刀具材料及选用.ppt

《切削原理及刀具的选用》1）硬度-----最基本特性高硬高温高压下保持几何形状。最差的碳素工具钢62HRC以上高速钢63～67HRC、硬质合金更硬2）足够的强度、韧性------承受切削力和抗冲击力强度用刀具材料的抗弯强度σbb表示，韧性αk。3）耐磨性和耐热性-----抗磨损、高温下保持高硬度红硬性：4）良好的热导率5）良好的工艺性和经济性6）抗粘结性7）化学稳定性刀具的选用刀具材料应具有的基本性能2020/4/261《切削原理及刀具的选用》高硬度刀具材料的硬度必须高于被加工工件材料的硬度，以使刀具在高温、高压下仍能保持刀具锋利的几何形状。常温下，刀具材料的硬度都在HRC62以上足够的强度和韧性刀具切削部分的材料在切削时要承受很大的切削力和冲击力，因此刀具材料必须要有足够的强度和韧性，一般用刀具材料的抗弯强度σb表示它的强度大小，用冲击韧度σk表示其韧性的大小。它们反映刀具材料抵抗脆性断裂和崩刃的能力高耐磨性和耐热性刀具材料的耐磨性是指抵抗磨损的能力，一般来说，刀具材料的硬度越高，耐磨性越好；耐热性通常用材料在高温下保持较高硬度的性能来衡量，即红硬性，耐热性越好，刀具材料在切削过程中抗变形和抗磨损的能力就越强良好的导热性刀具材料的导热性用热导率表示，热导率大导热性能好，切削时产生的热容易传导出去，从而降低刀具切削部分的温度，减轻道具的磨损，提高刀具材料耐热冲击和抗热龟裂的能力良好的工艺性刀具材料要有较好的可加工性，包括：锻压、焊接、切削加工、热处理、可磨性等，以方便刀具的制造经济性价格便宜，容易推广使用，获得好的效益2020/4/262《切削原理及刀具的选用》高速钢Highspeedsteel钨钴类YG钨钛钴类YT高性能高速钢普通高速钢硬质合金Cementedcarbide钨钛钽（铌）钴类YW涂层/陶瓷纯氧化铝类（白色陶瓷）TiC添加类（黑色陶瓷）立方碳化硼CNB聚晶金刚石ND合金钢加钨W/钼Mo/钒V/铬Cr/钴Co等,强度高、韧性好、易加工，HRC62~67,Vc60m/min.用钼Mo/镍Ni/钴Co等将WC/TiC/TaC粘合烧结而成,耐热、高硬、但韧性差、加工性差。HRC80,Vc=（4~10）V高速.高硬HRC78、耐热,抗弯性差、韧性差，抗冲击能力差，易崩刃。刀具材料的种类2020/4/263《切削原理及刀具的选用》高速钢刀具----韧性好，一般做成整体式，数控常用。主要特征有：淬火温度极高（1200℃）而淬透性极好，使刀具整体的硬度一致。回火时有明显的二次硬化现象，甚至比淬火硬度更高且耐回火软化性较高，在600℃仍能保持较高的硬度，较之其他工具钢耐磨性好且比硬质合金韧度高，但压延性较差，热加工困难，耐热冲击较弱。普通高速钢刀具应用最广，大切削量粗加工时常用，但不能加工硬度高材料的工件。分W系和Mo系两大类:W18Cr4V(W18，或18-4-1）渐少W6MO5Cr4V2(M2，或6-5-4-2）普遍W9MO3Cr4V钻头、拉刀、铣刀等高性能高速钢具有针对性，可加工不锈钢、高温合金、钛合金等难加工材料。W12MO3Cr4V3CO5Si、W6MO5Cr4V2Al粉末冶金高速钢刀具材料选用2020/4/264《切削原理及刀具的选用》硬质合金刀具：韧性差，抗弯强度低，很少做成整体式，一般为镶焊或制成刀片形式。K类（YG）WC+CO用于短切屑黑色、有色金属、非金属脆性材料加工，如铸铁、青铜等。P类（YT）WC+TiC用于塑性好的长切屑黑色金属加工。M类（YW）WC+TiC+TaC用于长短切屑黑色及有色金属加工。粗加工：K30~K50、P30~P50、M30~M40半精加工：K15~K25、P15~P25、M15~M25精加工：K01~K10、P01~P10、M05~M10刀具材料选用2020/4/265《切削原理及刀具的选用》K、P、M三种代号之后附加0l、05、10、20、30、40、50等数字更进一步细分，表示其性能和加工时承受载荷的情况或加工条件。一般来讲，数字越小者，硬度越高，但韧性越低；而数字越大则韧性越高但硬度越低。2020/4/266《切削原理及刀具的选用》表2-1世界上主要的硬质合金牌号国家标准株洲山特维克基本型肯纳东芝三菱黛杰工业山高工具01YT30SIPK165TX05NX33SRNSIF10YT15YC10S10K5H,K45TX10DTX10SSti10TSR10,SRTS10M20YT14YC20.1SMAK29,K45TX20,TX25Sti20SRT,SR20,DX30S25M30YT5YC30,YC30SSM30,SMAK21,KMTX30,UX30SR30,DX30,DX25S35M40YC410S6,R4,SMAK420TX40SR30,DX35S60M10YW1YM10RIPK68,K313YU10UMN,UN10S10M20YW2YM20H13AK313,K420,K40YU20,UX25UTi20DX25,UM20,DTUH15,S25M30YM30H10FK420,K2SUX30Uti20DX3,DTU,UMSHX,S35M40R4TU40Hti05UM40S60M01YG3HIPTH03Hti10KG0310YG6XYD10.1,YD10.2H104,HIPK68,K6,K313TH10,GIFHTi20tKG10,KT9,CR1H15,89020YG6YD20H13AK1G2F,KS20KT9,CR1,KG20883,HX30YG8K1G3KG30,LF122020/4/267《切削原理及刀具的选用》表2-2硬质合金刀具的成分及力学性能ISO分类质量分数密度硬度抗弯强度抗压强度弹性模量线膨胀系数热导率WCTiC+TaCCoP类P10P20P30P40P50637682756828148121591010131710.711.913.112.712.51600150014501400130013001500175019502200460018005000490040005305405605605206.5-65.5-29.333.4958.6258.62-M类M10M20M30M408482817910101066891513.113.414.413.6170015501450130013501600180021005000500048004400580570-5405.55.5--50.2462.8--K类K01K10K20K30K4092929289884222-46691215.014.814.814.414.31800165015501400130012001500170019002100-5700500047004500-630620580570-55-5.5-79.5579.5571.1858.822020/4/268《切削原理及刀具的选用》表2-3国内常用硬质合金材料的适用范围牌号应用范围YG3X铸铁、有色金属及其合金的精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG3铸铁、有色金属及其合金的精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG6X普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工YG6铸铁、有色金属及其合金的精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属及其合金、非金属材料的粗加工，也可用于断续切削YG6A冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工，已可用于高锰铁、淬硬钢的半精加工和精加工YT30碳素钢、合金钢的精加工YT15碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工，也可用于断续切削时精加工YT14同YT15YT5碳素钢、合金钢的粗加工，用于断续切削YW1高温合金、高锰铁铸铁、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的半精加工和精加工YW2高温合金、高锰铁铸铁、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工2020/4/269《切削原理及刀具的选用》切铸铁等脆性材料时，形成崩碎切屑，切削力集中在切削刃上，局部压力很大，并具有一定的冲击性，所以宜采用抗弯强度和韧性较好的WC-Co合金。但这类合金与钢摩擦时，其抵抗月牙洼磨损的能力WC-TiC-Co合金差，因此不易用于高速切削普通钢料。由于高温合金、不锈钢等难加工材料中含有钛，且热导率低，所以切削温度高，并容易产生冷焊，因而要求刀具中不含钛，并具有良好的导热性。这说明切削上述难加工材料选用不含钛的WC-Co合金并采用较低的切削速度较为合适。显然，精加工时宜选用含钴少、硬度高的合金，如YG3或YT30；粗加工或有冲击载荷时宜选用含钴多、抗弯强度大的合金，如YG8或YT15。2020/4/2610《切削原理及刀具的选用》涂层硬质合金刀具：在韧性较好的工具表面涂上一层耐磨损、耐溶着、耐反应的物质，使刀具在切削中同时具有既硬而又不易破损的性能。Coatedtool视涂层材质按相应硬质合金适用性选用。涂层方法分：物理涂层（PVD）---物理涂层是在550℃以下将金属和气体离子化后喷涂在工具表面；化学涂层(CVD)---将各种化合物通过化学反应沉积在工具上形成表面膜，反应温度一般都在1000~1100℃左右。低温化学涂层也已实用化，温度一般控制在800℃左右。涂层材料有TiC、TiN、TiCN、AI2O3、TiAlOx等陶瓷材料，具有耐磨损（硬度高）、耐化学反应（化学稳定性好），具备K类、P类和M类的加工要求。即，尽管涂层硬质合金刀具基体是P、M、K中的某一种类，而涂层之后覆盖K、P、M类。故选涂层刀具应拘泥于P（YT）、M（YW）、K（YG）等划分，而是应该根据实际加工对象、条件以及各种涂层刀具的性能进行选取。2020/4/2611《切削原理及刀具的选用》涂层厚度：越厚越好。但过厚，则易剥离而使涂层工具丧失本来的功效。一般情况下，用于连续高速切削的涂层厚度为5~15μm，多为CVD法制造。在冲击较强的切削中，特别要求涂膜有较高的附着强度以及涂层对工具的韧性不产生太大的影响，涂层的厚度大多控制在2~3μm，且多为PVD涂层。涂层刀具的使用范围相当广，从非金属、铝合金到铸铁、钢以及高强度钢、高硬度钢和耐热合金、钦合金等难加工材料的切削均可使用，且普遍较硬质合金的性能要好。目前，最先进的涂层技术也称ZX技术，是利用纳米技术和薄膜涂层技术，使每层膜厚为1nm的TiN和AIN超薄膜交互重叠约2000层进行蒸着累积而成，这是继TiC，TiN、TiCN后的第四代涂层。它的特点是，远比以往的涂层硬，接近CBN的硬度，寿命是一般涂层的3倍，大幅度提高耐磨损性，产品应用更加广泛，是有发展前途的刀具材料。2020/4/2612《切削原理及刀具的选用》陶瓷刀片：常用于无冲击振动的连续高速车削。两大类：纯氧化铝类（白色陶瓷），TiC添加类（黑色陶瓷）；具有高硬度，约2000度下亦不会融熔，化学稳定性亦很好，但韧性很低。仍是极脆的材料，多用于高速连续切削，例如铸铁的高速加工。热传导率非常低，最低，热容易被积蓄，且对于热冲击的变化较难承受。所以容易因热裂纹产生崩刃等损伤，且切削温度亦较高。耐热合金等难加工材料的加工中有广泛的应用。2020/4/2613《切削原理及刀具的选用》立方氮化硼CBN：靠超高压、高温技术人工合成的新型刀具材料，其结构与金刚石相似，硬度略逊于金刚石，但热稳定性远高于金刚石，并且与铁族元素亲和力小，不易产生“积屑瘤”。用于高硬、高强度难切削的铁族材料加工，如淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等。与铁的反应性很低，是迄今为止能够加工铁系金属最硬的一种刀具材料。超高速加工的首选刀具材料。切削加工普通灰铸铁时，一般来说线速度300m/min以下采用涂层硬质合金，300~500m/min以内采用陶瓷，500m/min以上用CBN刀具材料。以CBN切削来取代迄今为止只能采用磨削来加工的工序，使加工效率得到了极大的提高。2020/4/2614《切削原理及刀具的选用》金刚石多用于有色金属及其合金的高速精细加工，如镜面车削。金刚石刀具与铁系金属有极强的亲和力，切削中刀具中的碳元素极易发