高速切削刀具材料的选择

1高速切削加工技术项目作业系别：机电工程系班级：机械本111班组别：第2组姓名：张震2011010105王传坤2011010133袁雨辰2011010123崔建恒2011010101指导教师：谢伟东2成员分工确定题目：张震材料整理：王传坤材料分析：袁雨辰项目排版：崔建恒3高速切削刀具材料的选择张震王传坤袁雨辰崔建恒（齐齐哈尔工程学院，机电工程系）摘要：影响加工质量的一个关键因素是刀具，因此，高速切削加工也不例外，也需要高速的切削刀具技术来保证其加工精度和刀具尽可能长的使用时间，这包括刀具材料和合理设计的刀具系统。关键字：力学性能、热稳定性、耐磨损、摩擦系数引言：在高速切削过程中,刀具和切屑之间温度很高,既有热的性质,又有化学特性,所以刀具材料和工件材料的匹配很重要。高速切削刀具与加工的模具材料必须有较小的化学亲和力、优良的力学性能、热稳定性和良好的抗冲击、耐磨损和抗热疲劳的特性。一、刀具的选择选择刀具的4大要素为：模具材料、刀具材料、工具几何形状和切削条件。高速加工的刀具材料必须根据模具材料和加工性质来选择。目前,陶瓷、立方氮化硼(CBN)、涂层硬质合金等刀具均可作为高速切削模具钢件的刀具材料现在最流行的高速加工刀具材料包括如下几种：涂层硬质合金、金属陶瓷、氧化铝基或氮化硅基陶瓷、聚晶金刚石、聚晶立方氮化硼等。未来刀具的研究方向首先集中在开发新的涂层材料和涂层工艺方面，进而减少磨损，其次是研制能加工复杂曲面外观的刀具。其中,陶瓷以化学稳定性好,具有良好的耐磨性,能以比硬质合金更高的切削速度进行切削加工,然而它的硬度、韧性低于CBN,4可用于加工硬度50HRC的模具材料。而CBN以其高硬度、极强的耐磨性、高温化学稳定性及良好的导热性,用于铣削淬硬钢、冷硬铸铁、钛合金等材料;涂层硬质合金因涂层不同而具有切削多种材料的能力。PCBN(聚晶立方氮化硼)则是由CBN(立方氮化硼)微粉与少量粘结相(Co、Ni或TiC、TiN、Al2O3)在高温高压下烧结而成。PCBN组织中的微小晶粒呈无序排列状态,因此PCBN硬度均匀,无方向性,具有一致的耐磨性和抗冲击性,并具有很高的硬度和耐热性(1300℃~1500℃)、优良的化学稳定性和导热性以及较小的摩擦系数,而且与Fe族元素亲和性很低,因此它是高速切削黑色金属较理想的刀具材料。从目前的研究结果来看,在所有的模具高速切削刀具材料中,PCBN的性能相对较好,是进行淬硬钢模具加工的主要刀具材料二、刀具材料的选择刀具切削性能的好坏，取决于构成刀具的材料、几何参数及其结构，其中刀具材料对刀具耐用度、加工效率和加工质量等的影响最大。由于高速切削所采用的速度比常规切削速度高几倍甚至十几倍，切削温度很高。因此，高速切削对刀具材料提出了更高的要求。高速切削刀具的失效主要是由于刀具材料的热性能(包括熔点、耐热性、抗氧化性、高温力学性能、抗热冲击性能等)不足所引起的。高速干切削和硬切削加工黑色金属的最高速度主要受限于刀具材料的耐热性。如:加工钢和铸铁等黑色金属时，最高速度只能达到加工铝合金的1/3一1/5，原因是切削热使刀尖发生热破损;而高速铣削中则会产生厚度变化的断续切屑，它们都会导致刀具内热应力高频率地周期变化，加速刀具的磨损。因此，高速切削除了要求刀具材料具备普通刀具材料的一些基本性能之外，还突出要求刀具材料具备高的耐热性、抗热冲5击性、良好的高温力学性能及高的可靠性。(一)高的可靠性高速切削一般在数控机床或加工中心上进行，要求刀具材料必须十分可靠，否则，将会增加换刀时间，降低生产率，使高速切削失去了意义;另外刀具可靠性差还将产生废品，损坏机床与设备，甚至造成人员伤亡。因此，刀具的可靠性问题是高速切削成功应用的关键技术之一。(二)高的耐热性、抗热冲击性能和高温力学性能高速切削时切削温度很高，因此，要求刀具材料熔点高、氧化温度高、耐热性好、抗热冲击性能强，且具有很高的高温力学性能，如:高温强度、高温硬度、高温韧性等。(三)高速切削刀具材料能适应难加工材料和新型材料加工的需要随着技术的发展，对工程材料提出了愈来愈高的要求，各种高强度、高硬度、耐腐蚀和耐高温的工程材料愈来愈多的被采用。他们中多数属于难加工材料，据统计目前难加工材料已占工件的40%以上。因此，高速切削刀具应能适应难加工材料和新型材料加工的需要。三、高速切削刀具材料国内外现状（一）国外高速切削刀具材料现状主要有涂层刀具、金属陶瓷(TICN基硬质合金)、陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)、聚晶金刚石(PCD)。最常用的高速钢和硬质合金:钻高速钢、粉末冶金高速钢、超细颗粒硬质合金。（二）国内高速切削刀具材料现状主要有:涂层刀具、金属陶瓷、陶瓷刀具、超硬刀具材料(CBN、PCD)。最常用的高速钢和硬质合金:普通高速钢(w18C〕4V)，铝6高速钢。普通硬质合金多，高性能和超细颗粒硬质合金少。硬质合金焊接刀具应用还不普遍。