机械制造技术2

1、1.2.11.2.1刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能1.2 1.2 刀具材料刀具材料1 1高的硬度高的硬度2 2高的耐磨性高的耐磨性3 3高的耐热性高的耐热性4 4足够的强度和韧性足够的强度和韧性5 5良好的工艺性良好的工艺性6 6良好的热物理性能和耐良好的热物理性能和耐热冲击性能热冲击性能1.2.2 1.2.2 常用的刀具材料常用的刀具材料 在切削加工中常用的在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具钢、刀具材料有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼等。立方氮化硼等。 种类牌号硬度维持切削性能的最高温度/ 0 C

2、抗弯强度/GPa工艺性能用途碳素工具钢T8AT10AT12A6064HRC（8183HRA）2002.452.75可冷热可工成形，工艺性能良好，磨削性好，须热处理只用于手动刀具，如手动丝锥、板牙、铰刀、锯条、锉刀等合金工具钢9CrSiCrWMn 等6065HRC(8183HRA)2503002.452.75只用于手动或低速机动刀具，如丝锥、板牙、拉刀等种类牌号硬度维持切削性能的最高温度/ 0 C工艺性能用途高速钢W18Cr4VW6Mo5Cr4V2AIW10Mo4Cr4V3AI6270HRC(8287HRA)540600可冷热可工成形，工艺性能良好须热处理，磨削性好，但高钒类较差 用于各种刀具，

3、特别是形状较复杂的刀具，如钻头、铣刀、拉刀、齿轮刀具、丝锥、板牙、刨刀等硬质合金钨钴类：YG3，YG6，YG8钨钴钛类YT5，YT15，YT308994HRA8001000压制烧结后使用，不能冷热加工，多镶片使用，无须热处理车刀刀头大部分采用硬质合金，铣 刀、钻头、滚刀、丝锥等亦可镶刀片使用。钨钻类另加工铸铁，非铁金属；钨钻类加工碳素钢、合金钢、淬硬等陶瓷材料9194HRA 12000.4410.833压制烧结后使用，不能冷热加工，多镶片使用，无须热处理多用于车刀，性脆，适于连续切削立方氮化硼73009000HV压制烧结而成，可用金刚石砂轮磨削用于硬度、强度较高材料的精加工。在空气中达1300

4、0C时仍保持稳定金刚石10000HV用天然金刚石砂轮刃磨困难用于非铁金属的高精度、小表面化粗糙度切削，7008000C时易炭化1 1、高速钢、高速钢 钨钢钨钢 典型牌号为典型牌号为W18Cr4V（简称（简称W18）。含）。含W18、Cr4%、V1。有良好的综合性能，可以。有良好的综合性能，可以制造各种复杂刀具。但热塑性差，制造各种复杂刀具。但热塑性差，很难用作热成形方法制造的刀具很难用作热成形方法制造的刀具（如热轧钻头）。（如热轧钻头）。 钨钼钢钨钼钢 典型牌号为典型牌号为W6Mo5Cr4V2AlW6Mo5Cr4V2Al（简称（简称M2M2）具有良）具有良好的机械性能，可做尺寸较小、好的机械性

5、能，可做尺寸较小、承受冲击力较大的刀具；承受冲击力较大的刀具；热塑性热塑性特别好，更适用于制造热轧钻头特别好，更适用于制造热轧钻头等等；磨加工性也好，目前各国广；磨加工性也好，目前各国广为应用。为应用。2、硬质合金、硬质合金v由难熔金属化合物（如由难熔金属化合物（如WCWC、TiCTiC）和金）和金属粘结剂（属粘结剂（CoCo）经粉末冶金法制成。）经粉末冶金法制成。 v因含有大量熔点高、硬度高、化学稳因含有大量熔点高、硬度高、化学稳定性好、热稳定性好的金属碳化物，定性好、热稳定性好的金属碳化物，硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性都硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性都很高很高。硬度可达。硬度可达HRA8

6、9HRA899393，在，在8008001000 1000 C C还能承担切削，还能承担切削，耐用度较高耐用度较高速钢高几十倍速钢高几十倍。当耐用度相同时，切。当耐用度相同时，切削速度可提高削速度可提高4 41010倍。倍。 钨钴类（钨钴类（YGYG类）类）主要成分：主要成分： 常用牌号：常用牌号：YG3YG3、YG3XYG3X、YG6YG6、YG8;YG8;数字表示含钴量：数字表示含钴量：如：如：YG3YG3含钴含钴量量0.30.3、YG8YG8含钴量含钴量0.80.8，含，含钴量越高，刀具材料的抗弯强度钴量越高，刀具材料的抗弯强度就越大，但硬度和耐磨性下降。就越大，但硬度和耐磨性下降。0W

7、 CCYG3YG3和和YG3XYG3X ：含钴量相对较少，：含钴量相对较少，硬度较高，耐磨性好，硬度较高，耐磨性好，适用于适用于精加工精加工；YG6YG6和和YG8YG8 ：含钴量相对较多，：含钴量相对较多，抗弯强度大，耐冲击，抗弯强度大，耐冲击，适用于适用于粗加工粗加工。性能特点性能特点：抗弯强度高，耐冲击；抗弯强度高，耐冲击；材料的导热性能好材料的导热性能好，有利于降低，有利于降低切削区的切削温度；但硬度和耐切削区的切削温度；但硬度和耐热性比热性比YTYT类硬质合金低。类硬质合金低。用途用途：常用于常用于铸铁铸铁、不锈钢、高、不锈钢、高温合金和有色金属工件材料的切温合金和有色金属工件材料的

8、切削加工。削加工。 钨钴钛类（钨钴钛类（YTYT类）类） 主要成分：主要成分： 常用牌号：常用牌号：YT5YT5、YT15YT15、YT30YT30。数字表示含钛量：如：数字表示含钛量：如：YT5YT5的含的含钛量为钛量为0.050.05、YT30YT30的含钛量为的含钛量为0.30.30iWCT CC性能特点：性能特点：硬度、耐磨性和耐硬度、耐磨性和耐热性比热性比YGYG类硬质合金高，但材类硬质合金高，但材料的料的抗弯强度低，不耐冲击抗弯强度低，不耐冲击。用途：用途：常用于常用于一般钢料一般钢料的工件的工件材料的切削加工，适用于切削材料的切削加工，适用于切削比较平稳的场合。比较平稳的场合。

9、由于由于YTYT类硬质合金材料中含类硬质合金材料中含有钛合金元素，切削温度较高时，有钛合金元素，切削温度较高时，容易与工件材料中的钛元素容易与工件材料中的钛元素发生发生亲和现象亲和现象，造成刀具表面上的钛造成刀具表面上的钛元素的流失元素的流失而加剧刀具的磨损而加剧刀具的磨损，故故YTYT类硬质合金不能用来切削不类硬质合金不能用来切削不锈钢材料锈钢材料。 通用硬质合金（通用硬质合金（YWYW类）类）主要成分：主要成分： 常用牌号：常用牌号：YW1YW1、YW2YW20iaWCTCT CCv性能特点：性能特点：在在YTYT类中加入类中加入 可提高其抗弯强度、疲劳强度、冲可提高其抗弯强度、疲劳强度、

10、冲击韧性、高温硬度、强度和抗氧能击韧性、高温硬度、强度和抗氧能力、耐磨性等。可用于加工铸铁，力、耐磨性等。可用于加工铸铁，钢，因而有通用硬质合金之称。钢，因而有通用硬质合金之称。 用途：用途：适用于切削各种适用于切削各种钢料、铸铁钢料、铸铁和高强度钢。和高强度钢。YW1YW1适用于适用于精加工精加工，YW2YW2适用于适用于粗加工粗加工。 aT C种类牌号硬度工艺性能用途陶瓷9194HRA多用于车刀，性脆，适于连续切削立方氮化硼73009000HV压制烧结而成，可用金刚石砂轮磨削用于硬度、强度较高材料的精加工。在空气中达13000C时仍保持稳定金刚石10000HV用天然金刚石砂轮刃磨困难用于非

11、铁金属的高精度、小表面化粗糙度切削，7008000C时易炭化 涂层刀具材料涂层刀具材料v在硬质合金基体或高速钢刀具基体上，涂抹一薄在硬质合金基体或高速钢刀具基体上，涂抹一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的。常用的层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的。常用的涂层材料有涂层材料有TiCTiC、TiNTiN、Al2O3Al2O3等。等。 v涂层刀具涂层刀具有较高的耐磨性和抗月牙洼磨能力有较高的耐磨性和抗月牙洼磨能力；有；有低的摩擦系数，低的摩擦系数，可提高刀具的耐用度可提高刀具的耐用度（提高硬质（提高硬质合金耐用度合金耐用度1 13 3倍，高速钢刀具耐用度倍，高速钢刀具耐用度2 21010倍）。倍）

12、。v但锋利性、韧性、抗剥落性、抗崩刃性及成本昂但锋利性、韧性、抗剥落性、抗崩刃性及成本昂贵之弊。贵之弊。 3 3、其它刀具材料、其它刀具材料 其它刀具材料其它刀具材料人造金刚石：人造金刚石：很很适于精密加工适于精密加工。但其热稳。但其热稳定性差，切削温度不宜超过定性差，切削温度不宜超过700700800800；强度低、脆性大、对振动敏感，强度低、脆性大、对振动敏感，只宜微量只宜微量切削切削；与铁有极强的化学亲合力，；与铁有极强的化学亲合力，不适于不适于加工黑金属加工黑金属。目前。目前主要用于磨具和磨料，主要用于磨具和磨料，对有色金属及非金属材料进行高速精细车对有色金属及非金属材料进行高速精细车

13、削及镗孔；加工铝合金、铜合金时，切削削及镗孔；加工铝合金、铜合金时，切削速度可达速度可达8008003800m/min3800m/min。 。立方氮化硼立方氮化硼（CBNCBN）硬度与耐磨性仅次于）硬度与耐磨性仅次于金刚石，一般金刚石，一般用于高硬度、难加工材料的用于高硬度、难加工材料的精加工精加工。1.3 1.3 金属切削过程及其物金属切削过程及其物理现象理现象 1.3.11.3.1切削过程切削过程及切屑种类及切屑种类 塑性金属受压塑性金属受压缩时，随着外力缩时，随着外力的增加，金属先的增加，金属先后产生弹性变形、后产生弹性变形、塑性变形，并使塑性变形，并使金属晶格产生滑金属晶格产生滑移，而

14、后断裂移，而后断裂 第一变形区的变形特征第一变形区的变形特征 第一变形区（第一变形区（OAMOAM区域）：区域）：切削层金属沿滑移线的剪切滑移切削层金属沿滑移线的剪切滑移变形及随之产生的加工硬化。变形及随之产生的加工硬化。实实际厚度为际厚度为0.020.020.2mm0.2mm，切削速，切削速度越大，厚度越小。度越大，厚度越小。故第一变形故第一变形区可看成是一个剪切面。区可看成是一个剪切面。 1. 1. 切屑形成过程切屑形成过程 第二变形区的变形特征第二变形区的变形特征 第二变形区（刀屑接触第二变形区（刀屑接触区）的变形特征：区）的变形特征：切屑底层金属切屑底层金属受摩擦挤压后的塑性变形及晶粒

15、受摩擦挤压后的塑性变形及晶粒纤维化纤维化 第三变形区的变形特征第三变形区的变形特征 第三变形区的变形特征：第三变形区的变形特征：已已加工表面的表层金属受刀具的钝加工表面的表层金属受刀具的钝圆刃和后刀面的挤压摩擦，使金圆刃和后刀面的挤压摩擦，使金属材料的晶粒再次纤维化并加工属材料的晶粒再次纤维化并加工硬化。硬化。v第一变形区的切削变形对刀具产第一变形区的切削变形对刀具产生较大的切削抗力；生较大的切削抗力；v第二变形区主要对刀具产生（粘第二变形区主要对刀具产生（粘结）摩擦阻力以及造成前刀面磨结）摩擦阻力以及造成前刀面磨损；损； v第三变形区主要对工件已加工表第三变形区主要对工件已加工表面质量产生重

16、大影响。面质量产生重大影响。2. 2. 切屑的类型切屑的类型 由于工件材料、切削条件的不同，由于工件材料、切削条件的不同，产生的切屑种类也不同。按其机产生的切屑种类也不同。按其机理可分为四大类：理可分为四大类：带状切屑带状切屑，挤挤裂切屑裂切屑，单元切屑单元切屑，崩碎切屑崩碎切屑。 带状切屑带状切屑经过上述塑性变形过程经过上述塑性变形过程形成的切屑，外形呈带状。切削塑性形成的切屑，外形呈带状。切削塑性较高的金属材料，例如碳素钢、合金较高的金属材料，例如碳素钢、合金钢、铜和铝合金时，常出现这类切屑。钢、铜和铝合金时，常出现这类切屑。 挤裂切屑挤裂切屑在形成切屑的过程中，剪在形成切屑的过程中，剪切

17、面上局部位置处的剪应力切面上局部位置处的剪应力r r达到材料达到材料的强度极限，使切屑上与前刀面接触的的强度极限，使切屑上与前刀面接触的一面较光洁，其背面局部开裂成节状。一面较光洁，其背面局部开裂成节状。切削黄铜或用低速切削钢，较易得到这切削黄铜或用低速切削钢，较易得到这类切屑。类切屑。 单元切屑单元切屑 当剪切面上的剪应力超当剪切面上的剪应力超过材料的强度极限时产生了剪切破过材料的强度极限时产生了剪切破坏，使切屑沿厚度断裂成均匀的颗坏，使切屑沿厚度断裂成均匀的颗粒状。切削铅或用很低的速度切削粒状。切削铅或用很低的速度切削钢时可得到这类切屑。钢时可得到这类切屑。 崩碎切屑崩碎切屑 在切削脆性金

18、属时，例如铸铁、在切削脆性金属时，例如铸铁、黄铜等材料，切削层几乎不经过塑性黄铜等材料，切削层几乎不经过塑性变形就产生脆性崩裂，得到的切屑呈变形就产生脆性崩裂，得到的切屑呈不规则的细粒状。不规则的细粒状。 3.3.积屑瘤现象积屑瘤现象 积屑瘤现象：积屑瘤现象：在中在中低速切削塑性金属低速切削塑性金属材料时材料时, , 常在刀具常在刀具前面刃口处粘结一前面刃口处粘结一些工件材料些工件材料, , 形成形成一块硬度很高的楔一块硬度很高的楔块，称之为块，称之为积屑瘤积屑瘤。 在一定的加工条件下，随着在一定的加工条件下，随着切屑与前刀面间温度和压力的增切屑与前刀面间温度和压力的增加，摩擦力也增大，使近前刀面加，摩擦力也增大，使近前刀面处切屑中塑性变形层流速减慢，处切屑中塑性变形层流速减慢，产生产生“滞流滞流”现象。滞流层中底现象。滞流层中底层与前刀面产生了粘结。层与前刀面产生了粘结。 积屑瘤的生成机理积屑瘤的生成机理 形成积屑瘤的条件形成积屑瘤的条件 主要决定于切削温度。在切主要决定于切削温度。在切削温度很低或很高时时，摩擦系削温度很低或很高时时，摩擦系数较小，故不易形成粘结；在中数较小，故不易形成粘结；在中