金属切削原理切削刀具材料PPT.ppt

1 答疑信箱 qst 第二章切削刀具材料 金属切削原理 2 第一节刀具材料应具备的性能 一 高的硬度和耐磨性二 足够的强度和韧性 抗冲击 振动 不崩刃 折断 三 高的耐热性 高温下保持硬度 耐磨 强度 韧性的能力 四 良好的热物理性能和耐热冲击性能 导热系数 热膨胀系数是常用衡量指标五 良好的工艺性能六 经济性 3 第二节高速钢 一 特点 1 热稳定性提高2 具有高强度和韧性3 工艺性能好 磨削加工性好 应用 易制成复杂刀具 大型成形刀具 二 分类 以用途分 通用型高速钢 高性能高速钢 以制造工艺分 熔炼高速钢 粉末冶金高速钢 4 5 三 典型高速钢材料牌号 一 通用型高速钢1 钨钢w18cr4v w18 hrc63 66 抗弯强度可达3500mpa 可磨性好 优点 含v少 磨削性能好 热处理性能好 抗塑性变形能力强 缺点 碳化物分布不均 不宜作大尺寸刀具 热塑性差 6 2 钨钼钢w6mo5cr4v2 m2 w9mo3cr4v 碳化物细小分布均匀 耐磨性高 成本低 热处理硬度同w18cr4v 抗弯强度达4700mpa 韧性及热塑性比w18cr4v提高50 优点 抗弯比w18高10 15 韧性比w18高50 60 不受大截面影响 热塑性好 可适合热成形加工 如轧 扭制麻花钻 缺点 热处理脱碳性倾向大 易氧化 淬火温度范围窄 热稳定性稍低于w18 在较高速切削时 切削性能稍低于w18 7 w9mo3cr4v 钨钼钢 中国近几年发展起来的新品种 强度及热塑性略高于w6mo5cr4v2 硬度为hrc63 64 脱碳敏感性小 易轧制 锻造 热处理工艺范围宽 成本更低 常见普通高速钢中国市场的比例 w18cr4v 16 5 w6mo5cr4v2 69 w9mo3cr4v 11 8 二 高性能高速钢通常是指在通用高速钢中加有 碳 钒 钴 铝等元素形成的特殊性能的高速钢 又分为 高碳高速钢 9w18cr4v 9w18 高钒高速钢 w6mo5cr4v3钴高速钢 w6mo5cr4v2co5w18cr4vco5超硬高速钢 w2mo9cr4vco8 m42 铝高速钢w6mo5cr4v2al 501 通常国际标准 只有含钴量在2 以上的高速钢才称为高性能高速钢 代号为hss e 其它如铝高速钢等 虽然性能较普通高速钢有所提高 但尚未有证据表明可以达到钴高速钢的同等性能 9 1 高碳系高速钢9w18cr4v含碳量高0 9 硬度 耐磨性及热硬性比较好 抗弯强度为3000mpa 冲击韧性相对较低 热处理工艺要求严格 应用 切削不锈钢 耐热合金等难加工材料2 高钒系高速钢 w12cr4v4mo及w6mo5cr4v3 m3 含钒量达3 4 耐磨性大大提高 可磨性变差 应用 需要依赖于磨削工艺及砂轮技术的发展 10 3 钴高速钢w2mo9cr4vco8 m42 钴能促使碳化物更多地溶解在基体内 提高基体硬度 耐磨性热处理硬度可达67 70hrc 特殊热处理方法 67 68hrc 硬度 热硬性 耐磨性高 可磨性好 提高冲击韧性高 钴高速钢价格昂贵 约为普通高速钢的5 8倍应用 可制成各种刀具 用于切削难加工材料 可制成复杂刀具 4 铝高速钢w6mo5cr4v2al w6mo5cr4v5sinbal铝 al 硅 si 铌 nb 元素能提高热硬性 耐磨性 价格较低 国际市场使用量已经超过普通高速钢25 30 热处理硬度可达到68hrc 热硬性较高 易氧化及脱碳 可塑性 可磨性稍差 11 三 粉末冶金高速钢制作工艺 高压氩气 雾化熔融高速钢水 得粉末 冶金制坯 真空 0 04hg 状态下 密闭烧结达到密度65 再在1100 高温 300mpa高压下制成密度100 的钢坯 钢坯轧制成材或轧成刀具形状 特点 1 消除碳化物偏析 2 磨削加工性好 3 物理力学性能各向同性 4 耐磨性好 5 提高合格率及生产新品种的可能 12 第三节硬质合金 一 制造工艺硬质合金是由难熔金属碳化物 如wc tic tac nbc等 和金属粘结剂 如co ni等 以比例混合 高温高压烧结压制成型 二 特点1 常温硬度高89 93hra 2 热稳定性800 1000 3 切削速度比高速钢提高4 7倍 4 抗弯强度比高速钢低一半 13 硬质合金制造工艺 14 硬质合金应用 15 三 分类及性能iso将切削用硬质合金分为三类 p类 用于加工长切屑的黑色金属 相当于我国的yt类 k类 用于加工短切屑的黑色金属 有色金属和非金属材料 相当于我国的yg类m类 用于加工长或短切屑的黑色金属和有色金属 相当于我国的yw类 16 一 wc co yg类 k类特点 1 抗弯 冲击性能较好 2 磨削加工性能好 3 导热性能好 4 加工塑性材料时耐磨性差 应用 适宜切削切屑呈崩碎状的铸铁 青铜等脆性材料 常用的牌号有yg3 yg6 yg8等 其中 数字表示co含量的百分比 co含量少者 较脆 较耐磨 17 二 wc tic co yt类 p类特点1 硬度 耐磨性 耐热性比yg类高 2 导热性随tic增加而差 3 抗弯 冲击性能性比yg类差 应用 主要用于切削普通碳钢及合金钢等塑性材料常用的牌号有yt5 yt15 yt30等 其中数字表示tic含量的百分比 tic的含量越多 韧性越小 而耐磨性和耐热性越高 18 三 wc tic tac nbc co yw类 m类特点 抗弯性能提高 能承受加工中冲击负荷主要用于不锈钢 耐热钢 高锰钢的加工 也适用于碳钢和铸铁的加工 因此称为通用型硬质合金 常用的牌号有yw1 yw2等 四 tic n 基硬质合金制造工艺 以tic为主要成份 有些加入少量wc nbc 加粘结剂制成 特点 1 硬度高90 94hra 2 耐磨性高 3 耐热性 抗氧化性提高 4 摩擦系数小 抗粘结能力强 19 常用硬质合金的选用 yg类用于 1 铸铁 有色金属及非金属材料 2 低中速时切铸铁 3 含ti不锈钢 yt类用于 1 钢料或塑性材料 2 中高速 高速切钢及铸铁 yw类用于 1 耐热钢 高温钢 高温合金 不锈钢 2 适合一般钢材和铸铁及有色金属的精加工 20 第四节涂层刀具 工艺 在韧性好的基体上涂一层耐磨性高的难熔金属化合物常用基体 硬质合金 高速钢 涂层材料 tic tin al2o3厚度 2 5微米制作方法 气相沉积法 cvd法及pvd法 特点 1 保持原基体的硬度和韧性 2 外表层高硬度 3 耐磨性及寿命长 4 通用性好 5 锋利程度减小 6 低速切削易剥落崩刃 21 pvd物理镀层方法 22 第五节其它刀具材料一 陶瓷材料 成分 三氧化二铝 al2o3 特点 硬度高 91 94hra 耐磨性好 耐热性高 价格低廉 性脆 怕冲击 牌号 am amf amt ammc 23 二 金刚石分类 三种 天然单晶 人造聚晶 金刚石复合刀具 人造金刚石硬度极高 接近10000hv 而硬质合金仅达1000 2000hv 耐热性为700 800 金刚石大颗粒可制成一般切削工具 单晶微粒主要制成砂轮 金刚石除可以加工高硬度而且耐磨的硬质合金 陶瓷 玻璃等外 还可以加工有色金属及其合金 不宜于加工铁族金属 24 三 立方氮化硼 cbn 是人工合成的又一种高硬度材料硬度 7300 9000hv 仅次于金刚石 它的耐热性和化学稳定性都大大高于金刚石 能耐1300 1500 的高温 与铁族金属的亲和力小 因此 可加工铁族金属 25 立方氮化硼的一些图片 26 答疑信箱 qst 第三章金属切削的变形过程 金属切削原理 27 第一节研究金属切削变形过程的意义研究金属切削变形的实验方法 1 侧面变形观察法2 高速摄形法3 快速落刀法4 在线瞬态体视摄形系统5 扫描电镜6 光弹 光塑性试验 28 一 变形区的划分 第一变形区i 近切削刃切削层内产生的塑性变形 第二变形区ii 与前刀面接触的切屑层内产生的变形区 第三变形区iii 近切削刃处已加工表面内产生的变形区 oa 始滑移线om 终滑移线剪切角 剪切面和切削速度方向夹角 29 二 第一变形区内金属的塑性变形 30 剪切过程视频 31 三 变形程度的表示方法 1 以剪切角表示2 以相对滑移表示3 以变形系数表示变形系数是大于1的数 32 第二节前刀面的挤压与摩擦意义一 作用在切屑上的力摩擦角 fn和f 的夹角 是剪切角 o是刀具前角 fz切削运动方向的切削分力 fy切削运动方向垂直的切削分力 33 二 剪切角与前刀面摩擦角的关系李和谢弗 leeandshaffer 公式 1 当前角增大时 剪切角随之增大 变形减小 所以增大刀具前角对改善切削过程是有利的 2 当摩擦角增大时 剪切随之减小 变形增大 所以施加切削液以减小前刀面上的摩擦对切削是有利的 34 三 前刀面上的摩擦分为 内摩擦 切屑与刀尖附近处 形成粘结 冷焊 它与材料流动应力特性有关 与粘结面积大小有关 摩擦系数为一个变数 外摩擦 切屑离刀尖较远处 它仅与摩擦系数以及压力有关 与接触面积无关 35 影响前刀面摩擦系数的主要因素1 工件材料的影响工件材料的强度和硬度愈大 则摩擦系数略有减小 2 切削厚度的影响切削厚度增加 正应力随之增大 则摩擦系数略减小 参见p42表3 1数据 p43图3 18 3 切削速度的影响切削速度愈高30m min时 v愈高 摩擦系数愈小 参见p43图3 18 4 刀具前角的影响前角愈大 摩擦系数愈大 参见p43图3 19 36 第四节积屑瘤的形成及对切削的影响积屑瘤 在切削速度不高连续切钢料或其它塑性材料时 在前刀面处粘着的硬块 产生原因切削速度不高 切钢料或塑性材料 达到一定温度 压力时 发生粘结 形成 冷焊 积屑瘤对切削过程的影响1 实际前角增大2 增大切削厚度3 使加工表面粗糙度增大4 对刀具寿命的影响 37 防止积屑瘤的主要方法1 降低切削速度 使温度较低 粘结现象不易发生 2 采用高速切削 使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度 3 采用润滑性能好的切削液 减小摩擦 4 增加刀具前角 以减小切屑与前刀面接触区的压力 5 适当提高工件材料硬度 减小加工硬化倾向 38 第四节切屑变形的变化规律1 工件材料对切屑变形的影响工件材料愈强 切屑变形愈小 2 刀具前角对切屑变形的影响刀具前角愈大 切削变形愈小 3 切削速度对切屑变形的