刀具与切削用量材料选择

关于刀具与切削用量材料选择第一页，共二十三页，2022年，8月28日一、刀具材料应具备的性能p39（1）高的硬度和耐磨性（2）足够的强度和韧性（3）高的耐热性，导热性好，有利于切削热传导，降低切削区温度，延长刀具寿命。（4）有锻造、焊接、热处理、磨削加工等良好的工艺性（5）经济性第二页，共二十三页，2022年，8月28日二、常用刀具材料p39工具钢包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢。硬质合金有钨钴类硬质合金YG、钨钛钴类硬质合金YT和钨钛钽（铌）类硬质合YW。其他材料推广使用新型刀具材料如涂层刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼CBN等。第三页，共二十三页，2022年，8月28日1．高速钢它是一种加入较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金钢。热处理后硬度可达62～66HRC,抗弯强度约3.3GPa，有较高的热稳定性、耐磨性、耐热性。切削温度在500～650°C时仍能进行切削。由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制造结构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀等。第四页，共二十三页，2022年，8月28日按用途可分为：通用高速钢和高性能高速钢。按制造工艺可分为:

熔炼高速钢、粉末冶金高速钢和表面涂层高速钢。按基本化学成份可分为:

钨系和钼系。

（1）高速钢的分类

第五页，共二十三页，2022年，8月28日（2）常用高速钢的牌号与性能通用型高速钢W18Cr4V(18-4-1)由于钨价高，热塑性差，碳化物分布不均匀等原因，目前国内外已很少采用。高性能高速钢

高性能高速钢是指在通用型高速钢中增加碳、钒、钴或铝等合金元素，使其常温硬度可达67～70HRC，耐磨性与热稳定性进一步提高。可以用于加工不锈钢、高温合金、耐热钢和高强度钢等难加工材料。典型牌号有M42、等。粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯氮气雾化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉末，然后再热压锻轧制成。适用于制造精密刀具、大尺寸(滚刀、插齿刀)刀具、复杂成形刀具、拉刀等。第六页，共二十三页，2022年，8月28日硬质合金以其优良的性能被广泛用作刀具材料。大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造；硬质合金是由高硬度和高熔点的金属碳化物(碳化钨WC、碳化钛TiC、碳化钽TaC、碳化铌NbC等)和金属粘结剂(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工艺制成。硬质合金刀具常温硬度为89～93HRA，化学稳定性好，热稳定性好，耐磨性好，耐热性达800～1000°C。硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高5～10倍。

2．硬质合金第七页，共二十三页，2022年，8月28日钨钴类（WC+Co）；钨钛钴类（WC+TiC+Co）；钨钛钽（铌）钴类TiC+WC+Ni+TaC）。（1）硬质合金的分类

第八页，共二十三页，2022年，8月28日（2）常用硬质合金的牌号及其性能钨钴类硬质合金代号为YG，属K红色类。合金中含钴量愈高，韧性愈好，适合于粗加工，反之用于精加工。YG(K)类硬质合金，有较好的韧性、磨削性、导热性，适合于加工产生崩碎切屑及有冲击载荷的脆性金属材料。钨钛钴类硬质合金代号为YT，属P蓝色类。它以WC为基体,添加TiC，用Co作粘结剂烧结而成。合金中TiC含量提高，Co含量就低，其硬度、耐磨性和耐热性进一步提高，但抗弯强度、导热性、特别是冲击韧性明显下降，适合于精加工。钨钛钽（铌）类硬质合金代号为YW，属M黄色类。它在YT(P)类硬质合金中加入TaC或NbC，这样可提高抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、抗氧化能力、耐磨性和高温硬度等。它既适用于加工脆性材料，又适用于加工塑性材料。数字越小，硬度越高但韧性越低第九页，共二十三页，2022年，8月28日以氧化铝或以氮化硅为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。其优点是硬度高，耐磨性、耐高温性能好，有良好的化学稳定性和抗氧化性，与金属的亲合力小、抗粘结和抗扩散能力强；其缺点是脆性大、抗弯强度低，冲击韧性差，易崩刃，所以使用范围受到限制；可用于钢、铸铁类零件的车削、铣削加工。2000度（1）陶瓷刀具材料（2）金刚石刀具材料

碳的同素异形体，在高温、高压下由石墨转化而成，是目前人工制造出的最坚硬物质。由于硬度极高，耐磨性好，切削刃口锋利，刃部表面摩擦系数较小，不易产生粘结或积屑瘤，可用于加工硬质合金、陶瓷等硬度达65～70HRC的材料。800度也可用于加工高硬度的非金属材料，如石材、压缩木材、玻璃等，还可加工有色金属，如铝硅合金材料以及复合难加工材料的精加工或超精加工。缺点是热稳定性差，强度低、脆性大，对振动敏感，只宜微量切削，与铁有强烈的化学亲合力，不能用于加工钢材。3．其它刀具材料第十页，共二十三页，2022年，8月28日（3）立方氮化硼立方氮化硼（CBN）是一种人工合成的新型刀具材料，它由六方氮化硼在高温、高压下加入催化剂转化而成。它有很高的硬度及耐磨性，热稳定性好，化学惰性大，与铁系金属在1300℃时不易起化学反应，导热性好，摩擦系数低。因此可用于高温合金、冷硬铸铁、淬硬钢等难加工材料的加工。第十一页，共二十三页，2022年，8月28日（4）涂层刀具材料在韧牲较好的刀具基体上，涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韧性。常用的涂层材料有TiC、TiN、Al203及其复合材料等,涂层厚度随刀具材料不同而异。TiC涂层硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削时能产生氧化钛膜，减小摩擦及刀具磨损。TiN涂层在高温时能产生氧化膜，与铁基材料摩擦系数较小，抗粘结性能好，并能有效降低切削温度。第十二页，共二十三页，2022年，8月28日TiC—TiN复合涂层第一层涂TiC，与刀具基体粘牢不易脱落。第二层涂TiN,减少表面层与工件间的摩擦。TiC-Al203复合涂层第一层涂TiC,与刀具基体粘牢不易脱落。第二层涂Al203可使刀具表面具有良好的化学稳定性和抗氧化性能。目前单涂层刀片已很少应用，大多采用TiC-TiN复合涂层或TiC-Al2O3-TiN三复合涂层。第十三页，共二十三页，2022年，8月28日

应当指出，加工一般材料大量使用的仍是普通高速钢及硬质合金，只有在加工难加工材料时，才考虑选用新牌号合金或高性能高速钢，在加工高硬度材料或精密加工时，才考虑选用超硬材料。

第十四页，共二十三页，2022年，8月28日数控刀具的类型与特点第十五页，共二十三页，2022年，8月28日按照刀具结构分：P39整体式：钻头、立铣刀等镶嵌式：包括刀片采用焊接和机夹式数控刀具的类型与特点特殊形式：复合式、减振式、内冷式等机夹可转位刀具得到广泛应用，数量上已达到整个数控刀具的30%~40%，金属切除率占总数的80%~90%三、刀具结构与分类p39第十六页，共二十三页，2022年，8月28日按照切削工艺分：车削刀具：外圆、内孔、螺纹、成形车刀等铣削刀具：面铣刀、立铣刀、螺纹铣刀等数控刀具的类型与特点钻削刀具：钻头、铰刀、丝锥等镗削刀具：粗镗刀、精镗刀等第十七页，共二十三页，2022年，8月28日四、刀具角度的选择1.前角γO

（1）功用γO

刀刃锋利，切屑变形切削力和切削功率刀刃和刀尖强度，散热体积刀具寿命第十八页，共二十三页，2022年，8月28日（2）选择前角大小取决于：工件材料、刀具材料及加工要求。工件材料强度、硬度较低时，应取较大前角，反之应取较小的前角。加工塑性材料时，应取较大前角，加工脆性材料时，应取较小的前角。刀具材料韧性好（高速钢），取较大前角，反之（硬质合金）取较小前角。粗加工时，取较小前角，精加工时，取较大前角。

第十九页，共二十三页，2022年，8月28日2.后角αo

（1）功用αo

后刀面与工件的摩擦后刀面的磨损率（2）选择后角大小取决于：切削厚度、工件材料及工艺系统刚度。切削厚度越大，后角越小；工件材料越软、塑性越大，后角越大；工艺系统刚度较差时，适当减小后角；

第二十页，共二十三页，2022年，8月28日1）刀具性能要求考虑P41切削性能好、精度高、可靠性高、耐用度高、断削及排屑性能好2）立铣刀受力分析考虑P41两刃与多刃3）切削用量的选择：n=1000V/3.14DF=Son

a刀具耐用度的定义

b切削用量与刀具耐用度的关系

c在选择粗加工切削用量时，应先采用大的切削深度，其次考虑采用大的进给量，最后才选择合理的切削速度