刀具知识1

null2.5 刀具材料 2.5 刀具材料 2.5.1 刀具材料的基本要求 刀具材料需满足一些基本要求 ： （3）较强的耐磨性和耐热性（2）高强度与强韧性刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志 ，通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性（1）高硬度（5）良好的工艺性与经济性（4）优良导热性（1）高硬度（1）高硬度刀具是从工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。 刀具材料最低硬度应在60HRC以上。 对于碳素工具钢材料，在室温条件下硬度应在62HRC以上；高速钢硬度为63HRC～70HRC；硬质合金刀具硬度为89HRC～93HRC。（2）高强度与强韧性（2）高强度与强韧性刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击力。 如车削45钢，在背吃刀量ap＝4㎜，进给量f ＝0.5㎜/r的条件下，刀片所承受的切削力达到4000N，可见，刀具材料必须具有较高的强度和较强的韧性。 一般刀具材料的韧性用冲击韧度aK表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。（3）较强的耐磨性和耐热性（3）较强的耐磨性和耐热性A、刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。 一般刀具硬度越高，耐磨性越好。 刀具金相组织中硬质点（如碳化物、氮化物等）越多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好。 B、刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志，通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性。 刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，在高温抗塑性变形能力、抗磨损能力越强。（4）优良导热性（4）优良导热性刀具导热性好，表示切削产生的热量容易传导出去，降低了刀具切削部分温度，减少刀具磨损。 刀具材料导热性好，其抗耐热冲击和抗热裂纹性能也强。 （5）良好的工艺性与经济性（5）良好的工艺性与经济性刀具不但要有良好的切削性能，本身还应该易于制造，这要求刀具材料有较好的工艺性，如锻造、热处理、焊接、磨削、高温塑性变形等功能。 经济性也是刀具材料的重要指标之一，选择刀具时，要考虑经济效果，以降低生产成本。2.5.2 普通刀具材料2.5.2 普通刀具材料2.5.2 普通刀具材料 1．高速钢 （1）概念： 高速钢是一种含有钨、钼、铬、钒等合金元素较多的工具钢 （2）性质： ①、高速钢具有良好的热稳定性 ②、高速钢具有较高强度和韧性 ③、高速钢具有一定的硬度(63～70HRC)和耐磨性 null（3）高速钢的分类 ①、普通高速钢 A、钨系高速钢（简称 W18） 优点：钢磨削性能和综合性能好，通用性强。 缺点：碳化物分布常不均匀，强度与韧性不够强，热塑性差，不宜制造成大截面刀具。 B、钨钼钢（将一部分钨用钼代替所制成的钢 ） 优点：减小了碳化物数量及分布的不均匀性 。 缺点：高温切削性能和W18相比稍差。 null ②、高性能高速钢 优点：具有较强的耐热性，刀具耐用度是普通高速钢的1.5～3倍 。 缺点：强度与韧性较普通高速钢低，高钒高速钢磨削加工性差。 适合加工的零件：奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。 ③、粉末冶金高速钢 ③、粉末冶金高速钢 优点：无碳化物偏析，提高钢的强度、韧性和硬度，硬度值达69～70HRC； 保证材料各向同性，减小热处理内应力和变形； 磨削加工性好，磨削效率比熔炼高速钢提高2～3倍； 耐磨性好。 适于制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滚刀和插齿刀），精密刀具和磨加工量大的复杂刀具。null2．硬质合金 （1）硬质合金组成 硬质合金是由难熔金属碳化物和金属粘结剂经粉末冶金方法制成。 （2）硬质合金的性能特点 硬质合金优点：硬质合金中高熔点、高硬度碳化物含量高，热熔性好 ,热硬性好，切削速度高。 硬质合金缺点：脆性大，抗弯强度和抗冲击韧性不强。抗弯强度只有高速钢的1/3～1/2，冲击韧性只有高速钢的1/4～1/35。 硬质合金力学性能：主要由组成硬质合金碳化物的种类、数量、粉末颗粒的粗细和粘化剂的含量决定。 null（2）普通硬质合金的种类、牌号及适用范围 按其化学成分的不同可分为 ： ①、钨钴类（WC+Co）（合金代号为YG，对应于国标K类 ） 合金钴含量越高，韧性越好，适于粗加工； 钴含量低，适于精加工。 ②、钨钛钴类②、钨钛钴类钨钛钴类（WC+TiC+Co）（合金代号为YT，对应于国标P类 ） 此类合金有较高的硬度和耐热性，主要用于加工切屑成呈状的钢件等塑性材料。 合金中TiC含量高，则耐磨性和耐热性提高，但强度降低 → 粗加工一般选择TiC含量少的牌号，精加工选择TiC含量多的牌号。③、钨钛钽（铌）钴类③、钨钛钽（铌）钴类钨钛钽（铌）钴类（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）（合金代号为YW，对应于国标M类） 适用于加工冷硬铸铁、有色金属及合金半精加工，也能用于高锰钢、淬火钢、合金钢及耐热合金钢的半精加工和精加工。null④、碳化钛基类（WC+TiC+Ni+Mo）合金代号YN，对应于国标P01类。 用于精加工和半精加工，对于大长零件且加工精度较高的零件尤其适合，但不适于有冲击载荷的粗加工和低速切削。（3）超细晶粒硬质合金 （3）超细晶粒硬质合金 超细晶粒硬质合金多用于YG类合金，它的硬度和耐磨性得到较大提高，抗弯强度和冲击韧度也得到提高，已接近高速钢。 适合做小尺寸铣刀、钻头等，并可用于加工高硬度难加工材料。 2.5.3 特殊刀具材料2.5.3 特殊刀具材料1．陶瓷刀具 （1）材料组成：主要由硬度和熔点都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物组成，另外还有少量的金属碳化物、氧化物等添加剂，通过粉末冶金工艺方法制粉，再压制烧结而成。 （2）常用种类：Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷 （3）优点：有很高的硬度和耐磨性，刀具寿命比硬质合金高；具有很好的热硬性，摩擦系数低，切削力比硬质合金小，用该类刀具加工时能提高表面光洁度。 （4）缺点：强度和韧性差，热导率低。陶瓷最大缺点是脆性大，抗冲击性能很差。 （5）适用范围：高速精细加工硬材料。 null2．金刚石刀具 （1）分类：天然金刚石刀具；人造聚晶金刚石刀具；复合聚晶金刚石刀具。 （2）优点：极高的硬度和耐磨性，人造金刚石硬度达10000HV，耐磨性是硬质合金的60～80倍；切削刃锋利，能实现超精密微量加工和镜面加工；很高的导热性。 （3）缺点：耐热性差，强度低，脆性大，对振动很敏感。 （4）适用范围：用于高速条件下精细加工有色金属及其合金和非金属材料。 null3．立方氮化硼刀具 （1）概念：立方氮化硼（简称CBN）是由六方氮化硼为原料在高温高压下合成。 （2）优点：硬度高，硬度仅次于金刚石，热稳定性好，较高的导热性和较小的摩擦系数。 （3）缺点：强度和韧性较差，抗弯强度仅为陶瓷刀具的1/5～1/2。 （4）适用范围：适用于加工高硬度淬火钢、冷硬铸铁和高温合金材料。它不宜加工塑性大的钢件和镍基合金，也不适合加工铝合金和铜合金，通常采用负前角的高速切削。2.5.4 涂层刀具2.5.4 涂层刀具（1）概念：涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体上或高速钢刀具基体上，涂覆一层耐磨性较高的难熔金属化合物而制成。 （2）常用的涂层材料有：TiC、TiN、Al2O3等 （3）涂层形式：可以采用单涂层和复合涂层 （4）优点：涂层刀具具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因此具有较高的耐磨性 （5）适用范围：主要用于车削、铣削等加工，由于成本较高，还不能完全取代未涂层刀具的使用。不适合受力大和冲击大的粗加工，高硬材料的加工以及进给量很小的精密切削。null课堂问避免积屑瘤的发生的措施？避免积屑瘤的发生的措施P45避免积屑瘤的发生的措施P45①、首先从加工前的热处理工艺阶段解决。通过热处理，提高零件材料的硬度，降低材料的加工硬化。 ②、调整刀具角度，增大前角，从而减小切屑对刀具前刀面的压力。 ③、调低切削速度，使切削层与刀具前刀面接触面温度降低，避免粘结现象的发生。或采用较高的切削速度，增加切削温度，因为温度高到一定程度，积屑瘤也不会发生。 ⑤、更换切削液，采用润滑性能更好的切削液，减少切削摩擦。影响切削变形的因素问题？影响切削变形的因素问题？1．随着工件材料强度的增大，切屑的变形如何变化？ 2．当刀具前角γO增大时，金属切屑的变形趋势？ 刀尖圆弧半径越大，表面的切削变形是增大还是减小？1．工件材料1．工件材料通过试验，可以发现工件材料强度和切屑变形有密切的关系。 从图可以看出，随着工件材料强度的增大，切屑的变形越来越小。 图2-10 材料强度对变形系数的影响 2．刀具几何参数2．刀具几何参数由图2-7可以看到，当刀具前角γO增大时，沿刀面流出的金属切削层将比较平缓的流出，金属切屑的变形也会变小。 刀尖圆弧半径对切削变形也有影响，刀尖圆弧半径越大，表明刀尖越钝，对加工表面挤压也越大，表面的切削变形也越大。null1、切削速度υc 、进给量f 、背吃刀量ap哪一个对温度的影响最显著？说明原因？ 2、前角γo对切削温度的影响？ 3、主偏角κr对切削温度的影响？ 4、材料的强度与硬度增大时，切削温度升高还是降低？影响切削温度的因素影响切削温度的因素（1）切削用量 经验公式：高速钢刀具(加工材料45钢)： θ ＝ 140～170a f v 硬质合金刀具(加工材料45钢)： θ ＝ 320a f v 切削用量三要素υc、 ap 、f中， 切削速度υc对温度的影响最显著，因为指数最大，切削速度增加一倍，温度约增加32％； 其次是进给量f ，进给量增加一倍，温度约升高18％， 背吃刀量ap影响最小，约7％。 主要的原因是速度增加，使摩擦热增多； f增加，切削变形减小，切屑带走的热量也增多，所以热量增加不多； 背吃刀量ap的增加，使切削宽度增加，显著增加热量的散热面积。（2）刀具的几何参数（2）刀具的几何参数前角γo ：前角γo增大，切削温度降低。因前角增大时，单位切削力下降，切削热减少。 主偏角κr ：主偏角κr减小，切削宽度bD增大，切削厚度减小，因此切削温度也下降。（3）工件材料（3）工件材料材料的强度与硬度增大时，单位切削力增大，因此切削热增多，切削温度升高。 导热系数影响材料的传热，因此导热系数大，产生的切削温度低。null2 . 刀具的磨损原因： （1）硬质点磨损 （2）粘结磨损 （3）扩散磨损 （4）氧化磨损 （5）相变磨损问题？ 在低温区，一般以哪些磨损为主？在高温区又以哪些磨损等为主？null 在低温区，一般以硬质点磨损为主；在高温区以粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损、相变磨损为主。null课堂问题？3、车刀各刀具角度的概念？ 前角γo、后角αo、主偏角κr 、 副偏角κrˊ、刃倾角λs 问题？问题？1、强度和韧性大的刀具材料选择大的还是小的前角，而脆性大的刀具又如何选择？ 2、加工塑性材料时，一般选择大的还是小的前角。 3、加工脆性材料时，刀具前角相对塑性材料如何选择？ 4、粗加工和精加工时刀具的前角有何区别？解答解答强度和韧性大的刀具材料可以选择大的前角，而脆性大的刀具甚至取负的前角。 加工钢件等塑性材料时，一般采用选择大的前角。 加工脆性材料时，因此刀具前角相对塑性材料取得小些或取负值，以提高刀刃的强度。 粗加工时，一般取较小的前角； 精加工时，宜取较大的前角，以减小工件变形与表面粗糙度；问题？问题？1、当切削点高于工件中心时，对工作前角、后角有何影响？ 2、导杆中心与进给方向不垂直，当刀杆中心与正常位置逆时针偏θ角时，如何影响刀具的工作角度？ 3、车削右螺纹时，刀具工作前角、后角如何变化？解答解答null问题？问题？1、当切削点高于工件中心时，对工作前角、后角有何影响？ 2、导杆中心与进给方向不垂直，当刀杆中心与正常位置逆时针偏θ角时，如何影响刀具的工作角度？ 3、车削右螺纹时，刀具工作前角、后角如何变化？解答解答nullnull 3．刀具的工作角度问题？问题？1、工件材料强度或硬度较高时，一般采用较小还是较大的后角？ 2、对于塑性较大材料，一般取较小还是较大的后角？ null1、工件材料强度或硬度较高时，为加强切削刃，一般采用较小后角。 2、对于塑性较大材料，已加工表面易产生加工硬化时，后刀面摩擦对刀具磨损和加工表面质量影响较大时，一般取较大后角。 null3、工艺系统刚性较好时，主偏角κr如何选择？ 4、当车阶梯轴时， κr ＝？；同一把刀具加工外圆、端面和倒角时， κr ＝？。 5、副偏角κr ˊ的大小对表面粗糙度如何影响？ null3、工艺系统刚性较好时（工件长径比lw/dw < 6） ，主偏角κr可以取小值。 4、当车阶梯轴时， κr ＝90o；同一把刀具加工外圆、端面和倒角时， κr ＝45o。 5、副偏角的减小，将可降低残留物面积的高度，提高理论表面粗糙度值，