机械制造工程原理

中北大学中北大学绪论绪论一、机械制造业的地位与作用一、机械制造业的地位与作用1、制造业是人类生存和开展的重要条件、制造业是人类生存和开展的重要条件2、制造业是人类文明开展的重要条件、制造业是人类文明开展的重要条件3、机械制造业在国民经济中是根底工业、机械制造业在国民经济中是根底工业4、制造业水平代表一个国家和地区的经济、制造业水平代表一个国家和地区的经济 实力实力综合国力综合国力二二.目前形势和任务目前形势和任务三三.课程的性质任务和目的课程的性质任务和目的四四.内容和要求内容和要求 1.掌握根本理论；掌握根本理论；2.掌握根本知识；掌握根本知识；3.掌握根本技能；掌握根本技能；4.了解国内外机械制造方面的新成就和开展趋势，了解国内外机械制造方面的新成就和开展趋势，能初步进行试验研究，锻炼和提高解决问题的能力；能初步进行试验研究，锻炼和提高解决问题的能力；v5.学习方法：学习方法：v 1要求举一反三要求举一反三,掌握规律掌握规律,打好根底；打好根底；v 2理论联系实际理论联系实际,防止关在房间死记硬背防止关在房间死记硬背v 这是理论性和实践性很强的课这是理论性和实践性很强的课,一定要与金一定要与金工工v 实习相联系实习相联系,多到实验室和工厂看看；多到实验室和工厂看看；v 3防止孤立静止的学习方法防止孤立静止的学习方法,学会分析问题的学会分析问题的方法方法影响零件质量的因素很多影响零件质量的因素很多,各章各门课要联各章各门课要联系起来系起来,靠一局部内容是不够的；靠一局部内容是不够的；v 4有的内容要自学有的内容要自学,有的局部要讨论；有的局部要讨论；v几点要求几点要求:v 1.不得随意缺课；不得随意缺课；v 2.按时交作业；按时交作业；v 3.实验提前准备实验提前准备;v 4.解决根底课解决根底课专业课人生又一适应问题。专业课人生又一适应问题。第第1章章 金属切削的根本要素金属切削的根本要素v金属切削加工：v 金属切削过程是在机械设备机床锉、锯靠人这部高级自动机作用下，工件与刀具相互作用的过程。其过程是：v 1.工件与刀具之间要有相对运动，即切削运动；v 2.刀具材料必须具有一定的切削性能硬度、耐磨、耐热、；v 3.刀具切削局部必须具有适当的几何参数切削角度。1.1 工件外表的成形方法和成形运动工件外表的成形方法和成形运动 工件的加工外表及其形成方法工件的加工外表及其形成方法1被加工工件的外表形状被加工工件的外表形状2.工件外表的形成方法工件外表的形成方法 v 各种典型外表都可以看作是一条线(称为母线)沿着另一条线(称为导线)运动的轨迹。母线和导线统称为形成外表的发生线。v1两条发生线及其外表形成方法 v2母线相对旋转轴线位置不同，所产生的外表 v 也不同(a)平面、(b)直线成形外表、(c)圆柱面、(d)圆锥面、(e)球面、(f)圆环面、g)螺旋面等3发生线的形成方法及所需的运动发生线的形成方法及所需的运动 v1)成形法 利用成形刀具对工件进行加工的方法。v 刀刃为切削线1，其形状和长短与需要形成的发生线v 2完全重合。v2)展成法利用工件和刀具作展成切削运动的加工方v 法。展成法需要一个展成运动滚齿和插齿，刀具v 与工件都旋转；用齿条形刀具加工齿轮，齿坯旋v 转，刀具作直线用动3 轨迹法 刀具作一定的轨迹运动来对工件进行加工，称为轨迹法。刀刃为切削点1，它按一定规律作直线或曲线(图为圆弧)运动，从而形成所需的发生线2。4 相切法 刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工的方法。v小结：欲得到所需的工件外表形状，刀具和工件必小结：欲得到所需的工件外表形状，刀具和工件必须按上述四种方法之一完成一定的运动，这个一定须按上述四种方法之一完成一定的运动，这个一定的运动称为外表形成运动。的运动称为外表形成运动。1.1.2 外表成形运动外表成形运动v定义：保证得到工件要求的外表形状的运动。定义：保证得到工件要求的外表形状的运动。v1.外表成形运动的组合外表成形运动的组合v 1简单运动组合简单运动组合v 车削外圆柱面时，形成母线和导线的方法都属于车削外圆柱面时，形成母线和导线的方法都属于轨迹法。其必要条件是有两个运动单元：一个是工件轨迹法。其必要条件是有两个运动单元：一个是工件的旋转运动的旋转运动B1产生母线圆；另一个是刀具的纵向产生母线圆；另一个是刀具的纵向直线运动直线运动A2产生导线产生导线(直线直线)。v又如刨削，牛头刨床(插床)的滑枕带着刨刀或龙门刨床工作台带着工件作往复直线运动，产生母线；牛头刨床插床的工作台带着工件或龙门刨床的刀架带着刀具作间歇的直线运动，产生导线。v 铣削时刀具旋转运动B1和工作台带着工件作直线运动A2。v简单运动组合：由一个旋转运动B1和一个直线运动A2组成。这两种运动最简单，也最容易得到，因而都称为简单成形运动。2复合成形运动复合成形运动v 加工飞机发动机叶片需要相当复杂的外表加工飞机发动机叶片需要相当复杂的外表成形运动。多个运动单元组成复合运动。成形运动。多个运动单元组成复合运动。v小结：上述两种成形运动虽都是旋转和直线小结：上述两种成形运动虽都是旋转和直线运动组成，但有本质区别：运动组成，但有本质区别：v1.简单运动组合各运动单元之间是互相独立简单运动组合各运动单元之间是互相独立v 的，没有严格的相对运动关系；的，没有严格的相对运动关系；v2.复合运动组合各运动单元之间是不能互相复合运动组合各运动单元之间是不能互相v 独立的，必须保持严格的相对运动关系。独立的，必须保持严格的相对运动关系。3零件外表成形所需的成形运动零件外表成形所需的成形运动v母线和导线是形成零件外表的两条发生线。因此，形成外表所需的成形运动就是形成母线及导线所需要的成形运动的总和。2.主运动、进给运动和合成切削运动主运动、进给运动和合成切削运动 1主运动使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最根本的运动。这个运动的速度最高、消耗功率最多。其形式可以是旋转也可能是直线运动，它可由工件完成，也可由刀具完成，且每种切削加工方法的主运动只有一个。2进给运动不断地把切削层投入切削的运动使主运动能够继续切除工件上多余金属层以形成新外表的运动。v进给运动也叫辅助运动，它可以由刀具车或工件铣完成。v进给运动最少有一个，但不只是一个，如外圆磨，内圆磨，滚齿，插齿。v进给运动可能是直线运动，可能是旋转运动，也可能是直线和旋转运动组合仿形铣连杆周边、旋风铣螺纹。v有的进给运动是靠刀齿的升量来实现逐层v 切削，如：拉削。v进给运动有连续的，也有间歇的。v无论哪种进给运动都比主运动消耗功率小。运动单元的组合是研究切削理论的重要内容之一在理论上，还可有更多更新颖的运动组合，但工艺上目前尚不能实现。我们根据运动组合和斜角切削理论研制的滚切端铣刀填补了新型加工方法的空白，其根本原理:滚切刀具加工v3合成切削运动合成切削运动由同时进行的主运动向量和由同时进行的主运动向量和进给运动向量合成的切削运动。进给运动向量合成的切削运动。v主运动方向主运动方向切削刃上选定切削刃上选定v 点相对工件的瞬时主运动方向。点相对工件的瞬时主运动方向。v进给运动方向进给运动方向切削刃上选定切削刃上选定v 点相对工件的瞬时进给运动方向。点相对工件的瞬时进给运动方向。v进给运动速度进给运动速度切削刃上选定切削刃上选定v 点相对工件的进给瞬时运动速度。点相对工件的进给瞬时运动速度。v合成切削速度合成切削速度切削刃上选定切削刃上选定v 点相对工件的合成切削运动速度。点相对工件的合成切削运动速度。它在工作进给剖面 内度量，值为：除加工丝杠或多头螺纹外，一般加工值很小。v合成切削速度角合成切削速度角主运动方向和合成切削运动方向之间的夹角。1.2 加工外表和切削用量三要素加工外表和切削用量三要素v切削过程中工件上的加工外表切削过程中工件上的加工外表v(1)待加工外表待加工外表 即将被切除金属层的外表。即将被切除金属层的外表。v Workspace surface to be cutthe surface from which the excess metal Will be cut off.(2)已加工外表已加工外表 已经被切除多余金属层而形成的新已经被切除多余金属层而形成的新外表这是我们所需要的外表外表这是我们所需要的外表 Machined surface it is a new surface from which the excess metal has already been cut off.v(3)过渡外表切削外表、加工外表过渡外表切削外表、加工外表刀刃正在刀刃正在切削着的外表。切削着的外表。v Cutting surface the surface that is being cutv在切削过程中，切削刃相对于工件运动的轨迹面，就是工件上的过渡外表和已加工外表。v 切削运动切削刃新外表v用图113(教材)加强对“切削运动切削刃新外表的认识：1.2.2 切削用量三要素切削用量三要素v 切削速度 、进给量 和切削深度 称为切削 用量三要素。v1.切削速度切削速度 主运动为回转运动时，切削速度的计算公式m/s或m/minv车：v镗:v钻：v刨 v2.进给速度进给速度 ，进给量，进给量 和每齿进给量和每齿进给量 v 进给速度进给速度 ：是单位时间内的进给位移量，单位是：是单位时间内的进给位移量，单位是 v mms(或或mmmin)；v 进给量进给量 ：是工件或刀具每回转一周时二者沿进给：是工件或刀具每回转一周时二者沿进给 v 方向的相对位移，单位是方向的相对位移，单位是mmr。v 对于刨削、插削等主运动为往复直线运动的加工，对于刨削、插削等主运动为往复直线运动的加工，虽然可以不规定间歇进给速度，但要规定间歇进给的虽然可以不规定间歇进给速度，但要规定间歇进给的进给量，单位为进给量，单位为mm/双行程。双行程。v 对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃刀具，对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃刀具，规定每齿进给量规定每齿进给量 ，单位是，单位是 mm/z(齿齿)。v 三者关系三者关系 v3切切削削深深度度背背吃吃刀刀量量 对对车车削削和和刨刨削削来来说说，切切削削深深度度为为工工件件上上已已加加工工外外表表和和待待加加工工外外表表之之间间的的垂垂直距离，单位为直距离，单位为mm。v车外圆时车外圆时 mm v v镗孔时镗孔时 mmv v钻孔时钻孔时 mmv 小结：小结：v 1.1.切削用量三要素几乎以后各章都用。切削用量三要素几乎以后各章都用。v 切削用量三要素是生产和科研中重要切削用量三要素是生产和科研中重要参数参数;v 2.2.切削深度切削深度ISOISO标准称作标准称作“背吃刀量。背吃刀量。1.3刀具角度刀具角度v1.3.1 刀具切削刀具切削局部的结构要素局部的结构要素v 外圆车刀切外圆车刀切削局部可以当作削局部可以当作各类切削刀具切各类切削刀具切削局部的根本形削局部的根本形态。其它各类刀态。其它各类刀具，包括复杂刀具，包括复杂刀具，都是在这个具，都是在这个根本形态上演变根本形态上演变出来的。出来的。v现代切削刀具引入“可转位概念之后,使得刀具切削局部的统一性获得了新的开展，许多结构迥异的切削刀具其切削局部都不过是一个或假设干个“可转位式刀片。刀具切削局部的这一步变革，大大促进了切削工具的开展。v1.三个外表：v(1)前刀面Ar在切削过程中，直接作用于被切削的金属层，并且切屑沿其排出的外表；v(2)后刀面A在切削过程中，与工件上过渡外表切削外表相对的外表；v(3)副后刀面A v 在切削过程中，v与工件上已加工外表v相对的外表。v2.切削刃(三个)v(1)主切削刃S Ar与 A相交而得到的边锋，用以形成工件的过渡外表，完成金属切削层切除的主要工作；v(2)副切削刃SAr与A相交而得到的边锋，它同主切削刃完成切除工作，并最终形成工件已加工外表；v3.刀尖(过渡刃)S和v S连接处通常有一小v 段直刃或圆弧，以提v 高强度和改善散热条v 件。称为刀尖(过渡刃)1.3.2 刀具角度参考系刀具角度参考系v 为了确定刀具切削局部刀面、切削刃的空间位置几何参数而假定的参考系。为了确定刀具切削局部刀面、切削刃的空间位置几何参数而假定的参考系。v1、刀具标注角度参考系静止系、刀具标注角度参考系静止系v tool-in-hand systemv什么叫刀具标注角度呢？什么叫刀具标注角度呢？v 刀具标注角度刀具标注角度是设计、制造、刃磨和检验所需要的，并在刀具设计图纸上予以标注是设计、制造、刃磨和检验所需要的，并在刀具设计图纸上予以标注的角度。它是在两个假定条件下的切削角度。的角度。它是在两个假定条件下的切削角度。v 假定条件：假定条件：1假定运动条件：只考虑主运动，即切削速度假定运动条件：只考虑主运动，即切削速度 的方向，的方向，不考虑进给运动的影响；不考虑进给运动的影响；2假定安装条件：刀具安装绝对正确。即对于车刀，刀假定安装条件：刀具安装绝对正确。即对于车刀，刀杆中心线垂直进给运动方向；刀尖刀刃选定点安装杆中心线垂直进给运动方向；刀尖刀刃选定点安装时与工件中心线等高。时与工件中心线等高。为了确定和测量车刀的几何角度，需要选取三个辅助平面为了确定和测量车刀的几何角度，需要选取三个辅助平面作为基准，这三个辅助平面是基面、切削平面和主剖面。作为基准，这三个辅助平面是基面、切削平面和主剖面。1基面基面 过切削刃上选定点，而垂直于主运动过切削刃上选定点，而垂直于主运动 方向的平面；方向的平面；2切削平面切削平面 过切削刃上选定点，与切削刃相过切削刃上选定点，与切削刃相 切，并垂直于基面切，并垂直于基面 的平面。的平面。Pr和Ps是十分重要的两个平面，和下面所述的任一剖面组合，构成不同的刀具角度参考系。3主剖面主剖面P0和主剖面正交平面参考系和主剖面正交平面参考系 主剖面主剖面P0正交平面正交平面过切削刃上选定点，同时垂过切削刃上选定点，同时垂直于基面直于基面Pr和切削平面和切削平面Ps的平面。的平面。此图表示此图表示PrPsP0组成组成一个正交的主剖面参考系。一个正交的主剖面参考系。4法剖面法剖面Pn和法剖面参考系和法剖面参考系 法剖面法剖面Pn过切削刃上选定点，并垂直于主切削过切削刃上选定点，并垂直于主切削刃或该点切线的平面。刃或该点切线的平面。由图可知，法剖面由图可知，法剖面PnS那么那么Pn Ps。但不一定垂。但不一定垂直直Pr PnPsPr构成法剖面构成法剖面参考系。参考系。5进给剖面进给剖面Pf和切深剖面和切深剖面Pp及其参考系及其参考系v进给剖面进给剖面Pf过切削刃上选定点，平行于进给运动方过切削刃上选定点，平行于进给运动方向并垂直于基面向并垂直于基面Pr的的 平面。平面。v切深剖面切深剖面Pp过切削刃上选过切削刃上选定点，同时垂直于基面定点，同时垂直于基面Pr和进和进给剖面给剖面Pf的平面。的平面。PrPfPp组成进给、切深组成进给、切深剖面参考系剖面参考系2.刀具工作角度参考平面刀具工作角度参考平面根据根据ISO标准形成标准形成 工作系工作系tool-in-use system 为了确定刀具工作状态下的切削角度，就必须按合成为了确定刀具工作状态下的切削角度，就必须按合成切削运动方向建立参考系见表切削运动方向建立参考系见表11。1.3.3 刀具标注角度刀具标注角度1.主剖面参考系内的标注角度主剖面参考系内的标注角度1在主剖面在主剖面P0内的标注角度内的标注角度1)前角前角0：在主剖面内度量的：在主剖面内度量的基面基面Pr与前刀面与前刀面Ar之间的夹角。之间的夹角。2)后角后角0：在主剖面内度量的后：在主剖面内度量的后刀面刀面A 与切削平面与切削平面Ps之间的夹角。之间的夹角。3)楔角楔角0：在主剖面内度量的前：在主剖面内度量的前刀面刀面Ar与后刀面与后刀面 A 之间的夹角。之间的夹角。0900 0+0 v(2)在切削平面在切削平面Ps内的标注角度内的标注角度 刃倾角s：在切削平面内度量的主切削刃S与基面Pr的夹角。v(3)在基面在基面Pr内的标注角度内的标注角度 1)主偏角Kr：在基面Pr内度量的切削平面Ps与进给平面Pf的夹角。或主切削刃S在基面Pr内投影与进给平面Pf的夹角。2)刀尖角r在基面Pr内切削平面Ps和副切削平面Ps间的夹角。r1800-(kr+kr)小结：小结：1.在主剖面参考系里在主剖面参考系里5个角度个角度0、0、0、s、kr2.0是派生的角度。除是派生的角度。除0外外4个角度是独立的。个角度是独立的。3.刃倾角和主偏角给定后，主切削刃刃倾角和主偏角给定后，主切削刃S在空间的方位在空间的方位就唯一被确定。就唯一被确定。4.给定给定0和和0后，前刀面和后刀面也唯一被确定。后，前刀面和后刀面也唯一被确定。5.对于单刃刀具，假设给定这对于单刃刀具，假设给定这4个独立角度，那么它的个独立角度，那么它的切削局部的几何形状便被唯一确定。切削局部的几何形状便被唯一确定。6.副切削刃也有副切削刃也有4个独立角度：个独立角度：0、0、kr、s7.0、0、s有正负之分。有正负之分。2.法剖面参考系内的标注角度法剖面参考系内的标注角度 在法剖面在法剖面P0内标注的角度内标注的角度1)法前角n：在法剖面内度量的Ar与Pr的夹角。2)法后角n：在法剖面内度量的Ps与A的夹角。3)法楔角n：在法剖面内度量的Ar与A的夹角。三个角度有如下关系：n+n+n=90o 3进给、切深剖面参考系内的标注角度进给、切深剖面参考系内的标注角度 同上述同理：进给、切深剖面参考系中的同上述同理：进给、切深剖面参考系中的标注角度有公共局部标注角度有公共局部Kr、Kr；Pf内的角度有：内的角度有：f、f、f；Pp内的角度有：内的角度有：p、p、p。v小结小结：1.一把车刀标出六个角度一把车刀标出六个角度 即可。即可。不必标封闭的值。不必标封闭的值。2.要掌握三个参考系中的参考平面的概念，这在刀具要掌握三个参考系中的参考平面的概念，这在刀具上是见不到的，而是设计时规定的参考平面。上是见不到的，而是设计时规定的参考平面。3.掌握主要标注角度掌握主要标注角度 的定义，而后，的定义，而后，其余其余 就好理解了。就好理解了。1.3.4 刀具角度换算刀具角度换算1主剖面与法剖面内的角度换算主剖面与法剖面内的角度换算 1设计、制造、刃磨、检验要知道法剖面设计、制造、刃磨、检验要知道法剖面 内角度；内角度；2大刃倾角刀具如螺旋圆柱铣刀规定大刃倾角刀具如螺旋圆柱铣刀规定 必须标注法剖面内角度；必须标注法剖面内角度；3法平面参考系应用越来越广泛。法平面参考系应用越来越广泛。主法剖面角度换算图任意剖面与主剖面正交平面内前、后角任意剖面与主剖面正交平面内前、后角之间的角度换算之间的角度换算 任意剖面角度换算图任意剖面角度换算图 v当0时，与主切削刃重合v 切削刃前角即刃倾角v 定义v 无定义v当90时，在主剖面内v当90 r时，在切深剖面内v v v当 时，在进给剖面内v由上两式得v同理后角关系为刀具的工作角度刀具的工作角度v刀具工作角度刀具工作角度刀具在工作状态下的切削角度；按刀具在工作状态下的切削角度；按切削工作中的参考系确定的角度；同时考虑和安装条切削工作中的参考系确定的角度；同时考虑和安装条件下的角度。件下的角度。v刀具工作角度就是刀具实际切削中的角度刀具工作角度就是刀具实际切削中的角度v1.进给运动对工作角度的影响进给运动对工作角度的影响v1横向进给运动的影响横向进给运动的影响实际上工件转一转d，刀具近给量为，刀具每转一个微小的角度 ，刀具横向移动vd是不断减小的变量值。v 切断刀越切到工件中心为什么越容易打刀？这里是一个主要影响因素。综合分析时切记这是第一条关键内容，第二，第三等以后个章再补充。v 2纵向进给运动的影响换算到正交平面内 右侧正好相反 2.刀具安装位置对工作角度的影响刀具安装位置对工作角度的影响v1刀具安装上下的影响刀具安装上下的影响假定，在切深剖面内换算到主剖面内：当刀尖安装低于工件中心线时 镗孔时：计算公式与上述外圆车削计算式符号相反；当考虑刃倾角时：(a)式中 (b)车外圆时：A点高于工件中心，式(a)中取+式(b)中取 A点低于工件中心，式(a)中取式(b)中取+镗孔时：与车削时相反2刀杆中心线与进给方向不垂直时的影响刀杆中心线与进给方向不垂直时的影响 1.4 切削层参数与切削方式切削层参数与切削方式v切削层参数切削层参数v定义：定义：v切削层切削层在切削过程中，主运动一个循环刀具切在切削过程中，主运动一个循环刀具切削刃在一个进给量时从工件待加工外表上切下的一削刃在一个进给量时从工件待加工外表上切下的一层金属层。层金属层。v切削层参数切削层参数指切削层金属的切面尺寸，它决定指切削层金属的切面尺寸，它决定刀具切削局部所承受的负荷和切削层尺寸大小。刀具切削局部所承受的负荷和切削层尺寸大小。当外圆车刀的主切削刃是直线时 车刀主切削刃是曲线时 不同选定点切削厚度是不同的 1.切削层厚度切削层厚度 在主切削刃选定点的基面内，垂直于过渡外表测量在主切削刃选定点的基面内，垂直于过渡外表测量的切削层尺寸，的切削层尺寸，2.切削宽度切削宽度在主切削刃选定点的基面内，沿过渡外表测量的切削在主切削刃选定点的基面内，沿过渡外表测量的切削层尺寸，层尺寸，当车刀刃是直线时 当车刀刃是直线时 切削宽度是曲线弧长 3.切削面积切削面积AD 这是理论切削面积，实际上走刀量螺纹线形成螺纹面，有残留断面积，它的高度影响外表粗糙度。实际切削面积为4.金属切除率金属切除率 单位时间内刀具从工件上切除的金属体积，它是衡量切削加工效率的指标。对于车削 近似计算公式对于钻孔对于扩孔1.4.2 切削方式切削方式v1.直角切削与斜角切削v2.自由切削与非自由切削v3.直角自由切削与非直角自由切削1.5 刀具材料刀具材料v刀具材料的重要性：俗语刀具材料的重要性：俗语“没有金刚钻，别揽瓷器没有金刚钻，别揽瓷器活。活。v刀具材料应具备的根本性能刀具材料应具备的根本性能v 1.硬度硬度v 2.强度和韧性强度和韧性v 3.耐磨性耐磨性v 4.耐热性耐热性v 5.减磨性减磨性v 6.导热行和热膨胀系数导热行和热膨胀系数v 7.工艺性和经济性工艺性和经济性1.5.2 高速钢高速钢v1.高速钢的种类及化学成分高速钢的种类及化学成分v2.高速钢的性能高速钢的性能v3.高速钢的开展高速钢的开展v 1改变化学成分锰、稀土元素、钒、钴、硅、改变化学成分锰、稀土元素、钒、钴、硅、铌、铝、氮等铌、铝、氮等v 2粉末冶金技术粉末冶金技术v 3外表化学渗入技术外表化学渗入技术v 4外表涂覆硬质薄膜技术外表涂覆硬质薄膜技术硬质合金硬质合金微米级的粉末冶金微米级的粉末冶金v硬质相：硬质相：WC、TiCv粘结剂：粘结剂：Co或或Niv1.高温碳化物高温碳化物v硬质合金的性能取决于碳化物碳化物的种类、性能、数量、粒度、粘结剂分量。(1)碳化物的种类和性能(2)碳化物的粒度2.硬质合金的种类和牌号硬质合金的种类和牌号 (1)WC为基为基 1)YG类(WC+Co)2)YT类(WC+TiC+Co)3)YW类(WC+TiC+TaC(NbC)+Co)4)YA类(WC+TaC(NbC)+Co)(2)TiC为基为基 YN类(TiC+WC+Ni+Mo)3.硬质合金的性能硬质合金的性能v (1)硬度：v HRA8993；在700800时，HRC70左右。v 含TaC(NbC)，高温硬度 v2抗弯强度：v 常用硬质合金的抗弯强度在0.91.5GPav 粘结剂比例，b。TiC，b v3韧性：v 硬质合金的值仅为高速钢的 1/301/8v TiC,kv4导热系数k：(见表15)v TiC,kv5线膨胀系数：(见表15)v6抗冷焊性v 硬质合金抗冷焊性比高速钢v YT类比YG类(WC+Co)4.硬质合金的选用硬质合金的选用5.新型硬质合金新型硬质合金1添加碳化钽添加碳化钽(TaC)和碳化铌和碳化铌(NbC)的硬质合金的硬质合金 在在WCCo合金中添加少量合金中添加少量TaC或或NbC可显著提高常可显著提高常温硬度、高温硬度、高温强度和耐磨性，而抗弯强度略温硬度、高温硬度、高温强度和耐磨性，而抗弯强度略有降低。表有降低。表l6中的中的YG6A就是这种合金。在就是这种合金。在TiC含量少含量少于于10的的WCTiCCo合金中，添加少量合金中，添加少量TaC(或或NbC)，可以获得较好的综合机械性能，既可加工铸铁、，可以获得较好的综合机械性能，既可加工铸铁、有色金属，又可加工碳素钢、合金钢，也适合于加工高有色金属，又可加工碳素钢、合金钢，也适合于加工高温合金、不锈钢等难加工材料，从而有温合金、不锈钢等难加工材料，从而有“通用合金之通用合金之称。目前，这种硬质合金应用日益广泛，而且在国际市称。目前，这种硬质合金应用日益广泛，而且在国际市场上的竞争力强，场上的竞争力强，YG，YT类旧牌号硬质台金呈被淘汰类旧牌号硬质台金呈被淘汰趋势。趋势。(2)涂层硬质合金涂层硬质合金 解决刀具硬度、耐磨性与强度、韧性之间矛盾的最解决刀具硬度、耐磨性与强度、韧性之间矛盾的最好方法是采用涂层技术。在好方法是采用涂层技术。在YG8，YT5上用上用CVD法法(化化学气相沉积法学气相沉积法)涂上颗粒极细涂上颗粒极细TiC、TiN或或Al2O3等提高等提高刀具耐磨性。复合涂层合金，其性能优于单层。金刚石刀具耐磨性。复合涂层合金，其性能优于单层。金刚石涂层硬质合金刀具，刀具使用寿命可提高涂层硬质合金刀具，刀具使用寿命可提高50倍、而本钱倍、而本钱仅提高仅提高10倍。倍。涂层合金也有局限性涂层合金也有局限性(3)细晶粒和超细晶粒硬质合金细晶粒和超细晶粒硬质合金 一般硬质合金中的晶粒均大于lm，如使晶粒细化到小于l0.5m，耐磨性有较大改善，刀具使用寿命可提高l2倍。添加Cr203可使晶粒细化。这类合金可用于加工冷硬铸铁、淬硬钢、不锈钢、高温台金等难加工材料。(4)TiC基和基和Ti(C，N)基硬质合金基硬质合金 TiC基合金是以基合金是以TiC为主体成分，以镍、钴作粘为主体成分，以镍、钴作粘结剂，结剂，TiC含量达含量达6070。与。与WC基合金比较，基合金比较，它的硬度较高，抗冷焊磨损能力较强，热硬性也它的硬度较高，抗冷焊磨损能力较强，热硬性也较好，但韧性和抗塑性变形的能力较差，性能介较好，但韧性和抗塑性变形的能力较差，性能介于陶瓷和于陶瓷和WC基合金之间。国内代表性牌号是基合金之间。国内代表性牌号是YNl0和和YN5，它们适合于碳素钢、合金钢的半精，它们适合于碳素钢、合金钢的半精加工和精加工，其性能优于加工和精加工，其性能优于YTl5和和YT30。在在TiC基合金中进一步参加氮化物形成基合金中进一步参加氮化物形成Ti(C，N)基硬质合金。基硬质合金。Ti(C，N)基硬质合金的强度、韧性、基硬质合金的强度、韧性、抗塑性变形的能力均高于抗塑性变形的能力均高于TiC基合金，是很有开展基合金，是很有开展前景的刀具材料。前景的刀具材料。(5)添加稀土元素的硬质合金添加稀土元素的硬质合金 在在WC基合金中，参加少量稀土元素能有效地基合金中，参加少量稀土元素能有效地提高合金的韧住、抗弯强度和耐磨性。适用于粗提高合金的韧住、抗弯强度和耐磨性。适用于粗加工，目前处于研究阶段。加工，目前处于研究阶段。(6)高速钢基硬质合金高速钢基硬质合金 TiC或或WC作硬质相作硬质相(占占3040)，以高速钢，以高速钢作粘结剂作粘结剂(占占6070)，用粉末冶金工艺制成。，用粉末冶金工艺制成。其性能介于硬质合金和高速钢之间，具有良好的其性能介于硬质合金和高速钢之间，具有良好的耐磨性和韧性，改善了工艺性，适合于制造复杂耐磨性和韧性，改善了工艺性，适合于制造复杂刀具。刀具。超硬刀具材料超硬刀具材料 1陶瓷陶瓷 (1)纯氧化铝陶瓷 主要用Al203加微量添加剂(如MgO)，经冷压烧结而成，是一种廉价的非金属刀具材料。其抗弯强度为400500Nmm2，硬度HRA9l92。缺点：抗弯强度太低，难以推广应用。(2)复合氧化铝陶瓷 在Al203基体中添加高硬度、难熔碳化物(如TiC)，并参加一些其它金属(如镍、钼)进行热压而成的一种陶瓷。其抗弯强度为800Nmm2以上，硬度到达HRA9394。陶瓷具有很高的高温硬度，在1200时硬度尚能到达HRA80；化学稳定性好，与被加工金属亲和作用小。但陶瓷的抗弯强度和冲击韧性较差对冲击十分敏感。(3)(3)复合氮化硅陶瓷复合氮化硅陶瓷 在Si3N4基体中添加TiC等和金属Co等进行热压、可以制成复合氯化硅陶瓷。它的机械性能与复合氧化铝陶瓷相近，特别适合于切削冷硬铸铁和淬硬钢。在自然界陶瓷原料多，价格低。缺点：抗冲击能力低 2.金刚石金刚石 金刚石分天然和人造两种，它们都是碳的同素异构体。其硬度高达HV10000，是自然界中最硬的材料。天然金刚石质量好，但价格昂贵,人造金刚石是在高温高压条件下借助于某些台金的触媒作用，由石墨转化而成。金刚石能切削陶瓷、高硅铝合金、硬质合金等难加工材料，还可以切削有色金属及其合金，但不能切削铁族材料。因为金刚石中碳元素和铁元素有很强的亲和性，碳元素向工件扩散，加快刀具磨损。当温度大于700时，金刚石转化为石墨结构而丧失了硬度。金刚石刀具的刃口可以磨得很锋利，对有色金属进行精密和超精密切削时，外表粗糙度可到达0.01一0.1m。3.立方氮化硼立方氮化硼 氮化硼的性质和形状同石墨很相似。六方氮氮化硼的性质和形状同石墨很相似。六方氮化硼经高温高压处理转化为立方氮化硼化硼经高温高压处理转化为立方氮化硼(CBN)。立方氮化硼是六方氯化硼的同素异构体，其硬度立方氮化硼是六方氯化硼的同素异构体，其硬度仅次于金刚石。两者的性能比较见表仅次于金刚石。两者的性能比较见表17。立方。立方氯化硼的热稳定性和化学惰性优于金刚石，可耐氯化硼的热稳定性和化学惰性优于金刚石，可耐1300一一l 500的高温。用于切削淬硬钢、冷硬的高温。用于切削淬硬钢、冷硬铸铁、高温合金等，切削速度比硬质合金高铸铁、高温合金等，切削速度比硬质合金高5倍。倍。立方氮化硼刀片多采用机夹式或焊接式。立方氮化硼刀片多采用机夹式或焊接式。