刀具材質(zhì)及加工參數(shù).ppt

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有關(guān)刀具的一組 名言 工欲善其事 必先利其器再先進的機床沒有刀具尤如一堆廢鐵機床 刀具和工件組成的切削加工系統(tǒng)中 刀具是最活躍的因素三分手藝 七分刀具 第二章刀具材料 有關(guān)刀具材料的一組 名言 好鋼用在刀刃上刀具材料的每一次進步幾乎都給機械加工業(yè)帶來一次革命機床與刀具材料交替進展 成為切削技術(shù)不斷向前發(fā)展的歷史規(guī)律金屬切削的發(fā)展史 從某種意義上說 可歸結(jié)為刀具材料的發(fā)展史 刀具種類1 刀具分類 1 按加工方式和具體用途 可分為車刀 孔加工刀具 銑刀 拉刀 螺紋刀具 齒輪刀具 自動線及數(shù)控機床刀具和磨具等幾大類型 2 按所用材料性質(zhì) 可分為高速鋼刀具 硬質(zhì)合金刀具 陶瓷刀具 立方氮化硼 CBN 刀具和金剛石刀具等 3 按結(jié)構(gòu)形式 可分為整體刀具 鑲片刀具 機夾刀具和復(fù)合刀具等 4 按是否標準化 可分為標準刀具和非標準刀具等 為了完成切削 除了要求刀具具有合理的角度和適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)外 刀具的材料是切削的重要基礎(chǔ) 在切削過程中 刀具在強切削力和高溫下工作 同時與切屑和工件表面都產(chǎn)生劇烈的摩擦 因此工作條件極為惡劣 為使刀具具有良好的切削能力 必須選用合適的材料 刀具材料對加工質(zhì)量 生產(chǎn)率和加工成本影響極大 2 1刀具材料應(yīng)具備的性能 1 高的硬度和耐磨性 2 足夠的強度和韌性 3 高的耐熱性 4 良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能 5 良好的工藝性 6 良好的經(jīng)濟性 2 1刀具材料應(yīng)具備的性能 上述性能中有些是相互矛盾的 如硬度越高 耐磨性越好的材料的韌性和抗破損能力就越差 耐熱性好的材料韌性也較差 實際工作中 應(yīng)根據(jù)具體的切削對象和條件 選擇最合適的刀具材料 常用的刀具材料碳素工具鋼 合金工具鋼 高速鋼 硬質(zhì)合金 陶瓷 金剛石 立方氮化硼等 刀具材料的分類 工具鋼 碳素工具鋼 合金工具鋼 高速工具鋼 硬質(zhì)合金 普通硬質(zhì)合金 細顆粒硬質(zhì)合金 微顆粒硬質(zhì)合金 有鎢鈷類硬質(zhì)合金 鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金和鎢鈦鉭 鈮 類硬質(zhì)合金 陶瓷 氧化物陶瓷 氮化物陶瓷 超硬材料 立方氮化硼 金剛石 1 碳素工具鋼 碳素工具鋼淬火后具有較高的硬度HRC 61 65 而且價格低廉 但這種材料的耐熱性較差250 300 并且淬火時容易產(chǎn)生變形和裂紋 常用于制造手工工具和一些形狀較簡單的低速刀具 C 0 7 1 4 T8 T10 T10A T12等 2 合金工具鋼 在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上 加入適量的合金元素 如Cr Si W Mn等 與碳素工具鋼相比 其熱處理變形有所減少 耐熱性也有所提高350 400 常用于制造手工工具和一些形狀較簡單的低速刀具 如拉刀 絲錐 扳牙 HRC 61 68 目前 生產(chǎn)中所用的刀具材料以高速鋼和硬質(zhì)合金居多 碳素工具鋼 如T10A T12A 合金工具鋼 如9SiCr CrWMn 因耐熱性差 僅用于一些手工或切削速度較低的刀具 它是一種加入較多鎢 鉬 鉻 釩等合金元素的高合金鋼 特點 熱處理后硬度可達62 66HRC 抗彎強度約3 3GPa 有較高的熱穩(wěn)定性 耐磨性 耐熱性 切削溫度在500 650 C時仍能進行切削 應(yīng)用 由于熱處理變形小 能鍛易磨 所以特別適合于制造結(jié)構(gòu)和刃型復(fù)雜的刀具 如成形車刀 銑刀 鉆頭 切齒刀 螺紋刀具和拉刀等 為了提高高速鋼的硬度和耐磨性 常采用如下措施來提高其性能 1 在高速鋼中增添新的元素 2 用粉末冶金法消除碳化物的偏析并細化晶粒 2 2高速鋼 高速鋼按用途分為通用型高速鋼和高性能高速鋼 按制造工藝不同分為熔煉高速鋼和粉末冶金高速鋼 一 通用型高速鋼 1 鎢系高速鋼 W18Cr4V 含W18 Cr4 V1 有較好的綜合性能 在600 時其高溫硬度為HRC48 5 刃磨和熱處理工藝控制較方便 可以制造各種復(fù)雜刀具 2 鎢鉬系高速鋼 W6Mo5Cr4V2 含W6 Mo5 Cr4 V2 碳化物分布細小 均勻 具有良好的機械性能 抗彎強度比W18Cr4V高10 15 韌性高50 60 可做尺寸較大 承受沖擊力較大的刀具 熱塑性特別好 更適用于制造熱軋鉆頭等 磨加工性也好 目前各國廣為應(yīng)用 二 高性能高速鋼在通用型高速鋼的基礎(chǔ)上再增加一些含碳量 含釩量及添加鈷 鋁等合金元素 按其耐熱性 又稱高熱穩(wěn)定性高速鋼 在630 650 時仍可保持HRC60的硬度 具有更好的切削性能 耐用度較通用型高速鋼高1 3 3倍 適合于加工高溫合金 鈦合金 超高強度鋼等難加工材料 典型牌號有高碳高速鋼9W18Cr4V 高釩高速鋼W6Mo5Cr4V3 鈷高速鋼W6MoCr4V2Co8 超硬高速鋼W2Mo9Cr4VCo8等 三 粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼是用高壓氬氣或純氮氣霧化熔融的高速鋼鋼水而得到細小的高速鋼粉末 然后再熱壓鍛軋制成 特點 有效地解決了一般熔煉高速鋼時鑄錠產(chǎn)生粗大碳化物共晶偏析的問題 而得到細小均勻的結(jié)晶組織 使之具有良好的機械性能 其強度和韌性分別是熔煉高速鋼的2倍和2 5 3倍 磨削加工性好 物理 機械性能高度各向同性 淬火變形小 耐磨性提高20 30 適用于制造精密刀具 大尺寸 滾刀 插齒刀 刀具 復(fù)雜成形刀具 拉刀等 一 硬質(zhì)合金的特點硬質(zhì)合金由難熔金屬碳化物 如WC TiC 和金屬粘結(jié)劑 如Co 經(jīng)粉末冶金法制成 特點 硬質(zhì)合金的硬度 耐磨性 耐熱性都很高 硬度可達HRA89 93 在800 1000 還能承擔切削 耐用度較高速鋼高幾十倍 當耐用度相同時 切削速度可提高4 10倍 強度和韌性小于高速鋼 僅為0 9 1 5GPa 90 150kgf mm 工藝性差 切削時不能承受大的振動和沖擊負荷 適于制造高速切削刀具 大多數(shù)車刀 端銑刀等均由硬質(zhì)合金制造 2 3硬質(zhì)合金 ISO將切削用的WC基硬質(zhì)合金分為三類 P K M 1 WC Co類硬質(zhì)合金 YG K類由WC和Co組成 硬度為HRA89 91 5 抗彎強度為1 1 1 5GPa 110 150kgf mm2 有粗晶粒 中晶粒 細晶粒 超細晶粒之分 一般為中晶粒組織 牌號 YG6 YG8 YG3X YG6X 其中數(shù)字是含鈷量的百分數(shù) X代表細晶粒 含鈷少時硬度高 耐熱 耐磨性好 但脆性增加 反之抗彎強度和沖擊韌度高 特點 細晶粒硬質(zhì)合金在含鈷量相同時比中晶粒的硬度 耐磨性要高些 但抗彎強度 韌性則低些 應(yīng)用 較適于加工短切屑的硬 脆鑄鐵 有色金屬和非金屬材料 含鈷量高的用于粗加工 2 WC TiC Co類硬質(zhì)合金 YT P類除WC外 還含5 30 的TiC 硬度和耐磨性提高 但抗彎強度 特別是沖擊韌性顯著降低 其硬度為HRA89 15 92 5 其抗彎強度則為0 9 1 4GPa 90 140kgf mm2 牌號 有YT5 YT14 YT15 YT30等 數(shù)字為TiC的含量百分數(shù) 其相應(yīng)的鈷含量為10 8 6 4 TiC含量提高 Co含量降低 特點 此類合金有較高的硬度和耐磨性 特別有高的耐熱性 抗粘結(jié)擴散能力和抗氧化能力好 但抗彎強度 磨削性和導(dǎo)熱系數(shù)下降 低溫脆性大 韌性差 應(yīng)用 適于加工鋼料 不宜用于加工不銹鋼和鈦合金 因YT中的鈦元素和工件中的鈦元素之間的親合力會產(chǎn)生嚴重粘刀現(xiàn)象 在高溫切削及摩擦系數(shù)大的情況下會加劇刀具磨損 3 WC TiC TaC Co類硬質(zhì)合金 YW M類在YT類中加入TaC NbC 可提高其抗彎強度 疲勞強度 沖擊韌性 高溫硬度和抗氧化能力 耐磨性等 常用的牌號有YW1和YW2 應(yīng)用 既可用于加工鑄鐵及有色金屬 也可加工鋼 因而又有通用硬質(zhì)合金之稱 含鈷量高時強度和沖擊韌度高 可用于粗加工和斷續(xù)切削 含鈷量低 耐磨性 耐熱性好 用于半精加工和精加工 4 TiC基硬質(zhì)合金 YN 以TiC為主要成分用Ni和Mo作粘結(jié)劑的TiC Ni Mo合金特點 硬度高 高耐磨性 較高的耐熱性和抗氧化能力 化學穩(wěn)定性好 抗粘結(jié)能力強 刀具耐用度高 應(yīng)用 可以加工鋼和鑄鐵 主要用于鋼連續(xù)表面的精加工和半精加工 涂層刀具是在韌性較好的硬質(zhì)合金基體或高速鋼刀具基體上 涂覆一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物而制成的 涂層硬質(zhì)合金一般采用化學氣相沉積法 沉積溫度在1000 左右 涂層高速鋼刀具一般采用物理氣相沉積法 沉積溫度在500 左右 常用的涂層材料有TiC TiN Al2O3等 涂層厚度 硬質(zhì)合金為4 5 m 表層硬度可達HV2500 4200 高速鋼為2 m 表層硬度可達HRC80 2 4涂層刀具 涂層刀具特點 優(yōu)點 高的耐磨性和抗月牙洼磨損能力 有低的摩擦系數(shù) 可降低切削時的切削力及切削溫度 可提高刀具耐用度 提高硬質(zhì)合金刀具耐用度1 3倍 高速鋼刀具耐用度2 10倍 缺點 鋒利性 韌性 抗剝落性 抗崩刃性差及成本昂貴的問題 1 TiC涂層 硬度高 耐磨性好 抗氧化性好 切削時能產(chǎn)生氧化鈦膜 減小摩擦及刀具磨損 2 TiN涂層 在高溫時能產(chǎn)生氧化膜 與鐵基材料摩擦系數(shù)較小 抗粘結(jié)性能好 并能有效降低切削溫度 3 TiC TiN復(fù)合涂層 第一層涂TiC 與刀具基體粘牢不易脫落 第二層涂TiN 減少表面層與工件間的摩擦 4 TiC Al203復(fù)合涂層 第一層涂TiC 與刀具基體粘牢不易脫落 第二層涂Al203可使刀具表面具有良好的化學穩(wěn)定性和抗氧化性能 目前單涂層刀片已很少應(yīng)用 大多采用TiC TiN復(fù)合涂層或TiC Al2O3 TiN三復(fù)合涂層 一 陶瓷 陶瓷 以氧化鋁 Al2O3 或以氮化硅 Si3N4 為基體再添加少量金屬 在高溫下燒結(jié)而成的一種刀具材料 特點 優(yōu)點 硬度高 耐磨性 耐高溫性能好 有良好的化學穩(wěn)定性和抗氧化性 與金屬的親合力小 抗粘結(jié)和抗擴散能力強 缺點 是脆性大 抗彎強度低 沖擊韌性差 易崩刃 所以使用范圍受到限制 應(yīng)用 可用于鋼 鑄鐵類零件的車削 銑削加工 高速切削加工的精加工階段 2 5其它刀具材料 二 金剛石 金剛石 碳的同素異形體 在高溫 高壓下由石墨轉(zhuǎn)化而成 是目前人工制造出的最堅硬物質(zhì) 特點 優(yōu)點 硬度高 耐磨性好 刀具耐用度比硬質(zhì)合金可提高幾倍到幾百倍 切削刃口鋒利 刃部表面摩擦系數(shù)較小 不易產(chǎn)生粘結(jié)或積屑瘤 加工冷硬現(xiàn)象較少 很適于精密加工 缺點 熱穩(wěn)定性差 切削溫度不宜超過700 800 強度低 脆性大 對振動敏感 只宜微量切削 與鐵有強烈的化學親合力 不能用于加工鋼鐵材料 二 金剛石 C 應(yīng)用 目前主要用于磨具及磨料 可用于加工硬質(zhì)合金 陶瓷 高硅鋁合金及耐磨塑料等高硬度 高耐磨的材料 可用于加工硬質(zhì)合金 陶瓷等硬度達65 70HRC的材料 也可用于加工高硬度的非金屬材料 如石材 壓縮木材 玻璃等 還可加工有色金屬 如鋁硅合金材料以及復(fù)合難加工材料的精加工或超精加工 用作刀具材料時 多用于在高速下精細車削或鏜削有色金屬及非金屬材料 加工鋁合金 銅合金時 切速可達800 3800m min 三 立方氮化硼 CBN 立方氮化硼 是一種人工合成的新型刀具材料 它由六方氮化硼在高溫 高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)化而成 特點 屬于超硬材料 HV8000 9000 硬度極高但韌性極差 很高的硬度及耐磨性 熱穩(wěn)定性好 化學惰性大 與鐵系金屬在1300 時不易起化學反應(yīng) 導(dǎo)熱性好 摩擦系數(shù)低 應(yīng)用 因此可勝任高溫合金 冷硬鑄鐵 淬硬鋼等多種難加工材料的半精加工和精加工 加工精度高 表面粗糙度低 可以代替磨削加工 立方氮化硼不僅用于磨具 也逐漸用于車 鏜 銑 鉸等 深刻理解各種刀具材料的物理 力學性能和切削性能 根基不同加工條件來正確選擇刀具材料掌握目前應(yīng)用最廣的高速鋼 硬質(zhì)合金兩類材料的分類 主要牌號 主要化學成分 物理力學性能和切削性能及其適用條件 小結(jié)