金属切削_第四章_史留勇

1、高等学校机电类规划教材金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具JINSHU QIEXIAO YUANLIJINSHU QIEXIAO YUANLIYU DAOJUYU DAOJU史留勇史留勇 主讲主讲高等学校机电类规划教材第四章 刀具材料本章应知 本章应会 1.了解各种刀具材料及其性能。 2.了解各种刀具材料的适用性。 依加工条件的不同合理选择刀具材料常用的有高速钢和硬质合金材料。第四四章 刀具材料刀具材料第一节 概述一、刀具材料的性能（1 1）切削性能）切削性能（2 2）工艺性能）工艺性能（3 3）经济性能）经济性能（4 4）适应性能）适应性能二、刀具材料的类型二、刀具材料的类型1.1.刀体材料

2、刀体材料一般刀体均用普通碳钢或合金钢制作。常用一般刀体均用普通碳钢或合金钢制作。常用4545钢或钢或40Cr40Cr制造。制造。机夹、可转位如机夹、可转位如9SiCr9SiCr或或GCr15GCr15等制成刀体。等制成刀体。第四四章 刀具材料刀具材料第一节 概述2.2.切削部分材料切削部分材料目前刀具材料分目前刀具材料分四四大类：工具钢、硬质合金、陶瓷及超硬大类：工具钢、硬质合金、陶瓷及超硬刀具材料等。刀具材料等。第四四章 刀具材料刀具材料第一节 概述表4-1 各种刀具材料的物理力学性能第四四章 刀具材料刀具材料第二节 高速钢一、高速钢刀具材料的性能一、高速钢刀具材料的性能制造孔加工刀具、铣刀

3、、螺纹刀具、拉刀、切齿刀具等一些刃形制造孔加工刀具、铣刀、螺纹刀具、拉刀、切齿刀具等一些刃形复杂刀具时，高速钢占据着重要地位。推广使用粉末冶金高速钢复杂刀具时，高速钢占据着重要地位。推广使用粉末冶金高速钢（PMHSSPMHSS）和涂层高速钢。）和涂层高速钢。二、高速钢刀具材料的种类和特点1.1.通用型高速钢通用型高速钢（1 1）钨钢）钨钢W18Cr4VW18Cr4V，钨钢已很少采用，钨钼系高速钢取代。，钨钢已很少采用，钨钼系高速钢取代。（2 2）钨）钨钼钼钢钢钨用钼代钨用钼代W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2简称简称M2M2，W9Mo3Cr4VW9Mo3Cr4V简称简称W9W9第四四章

4、刀具材料刀具材料第二节 高速钢2.2.粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢1 1）强度和韧性是熔炼钢的）强度和韧性是熔炼钢的2 2倍和倍和2.52.53 3倍。倍。2 2）硬度能提高）硬度能提高1 11.5HRC1.5HRC，碳化物颗粒不易剥落，耐磨性也提，碳化物颗粒不易剥落，耐磨性也提高。高。3 3）可磨削性较好。）可磨削性较好。4 4）各向同性，）各向同性，PMHSSPMHSS适合制造钻头、拉刀、螺纹刀具、滚刀、适合制造钻头、拉刀、螺纹刀具、滚刀、插齿刀等复杂刀具。在粉末冶金高速钢表面进行插齿刀等复杂刀具。在粉末冶金高速钢表面进行PVDPVD涂层涂层TiCTiC、TiCNTiCN、TiAlNTiA

5、lN后，切削速度可进一步提高。后，切削速度可进一步提高。第四四章 刀具材料刀具材料第三节 硬质合金硬质合金是由硬度和熔点很高的碳化物（称硬质相）和金属硬质合金是由硬度和熔点很高的碳化物（称硬质相）和金属（称粘结相）通过粉末冶金工艺制成的。（称粘结相）通过粉末冶金工艺制成的。硬质合金按晶粒硬质合金按晶粒大小大小可分为：可分为：普通硬质合金、细晶粒硬质合金、超细晶粒硬质合金普通硬质合金、细晶粒硬质合金、超细晶粒硬质合金按主要按主要化学成分化学成分可分为：可分为：碳化钨基硬质合金和碳（氮）化钛碳化钨基硬质合金和碳（氮）化钛TiCTiC（N N）基硬质合金。）基硬质合金。第四四章 刀具材料刀具材料第三

6、节 硬质合金碳化钨基硬质合金碳化钨基硬质合金钨钴类（钨钴类（YGYG）: K: K钨钴钛类（钨钴钛类（YTYT）: P: P添加稀有碳化物类（添加稀有碳化物类（YWYW）: M: M第四四章 刀具材料刀具材料第三节 硬质合金一、碳化钨基硬质合金一、碳化钨基硬质合金1.1.钨钴类（钨钴类（YGYG）硬质合金）硬质合金我国生产的常用牌号有我国生产的常用牌号有YG3YG3、YG3XYG3X、YG6YG6、YG6XYG6X和和YG8YG8等。等。YGYG类类合金主要用于加工铸铁、有色金属和非金属材料。合金主要用于加工铸铁、有色金属和非金属材料。2.2.钨钴钛类（钨钴钛类（YTYT）硬质合金）硬质合金除

7、除WCWC外，另含有外，另含有5%5%30%30%（质量分数）的（质量分数）的TiCTiC。常用牌号有。常用牌号有YT5YT5、YT14YT14、YT15YT15及及YT30YT30，YTYT类合金的硬度提高了，但抗弯强度特类合金的硬度提高了，但抗弯强度特别是冲击韧度显著降低。较高的耐热性时，应选用别是冲击韧度显著降低。较高的耐热性时，应选用TiCTiC含量较含量较高的牌号。受冲击和振动，则选用高的牌号。受冲击和振动，则选用TiCTiC含量低的牌号。含量低的牌号。第四四章 刀具材料刀具材料第三节 硬质合金3.3.添加稀有碳化物类（添加稀有碳化物类（YWYW）硬质合金）硬质合金YW1YW1和和Y

8、W2YW2（国际上为（国际上为M M类）。类）。YWYW类合金兼具类合金兼具YGYG、YTYT类合金的性类合金的性能，用于加工钢料，又可用于加工铸铁和有色金属。用于各种能，用于加工钢料，又可用于加工铸铁和有色金属。用于各种难加工材料的粗加工和断续切削。难加工材料的粗加工和断续切削。第四四章 刀具材料刀具材料第三节 硬质合金二、碳（氮）化钛基硬质合金金属陶瓷，高速切削加工刀具材料，比普通硬质合金提高金属陶瓷，高速切削加工刀具材料，比普通硬质合金提高20%20%50%50%。在钢的高速切削，特别是对表面粗糙度值要求较低的粗加。在钢的高速切削，特别是对表面粗糙度值要求较低的粗加工和半精加工中，工和半

9、精加工中，TiCTiC（N N）基合金是最好的。）基合金是最好的。三、超细晶粒硬质合金三、超细晶粒硬质合金普通硬质合金晶粒为普通硬质合金晶粒为3 35m5m，一般细晶粒硬质合金的晶粒度为，一般细晶粒硬质合金的晶粒度为1.5m1.5m左右，微细晶粒合金为左右，微细晶粒合金为0.50.51m1m，而超细晶粒硬质合金，而超细晶粒硬质合金WCWC的晶粒度在的晶粒度在0.5m0.5m以下。以下。第四四章 刀具材料刀具材料第四节 陶瓷陶瓷刀具广泛用于高速切削、干切削、硬切削以及难加工材料陶瓷刀具广泛用于高速切削、干切削、硬切削以及难加工材料的切削加工。的切削加工。“以车代磨以车代磨”；其中以氧化铝（；其中

10、以氧化铝（AlAl2 2O O3 3）或以氮化）或以氮化硅（硅（SiSi3 3N N4 4）应用最多。在上述基体中，相应添加）应用最多。在上述基体中，相应添加TiCTiC、SiCSiC、TiTiB B2 2等作粘结剂烧结即成为陶瓷刀具坯料。等作粘结剂烧结即成为陶瓷刀具坯料。一、陶瓷刀具的特性陶瓷刀具的特性陶瓷刀具的特性（1 1）硬度高、耐磨性能好）硬度高、耐磨性能好（2 2）耐高温、耐热性好）耐高温、耐热性好（3 3）化学稳定性好）化学稳定性好（4 4）摩擦系数低）摩擦系数低（5 5）原料丰富）原料丰富第四四章 刀具材料刀具材料第四节 陶瓷二、陶瓷刀具的制备原材料处理配比进行配料细化球磨干燥过

11、筛烧结成型磨削加工，电火花线切割陶瓷刀具产品三、陶瓷刀具的种类1.氧化铝碳化物系陶瓷2.氮化硅基陶瓷刀具第四四章 刀具材料刀具材料第五节 超硬刀具材料一、金刚石1.1.金刚石刀具材料性能特点金刚石刀具材料性能特点（1 1）极高的硬度和耐磨性）极高的硬度和耐磨性（2 2）各向异性）各向异性（3 3）具有很低的摩擦系数）具有很低的摩擦系数（4 4）切削刃非常锋利）切削刃非常锋利（5 5）具有很高的导热性能）具有很高的导热性能第四四章 刀具材料刀具材料第五节 超硬刀具材料2.2.金刚石刀具材料的种类金刚石刀具材料的种类（1 1）天然单晶金刚石刀具）天然单晶金刚石刀具超精密镜面切削切削刀具必须是大颗粒

12、，人工合成大颗粒没超精密镜面切削切削刀具必须是大颗粒，人工合成大颗粒没有大量进入应用领域。有大量进入应用领域。（2 2）人造聚晶金刚石）人造聚晶金刚石简称简称PCDPCD，在高温高压下由石墨转化而成。应用广泛。，在高温高压下由石墨转化而成。应用广泛。PCDPCD只只能用于有色金属和非金属的精切，很难达到超精密精面切削。能用于有色金属和非金属的精切，很难达到超精密精面切削。第四四章 刀具材料刀具材料第五节 超硬刀具材料二、立方氮化硼简称简称CBNCBN，是由六方氮化硼（白石墨）在高温高压下转化而成，是由六方氮化硼（白石墨）在高温高压下转化而成的。的。1.1.立方氮化硼刀具材料的种类立方氮化硼刀具

13、材料的种类CBNCBN单晶主要用于制作磨料和磨具。单晶主要用于制作磨料和磨具。PCBNPCBN高温高压下将微细的高温高压下将微细的CBNCBN材料通过结合相烧结在一起的材料通过结合相烧结在一起的多多 晶材料，硬度仅次于金刚石用于制作刀具和其他工具。晶材料，硬度仅次于金刚石用于制作刀具和其他工具。2.2.立方氮化硼的主要性能立方氮化硼的主要性能特点特点（1 1）高的硬度材料和耐磨性）高的硬度材料和耐磨性（2 2）具有很高的热稳定性）具有很高的热稳定性第四四章 刀具材料刀具材料第五节 超硬刀具材料（3 3）优良的化学稳定性）优良的化学稳定性（4 4）具有较好的热导性）具有较好的热导性（5 5）具有较低的摩擦系数）具有较低的摩擦系数3.3.立方氮化硼刀具适合加工的工件材料立方氮化硼刀具适合加工的工件材料第四章 刀具材料复 习 思 考 题 1. 对刀具材料应有哪些基本要求