车床刀具材料

,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2.3,刀具材料,1,刀具材料；,刀具,几何,参数；,刀具,结构,。,刀具的切削性能取决于切削部分的：,切削加工生产率和刀具耐用度的高低；,刀具消耗和加工成本的多少；,加工精度和表面质量的优劣。,刀具材料的合理选择，很大程度上决定了：,刀具材料的发展受工件材料发展的促进和影响。,刀具材料,的重要性,2,2.3.1,刀具材料应具备的性能,六大性能？,常用刀具材料种类？,3,局部,强力,作用；,高温；,剧烈摩擦；,大,应力,。,用刀具切削金属时，直接负担切削工作的是刀具的切削部分。,刀具切削部分的,工作条件,：,由需求,反推,刀具将迅速磨损和破损。,4,硬度是刀具材料应具备的基本,特,性。刀具要从工件上切下切屑，其硬度必须高,于工件，一般,60HRC,以上。,耐磨性是材料抵抗磨损的能力,。一般来说刀,具材料的硬度越高，耐磨性越好,。材,料组织中硬质点（碳化物、氮化物等）的硬度越高，数量越多，颗粒越小，分布越均匀，耐磨性越高。,刀具的耐,磨,性不仅取决于其硬,度,，和它的化,学成分，强度，显微组织，摩擦区温,度有关。,1,）高,的硬度和耐磨性,5,耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。,指刀具,材料在高温,下保,持硬度,、耐磨性、强度和韧性的,能力,。,刀,具材料的高温硬度越高,，则刀,具的切削性能越好，允许的切削速度越高。,除高温硬度外，刀具材料还应具有在高温下抗,氧化、抗粘结、抗扩散能,力，即化,学稳定性。,2,）足够的强度和韧性,3,）高的耐热性（热稳定性）,要使刀具在承受很大压力，以及切削过程中通常要出现的冲击和振动的条件下，而不产生崩刃和折断，刀具材料必须具备足够的强度和韧性。,6,刀具,材料的导热性越好，越利于切削区散热,，从而,降低切削温度。,刀具材料,耐热冲击性能,，即抵抗热冲击的能力。耐热冲击性能越好，刀具越不会因为热冲击产生内部裂纹而导致刀具断裂。,导,热系数大,，热量容易散走，刀具表面的温度梯度降,低；,热,膨胀系数小,，热变形减,小；,弹,性模量,小，可以降低因热变形而产生的交变应力幅度。,耐,热冲击性能好的刀具材料，切,削加工时,可使用切削液,。,4,）,良好的热物理性能,和,耐热冲击性能,7,经济性是刀具材料的重要指标之一，刀具材料的发展应结合本国资源。有的刀具虽然单件成本很高，但因其使用寿命很长，分摊到每个零件的成本不一定很高。,此外，在切削加工中自动化和柔性制造系统中，也要求刀具的切削性能比较稳定和可靠，有一定的可预测性和高度的可靠性。,5,）,良好,的工艺性,便于刀具制造，要求刀具材料具有良好的工艺性能，如锻造性能、热处理性能、高温塑性变形性能、磨削性能、焊接性能等。,6,）经济性,8,碳,素工具钢，合金工具钢，高速钢，硬质合金，陶瓷，金刚石，立方氮化硼,等。,碳素工,具,钢、合金工具钢，因为耐,热性差,，仅用于一些手,工工,具及切削速度较低的刀具。,高速钢、硬质合金：使用最普遍。,陶瓷、立方氮化硼、金刚石：逐渐增多。,常用刀具材料,9,2.3.2,高速钢,高速钢定义？,高速钢的特点？,高速钢分类？,粉末冶金高速钢的优点？,10,高速钢是一种含,有较多,W,、,Mo,、,Cr,、,V,等合金元素的高合金工具钢。,高速钢具有较高的热稳定性,，在切削温度高达,500-650,时，尚能进行切削。与碳素工具钢和合金工具钢相比，高速钢能提高切削速度,1-3,倍，提高刀具耐用度,10-40,倍，甚至更多。它可以加工的材料范围从有色金属到高温合金。,高速钢具有高的强度,（抗弯强度为一般硬质合金的,2-3,倍，为陶瓷的,5-6,倍）和韧性，具有一定的硬度（,63-70HRC,）和耐磨性，适合于各类切削刀具的要求，也可用于在刚性较差的机床上加工。,高速钢（锋钢）,11,高速钢工,艺性,能好,：,容,易磨成锋利的切削刃，能锻造，这一点对形状复杂即大型成型刀具非常重要。故在复杂刀具制造中，高速钢仍占主要地位。,高速钢材料性能较硬质合金和陶瓷稳定,，在自动机床上使用较可靠。,按其性能不同，高速钢可分为普通高速钢和高性能高速钢。按制造工艺方法不同，高速钢可分为熔炼高速钢和粉末高速钢。,12,含,碳量为,0.7%,0.9%,，按钨含量不同可分为钨钢,(12%,或,18%),、钨钼钢,(6%,或,8%),、钼钢,(2%,或,0%),。,这类钢按耐热性可称为,中,等热稳定性高速钢,。经,4h,加热至,615,620,后，可保持硬度,60HRC,。由于具有一定的硬度（,63,66HRC,）和耐磨性，高的强度和韧性，良好的塑性和磨削加工性，因此广泛用以制造各种复杂刀具，成为切削硬度在,250,280HBS,以下的大部分结构钢和铸铁的基,本刀具材料，占高速钢总产量的,75%-80%,。,通用型高速钢刀具的切削速度一般不太高，加,工普通钢料切削速度不高于,40,60m/min,。,1,）通用型高速钢,13,钨,钢,：,典型牌号,W18Cr4V,（简称,W18,），最基本钢种。可用以制造各种复杂刀具。磨削加工性好，塑性变形抗力较大。但强度和韧性显得不够，不宜做大截面的刀具。,钨钼钢,：典型牌号,W6Mo5Cr4V2,（简称,M2,），各国通用。抗弯强度比,W18,高,10%,15%,，冲击韧度高,50%,60%,，可做尺寸较大、承受冲击力较大的刀具。,14,高,性能高速,钢在,通用型高速钢成分中再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等合金元素的新型高速钢种,。,硬,度可达,67,70HRC,，加热至,630,650,时仍可保持,60HRC,的硬度，因此具有良好的切削性能，耐用度约为通用型高速钢刀具的,1.5,3,倍。适合于加工奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料,。,2,）高性能高速钢,15,是一种应用最广的含钴,超硬高速,钢，具,有良好的综合性,能。这种钢具有一定的韧性，,由于含钒量不高，磨削加工性好,。,硬度可达到,67-70HRC,，,600,时的高温硬度,55 HRC,，比,W18,钢高,6.5HRC,，因而允,许较高的切削速度,。用这种钢做的刀具在,加工耐热合金、不锈钢时，耐用度较,W18,钢有明显提高,。,W2Mo9Cr4VCo8,（,M42,）,16,W6Mo5Cr4V2Al,（,501,）,一种含铝的超硬高速钢，,600,时的高温硬度,54 HRC,，但由于不含钴，仍具有较高的强度和韧性。,具有优良的切削性能。在多数场合，其切削性能与,M42,钢相同。,与,W18,钢比较，,这种钢的磨削加工性较差,，热处理温度也较难控制。,17,粉末冶金高速钢（简称粉冶钢）是用高压氩气或纯氮气雾化熔融的高速钢水，直接得到细小的高速钢粉末，然后将这种粉末在高温高压下压制成致密的钢坯，最后将钢坯锻轧成钢材。,粉末冶金,是制,取金属粉末或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、,复合材料的,工艺技术,。,由于,粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。,3,）粉末冶金高速钢,18,可有效地解决一般熔炼高速钢在铸锭时要产生的粗大碳化物共晶偏析，得到,细小均匀的结,晶组,织,。晶粒尺寸小于,2-3um,，而不是熔炼钢的,8-20um,。大变形状态下，与,熔炼高速钢相比，强度和韧性分别提高,30%,40%,和,80%,90%,。,磨削加工性很好,，不会由于增加钒含量（为提高高速钢的耐磨性而加入）而降低磨削加工性。,由于物理力学性能的高度各向同性，,可减小淬火时的变,形,（只有熔炼钢的,1/21/3,）。,由于碳化物颗粒均匀分布的表面积较大，且不易从切削刃上剥落，故,耐磨性可提高,20%,30%,。,用粉末冶金法制造的高速钢有下列优点：,19,此外，,粉冶钢热成型时具有高的合格率,。这种方法还提供了在现有高速钢成分中加入大量碳化物（为增加钢的热稳定性和耐磨性而不使力学性能变坏），制成用旧方法无法生产的新钢种，和性能介于现有高速钢与硬质合金之间的新材料的可能性。,粉末冶金高速钢,适,于制造切削难加工材料的刀具,及大尺寸刀具（如滚刀、插齿刀），也适于制造精密工具和磨削加工量大的复杂刀,具。,对,于高压动载荷下使用的刀具（如断续切削刀具）以及小截面、薄刃刀具和成型刀具也适用。,20,2.3.3,硬质合金,硬质合金的定义？,硬质合金的特点？,常用硬质合金的分类及性能？,硬质合金的选用准则？,21,硬质合金是以,高硬度、高熔点的难熔金属碳化物,WC,、,TiC,等为基体，以金属,Co,、,Ni,等为粘结剂，用粉末冶金方法制成的一种合金。,硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高,。常用硬质合金硬度,89,93HRA,，比高速钢硬度高。硬质合金在,800,1000,时尚能进行切削。,硬质合金的切削性能比高速钢高得多,，刀具耐用度可提高几倍到几十倍，在耐用度相同时，切削速度可提高,4-10,倍。,硬质合金,22,常用硬质合金的抗弯强度为,0.9,1.5GPa,，比高速钢的强度低得多，断裂韧度也较差。因此，,硬质合金刀具不能像高速钢刀具那样能够承受大的切削振动和冲击负荷,。,硬质合金中碳化物含量较高时，硬度较高，但抗弯强度较低；粘结剂含量较高时，抗弯强度较高，但硬度较低。,硬质合金被广泛作为刀具材料,。绝大多数车刀和端铣刀都采用硬质合金制造；深孔钻、铰刀等刀具也广泛采用了硬质合金；就连一些复杂刀具如拉刀、齿轮滚刀也大量采用,硬质合金,。,硬质合金刀具还可用于,来加工高速钢刀具不能切削的,淬,硬钢,等硬材料,。,23,ISO(,国际标准化组织,),将切削用硬质合金分为三类：,1,）常用,硬质合金的分类及其性能,P,类,：用于加工长切屑的黑色金属，相当于,我,国,的,YT,类、,K,类,：用于加工短切屑的黑色金属、,有色金属,和,非金属材料，相当于我国的,YG,类。,M,类,：用于加工长或锻切屑的很色金属和,有色,金属,，相当于我国的,YW,类。,24,