平衡。
高速钢的成分如何影响其性能？
钴和其他合金的作用
钴对高速钢 (HSS) 至关重要，因为它可以增强由 HSS 制成的工具的性能特征。关于钴对红硬性的贡献，HSS 工具可以在高温下保持切削刃。这一特性对于进行高速加工操作或切割时产生大量热量的材料是必需的，这可能需要对工具进行退火。广泛用作钻孔和铣削工具的 M35 和 M42 等级的钴含量在 5% 到 10% 之间。
添加钨、钼、铬和钒会改变钢的硬度、强度和耐磨性。即使经过热处理，钨和钼也会增加钢热处理后的淬硬性，而铬则具有增强韧性和耐腐蚀性等优点。钒通过形成硬质碳化物来帮助提高碳化物的耐磨性，从而延长硬质合金刀具在具有挑战性的切削应用中的使用寿命。
得益于冶金工艺的最新发展，制造商进一步优化了合金的成分，从而能够生产出性能和效率更高的专用 HSS 牌号。此类发展的一个例子是，在用于磨料工件的 HSS 工具中使用更高的钒含量，从而提高工具的耐磨性，从而降低工具的长期磨损。通过精心管理这些合金元素，可以根据当今机械加工行业日益增长的需求来修改 HSS 的成分。
分析高速钢的韧性和硬度
韧性和硬度是影响高速钢 (HSS) 功能的重要特性。由于钨、钼和铬等合金元素的存在，HSS 具有硬度，使其能够在高温下保持切削刃。这提高了高速加工过程中切削刀具的精度和使用寿命。韧性提供了刀具在工作过程中对崩裂或断裂的必要抵抗力，提高了刀具抵抗冲击或不均匀切削力的可靠性。热处理工艺的有效性在这两个特性之间实现了折衷，从而使 HSS 刀具在工业环境中非常有用。
基体对刀具寿命和效率的影响
基体材料的类型不同，主要影响切削刀具的功能和寿命。富钴钢或超粗晶粒碳化物更坚硬，即使暴露在高温或重载下也能持续更长时间。硬质合金就是一个很好的例子，它具有出色的硬度，有助于切削不锈钢和钛合金等难加工材料。
目前看来，基体的晶粒大小对刀具寿命至关重要。现在已知细晶粒材料可以改善具有切削刃的刀具，因为它们可以在长时间的高速钢切削操作中持续减少磨损。有证据表明，具有超粗晶粒硬质合金基体的刀具比具有粗晶粒配方的类似刀具的使用寿命长 30%，这使其更适合金属加工显微镜，此外，将新的结构材料和切削刃发明（如 TiAlN 或 DLC 或类金刚石碳）集成到高性能基体中可以最大限度地减少摩擦，并有助于提高热应力，提高加工质量，缩短切削刀具更换时间。
这确保了切削刀具的有效性，使得行业在现代制造实践中可以通过调整基材的成分和性能来实现高精度、长刀具寿命和成本效益。
HSS 立铣刀可以处理现代 CNC 机床吗？
与 CNC 技术的兼容性
尽管高速钢 (HSS) 立铣刀可以在 CNC 机床中执行多种功能，但它们与现代 CNC 技术的接口取决于几个因素。当切削较软的材料或切削中断时需要惯性和抗崩刃性时，HSS 刀具表现良好。然而，当 立铣刀 与硬质合金立铣刀相比，它能够切割更复杂的合金或以更高的主轴速度切削。
HSS 立铣刀设计的变化还包括富含钴的 HSS 变体和含有 TiN、TiCN 和 TiAlN 的多层涂层刀具。此类多层涂层可以增强耐热性和耐磨性，在 CNC 环境中与整体硬质合金刀具一起部署时，可提高 HSS 立铣刀在特定应用中的性能。此外，数据显示，在某些应用中，涂层 HSS 立铣刀的切削效率可比硬质合金立铣刀高出 25% 至 50%，同时保持成本效益。
尽管存在标准，但硬质合金刀具往往会掩盖某些类型的 HSS 立铣刀，尤其是在高速、高精度要求方面，因为 HSS 立铣刀在这方面缺乏优势；但是，对于一些需要低切削速度和成本效益的操作，HSS 刀片刀具仍然是一个不错的选择。因此，在需要灵活性和耐用性的情况下，尤其是在使用硬质合金立铣刀时，采用先进涂层的 HSS 刀片刀具可以与新一代 CNC 技术有效配合使用。
HSS 在 CNC 加工中的优势和局限性
HSS CNC 加工优势
- 耐用性：高速钢工具可以承受合理的压力和热量，从而可以完成特定的低速但要求严格的工艺。
- 成本效益：由高速钢制成的工具往往比用于通用加工的碳化物相对便宜。
- 多功能性：HSS 立铣刀可以快速加工或立铣某些较软的金属和合金，不会出现任何问题。
- 通过涂层提高性能：某些先进涂层，例如氮化钛，可显著提高 HSS 工具的耐磨性和耐热性，从而延长其使用寿命。
HSS CNC加工的缺点
- 限速服务：由于高速切削硬质合金刀具的效率更高，因此 HSS 的效率较低。
- 耐磨性较低：虽然高速钢坚韧耐用，但暴露在高温或恶劣环境下时，其使用寿命会相当短。
- 高精度操作的局限性：高速钢无法与硬质合金刀具在高速高精度任务中的表现相媲美。
这些信息表明，HSS 适用于低精度、低速度任务，因为它是一种经济高效且高度灵活的选择。
调整 HSS 刀具以适应高级应用
人们已经采取了多种多方面的方法来改善高速钢刀具在先进加工环境中的功能。其中一种方法是使用专用涂层，例如铝钛氮化物涂层，它可以增强热稳定性和抗氧化性。由于这些涂层，高速钢刀具可以在高速和高温下更有效地使用，从而允许它们与硬质合金刀具一起用于特定应用。
另一个因素是现代研磨和热处理工艺，这些工艺可确保提高刀刃保持力和硬度。一个很好的例子是较新的高速钢处理工艺，这些工艺用于增强微观结构和耐磨性，从而延长工具的使用寿命。
已开发的一种更独特的混合解决方案包括带有硬质合金切削刃的 HSS 芯部，其中 HSS 的强度与硬质合金的强度相结合，从而产生出更优质的产品。统计数据表明，使用这些混合解决方案，在难加工材料的断续切削中，加工效率可飙升至 25%。
最后，CAM 软件的当代发展促进了刀具路径的优化，减少了 HSS 刀具的磨损。如果通过使用更好的策略将加工过程中对刀具的应力降至最低，则可以使用 HSS 刀具执行更多应用。总而言之，这些创新再次强调了 HSS 刀具为满足先进制造要求而不断变化的可能性。
使用 HSS 刀具进行加工的最佳实践是什么？
优化切削速度和进给率
在我延长高速钢刀具寿命的方法中，我的目标是在最佳性能和刀具寿命之间取得平衡。为了实现这一点，我首先检查特定材料的资源，以获得其速度和进给范围，同时考虑其硬度、热导率和冷却液。确定这些因素后，我选择了切削速度，以避免过多的热量影响冷却液。我使用各种工具来形成切屑，同时也注意形状的不规则性。如果工具看起来形状不规则，就会导致过度磨损。通过密切关注这些参数，我实现了高精度目标，同时保持了工具的使用寿命。
工具维护和寿命
对我来说，定期保养主要是为了发挥我的拆卸铣刀的优势，因为它可以保证 HSS 刀具的使用寿命。我在工作周期结束时开始清洁刀具，不断清除可能导致刀具磨损的污垢和其他碎屑。保养切削刃并定期打磨也有助于保持最佳性能和精度。我通过适当的存储管理保持刀具干燥、耐腐蚀，并防止刀具意外损坏。此外，我试图控制刀具的运行时间，这样我就知道何时更换或维修它们，保持加工零件的质量。我的这种做法确保了我的 HSS 刀具的长寿命和可靠性。
确保加工的高精度和高质量
为了保证加工的高精度和高质量，我专注于工艺规划、机器设置和操作监督的细节。尺寸和公差由符合技术文件规范的校准仪器在每个级别进行控制。我还控制切削参数、速度、进给率和切削深度，以避免表面缺陷和几何结构扭曲。通过充分的准备和定期的质量检查，我实现了精确可靠的加工结果。
常见问题 (FAQ)
问：高速钢立铣刀和硬质合金立铣刀的主要区别是什么？
答：HSS 和 M-2 立铣刀的主要区别在于它们的材料成分和特性。硬质合金立铣刀比 HSS 强度高得多，可提高切削速度和抗摩擦磨损性。同时，HSS 坚韧且能够承受与断续切削相关的冲击。HSS 适用于一般加工和手动机器，而硬质合金刀具最适合用于更快的速度、精密任务和复杂加工。
问：在什么情况下您会使用硬质合金立铣刀而不是高速钢？
答：与高速钢不同，当需要提高切削速度、获得更理想的表面光洁度和延长刀具寿命时，可使用硬质合金立铣刀。数控铣床也可使用硬质合金立铣刀，因为它们能够使零件在高速下更高效地成型，而不会偏离预定位置。对于使用铸铁和工具钢等更坚固材料的重型生产商来说尤其如此。
问：如何区分高速钢 (HSS) 与硬质合金立铣刀？
答：仔细观察工具的颜色和重量就足以区分硬质合金和 HSS 立铣刀。HSS 工具的颜色大多为银色或金色，而高速钢立铣刀的颜色较深，往往为灰色或黑色。相同尺寸的工具重量因材料而异 - 使用 HSS 轻质碳化钨制成的工具。此外，通常使用焊接钢柄的碳化钨来制造硬质合金端杆，而通常使用实心 HSS。
问：您如何证明使用高速钢立铣刀是合理的？
答：关于加工，在大多数情况下，HSS 立铣刀是首选。它们具有成本效益，这意味着与硬质合金立铣刀相比，它们在一般加工用途上不会花费太多。使用高速钢刀具进行冲击和断续切削更容易控制，因为它们更耐用。重新打磨它们非常简单，这使得硬质合金立铣刀更易于长时间使用。HSS 在手动机器上也表现良好，并且比硬质合金机器更不容易断裂或碎裂。
问：硬质合金立铣刀在高速加工操作中的表现如何？
答：铣刀在高速加工操作中因其精度而备受赞誉。材料具有持久的切削刃，具有很强的耐热性和令人印象深刻的硬度。这些切削刃可以相对较快地去除材料，能够承受高温。此外，进给率和切削速度的控制力超过了高速钢，从而提高了生产率。在高速操作过程中，硬质合金的刚性提供了更好的尺寸精度，同时确保了精密 CNC 铣削工作中最高的表面光洁度。
问：硬质合金立铣刀可以使用哪些材料？
答：在以极佳的进给率加工钢、玻璃纤维甚至铝时，强烈建议使用硬质合金立铣刀，因为它们作为切削刃具有非凡的强度，同时在 HSS 刀具中具有极高的硬度。硬质合金端钻可以与切削刀具一起承受磨料，具有高耐久性，可以磨削硬钢、铸铁和工具钢，即使长时间使用也不会变钝。最后，硬质合金端钻可以确保整个加工过程中的切削刃锋利，适合需要高端精加工的表面。
问：高速钢刀具的切削刃与硬质合金立铣刀的切削刃有何不同？
答：在向 HSS 的替代工具 M42 迈进时，硬质合金工具用户面前会出现包覆的刀刃。虽然碰撞刀刃不是首选，但在某些情况下还是有帮助的。首先，hss 和 m42 的刀刃表现出强度，但却很滑稽，或者可悲的是，刀刃在偶尔使用时会崩裂。刀刃保持完整，而不是残缺。硬质合金在成型时会使锋利的刀刃磨损，但过度使用并不那么好，因为它会破坏干净的切割效果，也不会帮助刀刃锋利，这是令人惊讶的。但是，锋利的切削刃由于使用不当容易崩裂，但随着时间的推移，制造精良的 HSS 可以抵抗滥用。
问：您能解释一下微粒和纳米颗粒碳化物是什么以及它们对立铣刀有何影响吗？
答：供应商在一份支持其产品的声明中声称，新制造的立铣刀采用先进的刀具材料，将多涂层 E 涂层 PVD 和 PCD 增强功能相结合。微晶粒中的晶粒范围从微米到小于纳米；然而，在微克激励下，放大的纳克面与其他材料一样开始。它通过分层鳍片磨损材料来补偿备用工具，从而简化了流程，改善了传统碳化物的更换。这导致立铣刀具有更复杂的切削刃颗粒，因此，用于切削的 MEMS 得到了增强。
参考来源
1. HSS刀具铣削AZ91D镁合金后二维表面粗糙度参数的建模与测试 (2022) (Kulisz 等人，2022 年，第 70-75 页)
- 主要发现：
- 高速钢刀具价格低廉且易于获取，能够产生相当好的表面质量。
- 获得了包含足够可预测性（R = 0.99）的建模 Statistica 人工神经网络的粗糙度参数预测（Rq、Rp、Rv、Rt）。
- 方法论：
- 使用高速钢铣刀以不同的进给速度和切削深度加工AZ91D镁合金。
- 使用人工神经网络来模拟粗糙度参数（Rq、Rp、Rv、Rt）。
2. 使用多功能表面处理的高速钢刀具对电子束熔炼 Ti-6Al-4V 进行加工（2021 年）Fedorov 等人，2021 年，第 245–250 页)
- 主要发现：
- 这种热处理钛合金的力参数与使用传统技术加工金属的力参数不同。切削切向力的 FT 分量增加了约 15%，而径向力 FR 减少了约 20%。
- 方法论：
- 对 Ti-6Al-4V 合金束熔化部件的多功能表面增强高速钢切削刀具进行了铣削试验。
- 对金属加工传统 MPC 的切削力成分进行了比较，重点针对硬质合金刀具和高速钢刀具。
3. 高速钢立铣刀刀片镍层对6061（2023）铝合金铣削过程中硬度和温度的影响（Sifa 等人，2023 年)
- 主要发现
- 镀镍高速钢立铣刀的温度 (58.6C) 低于未涂层铝 6061 (73.6C)。
- 经测定，镍涂层的硬度值平均值为 279.9 HV。
- 方法论
- 高速钢立铣刀采用电镀技术镀镍，同时改变镀层时间。
- 在铣削 6061 铝的过程中测量了刀具温度和镀镍高速钢立铣刀的硬度。
