金属切削原理与刀具设计第2章课件.ppt

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1、金属切削原理与刀具设计（40学时）第二章刀具材料在切削过程中，刀具直接完成切除余量和形成已加工表面的任务。其性能的优劣取决于构成切削部分的①材料、②几何形状、③几何角度和④刀具的合理结构。★刀具材料发展重要性：国际生产工程研究会（CIRP）曾在一项研究报告中指出：“由于刀具材料的改进，允许的切削速度每隔十年几乎提高一倍。”“工欲善其事，必先利其器”§2-1概述一、刀具材料应具备性能1.较高的硬度（常温硬度在62HRC以上）。2.耐磨性好，以抵抗切削中的磨损。是刀具材料机械性能、组织结构和化学性能的综合反映。3.较好的强度和韧性以承受切削力、冲击和振动。

2、强度与硬度是相互矛盾的，兼顾而有所侧重。磨削比=————刀具磨削性能好磨削量砂轮磨损体积6.工艺性可加工性：锻、轧、焊、切、磨、热4.耐热性(红硬性）较好。高温下保证前三条，并有良好的抗扩散、抗氧化的能力。5.导热性和膨胀系数。导热性↑，切削温度↓，刀具使用寿命长；线膨胀系数↓，刀具热变形↓，加工件精度↑。7.经济性。二、刀具材料类型刀具材料类型工具钢硬质合金陶瓷超硬刀具人造金刚石立方氮化硼氮化硅陶瓷氧化铝碳化物氧化铝陶瓷碳化钛基类含铌、钽类钨钛钴类钨钴类高速钢合金工具钢碳素工具钢三、刀体材料刀具类型及刀体材料硬质合金螺纹刀具、成形铣刀、拉刀高速钢整体机

3、夹、可转位分体焊接小直径镗刀、铰刀碳钢或者合金钢合金钢：9CrSi、GCr15§2-2高速钢▲高速钢是一种含W、Mo、Cr、V等合金元素较高的合金工具钢。又称“锋钢”或“白钢”。主要性能指标：62~66HRC、抗弯强度3.3GPa、耐热性可达600℃。▲高速钢综合性能较好，应用范围最广的刀具材料。▲热处理变形小、能锻造、易磨出较锋利的刃口、可制造结构复杂的成形刀具。例如孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、切齿刀具等。一、通用型高速钢：应用最广，占75%；分为钨系和钨钼系；含碳量0.7~0.9%。钨系：W18Cr4V(18-4-1)钨钼系：W6Mo5Cr4V

4、2(6-5-4-2)钨钼系：W9Mo3Cr4V(9-3-4-1)二、高生产率高速钢：通过调整基本化学成分，或填加其他元素如C、V、Co、Al等提高其耐热性和耐磨性。高碳高速钢：合金元素全部形成碳化物高钒高速钢：V增加至3-5%，2800HV钴高速钢：W2Mo9Cr4VCo8(M42)铝高速钢：W6Mo5Cr4V2Al(501)三、粉末冶金高速钢：优点：结晶组织细小均匀，避免碳化物偏析，提高硬度与强度；物理力学性能各向同性，减少热处理变形与应力，可制造精密刀具；高速钢水高速钢粉末热压或压制烧结高压气体或者高压水雾优点：碳化物细小均匀，可加入大量合金元素或者

5、碳化物而不降低刃磨工艺性；粉末冶金高速钢提高材料利用率。三、粉末冶金高速钢：应用：成本较高，主要用于制造成形复杂刀具，如精密螺纹车刀、拉刀、切齿刀等。加工高强度钢、镍基合金、钛合金等难加工材料的刨刀、钻头、铣刀等。工艺方法及过程：物理气相沉积（PVD）：适当真空与温度环境下进行气化钛离子与氮反应，在阳极刀具表面生成TiN，厚度2－8微米。此外还有盐浴软氮化、气体软氮化、辉光离子化、纳米真空复合离子镀膜等工艺。四、涂层高速钢：优点：硬度高（2200HV），热稳定性高；切削力、切削温度下降25%，Vc、f、刀具寿命显著提高。涂层种类及各自的特点：TiN涂层T

6、iC涂层TiCN涂层TiAlN涂层AlTiN涂层TiAlCN涂层DLC(金刚石类涂层）CBC（硬质合金基类涂层）四、涂层高速钢：§2-3硬质合金一、硬质合金组成与性能绝大多数车刀、端铣刀和部分立铣刀、深孔钻、浅孔钻、铰刀等均已采用硬质合金制造。是目前最主要的刀具材料之一。组成：由硬度和熔点很高的碳化物（硬质相）和金属（粘结相）通过粉末冶金工艺制成的。硬质合金金属：Co、Mo、Ni粘结相硬质相碳化物：WC、TiC、TaC、NbC性能：硬度高：89~94HRA；耐磨性好；耐热性好：800~1000℃，加入TaC、NbC，有利于细化晶粒，提高合金的耐热性，可提

7、高到1000~1100℃。切削速度可达100~300m/min，比高速钢高4~10倍；抗弯强度低，冲击韧性差（常温下其韧性仅为高速钢的1/8~1/30），是典型的脆性材料。硬质合金按其化学成份和使用性能分为三大类：K类（YG）：钨钴类（WC+Co)P类（YT）：钨钛钴类（WC＋TiC＋Co）M类（YW）：加入稀有金属碳化物（WC＋TiC＋TaC(NbC)+Co）书上表2-3是常用硬质合金牌号与性能二、普通硬质合金分类、牌号与使用性能三、细晶粒、超细晶粒合金普通硬质合金WC粒度：几个微米细晶粒硬质合金WC粒度：1.5个微米超细晶粒硬质合金WC粒度：0.2-

8、1个微米硬质相和粘结相高度分散，增加粘结面积，提高粘结强度：硬度提高1.5-2H