金属切削原理与刀具设计刀具材料PPT资料

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,Hier bitte nichts ndern/eingeben!,Hier bitte nichts ndern/eingeben!,Hier bitte nichts ndern/eingeben!,Hier bitte nichts ndern/eingeben!,Hier bitte nichts ndern/eingeben!,Hier bitte nichts ndern/eingeben!,Hier bitte nichts ndern/eingeben!,Hier bitte nichts ndern/eingeben!,Hier bitte nichts ndern/eingeben!,Hier bitte nichts ndern/eingeben!,金属切削原理与刀具(doj)设计课件刀具(doj)材料,第一页，共27页。,对刀具切削部分材料的要求,1）高的硬度和耐磨性,2）足够的强度和韧性(rn xn),3）较好的热硬性,4）良好的工艺性,5）经济性,2.1 概述(i sh),刀具材料简介,刀具材料对刀具的寿命、加工质量、切削效率和制造成本均有较大(jio d)的影响,刀具切削部分在切削时要承受高温、高压、强烈的摩擦、冲击和振动,第二页，共27页。,图2-,2,刀具材料的发展与切削加工高速化的关系,切削速度（,m/min）,2000,1000,500,200,100,50,20,10,1800 1850 1900 1950 2000 年代,碳素工具钢,合金工具钢,WC,系硬质合金,高速钢,WC-TiC,系硬质合金,涂层硬质合金,TiAlN,涂层硬质合金,DLC,涂层硬质合金,TiC-TiN,金属陶瓷,聚晶立方氮化硼（,PCBN）,陶瓷,聚晶金刚石,（,PCD）,2.1 概述(i sh),刀具材料的发展,第三页，共27页。,天然金刚石,PCBN,PCD,氧化物陶瓷,氮化物陶瓷,硬质合金涂层,WC,硬质合金涂层,超细粒状硬金属涂层,高速钢,TiN,涂层高速钢,断裂韧性,耐磨性,图2-,3,刀具材料的耐磨性与断裂韧性,2.1 概述(i sh),第四页，共27页。,刀具材料种类很多，常用的有：,碳素工具钢,合金工具钢,高速钢,硬质合金,陶瓷,金刚石（天然(tinrn)和人造）,立方氮化硼等,2.2 刀具(doj)材料,常用刀具材料,第五页，共27页。,工具钢,碳素工具钢是指含碳0.65%-1.35%的优质(yuzh)高碳钢。常用T12A。,特点：耐热性差,应用：常用于制造各种手工与低速工具。（如锉刀）,2.2.1 工具钢与合金(hjn)工具钢,合金(hjn)工具钢,合金工具钢是指在高碳钢中加入,Si、W、Mn,等合金元素（一般不超过3%-5%），可提高淬透性和回火稳定性，细化晶粒，减小变形。常用9,SiCr、CrWMn。,应用：常用于制造各种低速工具。（如丝锥、板牙）,第六页，共27页。,高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素(yun s)的高合金工具钢。,别名：,（风钢）良好的淬透性，空气中冷却就可得到高硬度。,（锋钢）刃容锋利。,（白钢）磨光后，表面光亮。,.2,高速钢,第七页，共27页。,特点,1）较高的热稳定性：切削温度高达500-650，与碳素工具钢，合金工具钢相比，切削速度提高1-3倍，耐用度提高10-40倍，可加工(ji gng)有色金属至高温合金（范围广）。,2）高强度，韧性：抗弯强度为硬质合金的2-3倍数，是陶瓷的5-6倍，韧性比它们高几十倍。,3）一定的硬度（HRC63-70）：耐磨性好，适合各类切削刀具的要求，也可用于在刚性较差的机床上加工(ji gng)。,4）可加工(ji gng)性好，热处理变形较小。,5)材料性能较硬质合金和陶瓷稳定，在自动机床上使用可靠。,因此，尽管各种新型刀具材料不断出现，高速钢仍占现用刀具材料的一半以上。,2.2,.2,高速钢,第八页，共27页。,分类(fn li),.2,高速钢,普通高速钢,常用W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V,高性能高速钢,再加入一些合金、性能高。如W6MoSCr4V2、W6MoSCr4V3，比通用型高速钢具有更好的切削性能，适合于加工(ji gng)奥氏体不锈钢、高温合金、钍合金和高强度铡等难加工(ji gng)材料。,粉末冶金高速钢,制造工艺不同，其性能优于上述的高速钢。,第九页，共27页。,普通(ptng)高速钢,分钨钢，钨钼钢两类，V不高于40-60%。,钨钢,W18Cr4V（1841）此牌号国内普遍使用，性能稳定，刃磨、热处理工艺控制较方便，国外钨价高，很少使用。综合性能好，600，用以制造各种复杂刀具。,优点：（1）淬火时过热倾向小。（2）含钒少，磨加工性好。（3）碳化物含量高，塑性变形抗力较大,缺点：（1）碳化物分布不均匀，剩余碳化物颗粒大（最大30m），影响薄刃刀具或小截面刀具的耐用度。（2）强度和韧性，显得不够，此材料直径30mm，抗弯强度3.5Ga；直径6080mm，抗弯强度，适宜做小截面刀具，此时强度，韧性才是满意(mny)的。（3）热塑性差，很难用作热成形法制造的刀具（如热轧钻头）。,.2,高速钢,第十页，共27页。,普通(ptng)钢高速,钨钼钢,W6M05Cr4V2（6542），因为缺钨而产生,优点,（1）合金元素少，减少了碳化物数量及分布不均匀性，有利于提高高温塑性、抗弯强度、冲击韧性，抗弯强度比W18高1015%，韧性高5060%。,（2）可加大截面刀具，可做尺寸较大，承受冲击力较大的刀具。,缺点(qudin),淬火温度范围窄，脱碳，过热敏感性大，主要用于热轧刀具（扭槽，麻花钻）,.2,高速钢,第十一页，共27页。,应用：常用于制造(zhzo)各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。,高速钢的表面处理与涂层,表面化学处理：提高刀具的切削性能,如：（氧氮化处理）：将刀具成品置于氨气和水蒸气的混和体中，540560保温12小时，形成氧化膜，内层为氧、氮、碳扩散层：厚。HV1000以上，耐用度提高60%-70%。,涂层：物理气相沉积TiN涂层,550以下高真空下进行，钛气化与氮反应，生成TiN（），HRC80以上，切削力，切削温度下降25%，Vf提高一倍，耐用度显著提高。重磨后，性能仍优于普通高速钢。,2.2.2 高速钢刀具(doj)材料,第十二页，共27页。,表2-1 常用高速钢牌号及其应用范围,类别,牌 号,主 要 用 途,普通,高速钢,W18Cr4V,广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等,W6Mo5Cr4V2,用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等,W14Cr4VmnRe,用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等,高性能高速钢,高碳,95,W18 Cr4V,用于制造对韧性要求不高，但对耐磨性要求较高的刀具,高矾,W12Cr4V4 Mo,用于制造形状简单，对耐磨性要求较高的刀具,超硬,W6Mo5Cr4V2Al,用于制造复杂刀具和难加工材料用的刀具,W10Mo4Cr4V3Al,耐磨性好，用于制造加工高强度耐热钢的刀具,W6Mo5Cr4V5SiNbAl,用于制造形状简单的刀具，如加工铁基高温合金的钻头,W12Cr4V3 Mo3Co5Si,耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢的刀具,W2Mo9Cr4VCo8（M42）,用作难加工材料的刀具，因其磨削性好可作复杂刀具，价格昂贵,.2,高速钢,第十三页，共27页。,超硬刀具材料包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼三种。金刚石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非铁金属、耐磨材料和塑料，如铝及铝合金、黄铜、预烧结的硬质合金和陶瓷、石墨、玻璃纤维、橡胶及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬钢、喷涂材料、冷硬铸铁和耐热合金等。,天然金刚石是自然界最硬的材料，根据其质量的不同，硬度范围为HK800012000（HK，Knoop硬度，单位kgf/mm2），密度为。由于天然金刚石是一种各向异性的单晶体(jngt)，因此，在晶体(jngt)上的取向不同，耐磨性及硬度也有差异，其耐热性为700800。天然金刚石的耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达m左右，刀具寿命可长达数百小时。但天然金刚石价格昂贵，因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求极高的零件的刀具，如加工磁盘、激光反射镜、感光鼓、多面镜等。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。,聚晶金刚石是由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，因此不存在各向异性，其硬度比天然金刚石低，为HK65008000，价格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成为当前金刚石刀具的主要材料，可在大部分场合替代天然金刚石刀具。,用等离子CVD法开发的金刚石涂层刀具，其基体材料为硬质合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金刚石相同。由于可在形状复杂的刀具（如硬质合金麻花钻、立铣刀、成形刀具及带断屑槽的刀片等）上进行涂层，故具有广阔的发展前途。,聚晶立方氮化硼是由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV 30004500间变动，其耐热性达1200左右，化学惰性很好，在1000的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。,由于陶瓷、金刚石和立方氮化硼等材料韧性差、硬度高，因此要求使用这类刀具的机床刚性好、速度高、功率足够、主轴偏摆小，并且要求机床一夹具一工件一刀具系统的刚性好。只有这样才能充分发挥这些先进刀具材料的作用，取得良好的使用效果。,硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金属粘结剂（如Co、Ni、Mo等）经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。,性能,硬度可达8993HRA（74-82HRC）,切削(qixio)温度达8001000,切削(qixio)速度可达100300mmin,韧性差，抗弯强度低，不能承受较大的冲击载荷,.3 硬质合金(yn zh h jn),第十四页，共27页。,超硬刀具材料包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼三种。金刚石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非铁金属、耐磨材料和塑料，如铝及铝合金、黄铜、预烧结的硬质合金和陶瓷、石墨、玻璃纤维、橡胶及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬钢、喷涂材料、冷硬铸铁和耐热合金等。,天然金刚石是自然界最硬的材料，根据其质量的不同，硬度范围为HK800012000（HK，Knoop硬度，单位(dnwi)kgf/mm2），密度为。由于天然金刚石是一种各向异性的单晶体，因此，在晶体上的取向不同，耐磨性及硬度也有差异，其耐热性为700800。天然金刚石的耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达m左右，刀具寿命可长达数百小时。但天然金刚石价格昂贵，因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求极高的零件的刀具，如加工磁盘、激光反射镜、感光鼓、多面镜等。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。,聚晶金刚石是由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，因此不存在各向异性，其硬度比天然金刚石低，为HK65008000，价格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成为当前金刚石刀具的主要材料，可在大部分场合替代天然金刚石刀具。,用等离子CVD法开发的金刚石涂层刀具，其基体材料为硬质合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金刚石相同。由于可在形状复杂的刀具（如硬质合金麻花钻、立铣刀、成形刀具及带断屑槽的刀片等）上进行涂层，故具有广阔的发展前途。,聚晶立方氮化硼是由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV 30004500间变动，其耐热性达1200左右，化学惰性很好，在1000的温度下不