新型刀具材料论文

新型刀具材料论文 新型刀具材料及其展望所在学院机电工程学院专业zzzzz年级11级学生姓名你的姓名学号xxxxxxxxxxxx年11月20日福建农林大学1摘要刀具的性能是影响切削加工效率、精度、表面质量等的决定性因素之一。 在现代化加工过程中，提高加工效率的最有效方法是采用高速切削加工技术；随着现代科学技术和生产的发展，越来越多地采用超硬难加工材料，以提高机器设备的使用寿命和工作性能。 而新型刀具材料则以其优异的耐热性、耐磨性和化学稳定性，在高速切削领域和难加工材料方面显示了传统刀具材料无法比拟的优势。 关键词新型刀具；性能；超硬刀具材料；陶瓷刀具材料；涂层刀具材料；发展刀具材料及其性能简析刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工成本、加工质量、以及刀具耐用度影响很大。 使用碳工具钢作为刀具材料时，切削速度只有10m/min左右;20世纪初出现了高速钢刀具材料，切削速度提高到每分钟几十米;30年代出现了硬质合金，切削速度提高到每分钟一百多米至几百米;当前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出现，使切削速度提高到每分钟一千米以上;被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。 刀具材料应具备的性能性能优良的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。 刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作，应具备如下的基本要求高硬度和高耐磨性，足够的强度与冲击韧性，高耐热性，良好的工艺性和经济性 一、超硬刀具材料简介超硬刀具是现代工程材料的加工在硬度方面提出的更高要求而应运而生，20世纪的后40年中有了较大的发展。 超硬材料的化学成分及其形成硬度的规律与其他刀具材料不同，立方氮化硼是非金属的硼化物，晶体结构为面心立方体；而金刚石由碳元素转化而成，其晶体结构与立方氮化硼相似。 它们的硬度大大高于其他物质。 超硬刀具材料是指与天然金刚石的硬度、性能相近的人造金刚石和CBN（立方氮化硼）。 由于天然金刚石价格比较昂贵，所以生产上大多采用人造聚晶金刚石（PCD）、聚晶立方氮化硼（PCBN），以及它们的复合材料。 超硬刀具材料的种类超硬刀具材料是指比陶瓷材料更硬的刀具材料。 主要分两类五种1.金刚石类包括天然和人工合成单晶金刚石、聚晶金刚石(PCD)及其复合片（PDC）、CVD金刚石三种。 金刚石分天然金刚石(ND)与人造金刚石。 人造金刚石有PCD单晶粉，用于制作磨福建农林大学2具；PCD单晶粒，可做刀具；PCD聚晶片及聚晶复合片，用于制作刀具及其他工具；CVD金刚石薄膜及厚膜，可用于制作刀具、工具，并可作为光学、电子高科技原材料。 2.立方氮化硼类包括聚晶立方氮化硼(PCBN)和CVD立方氮化硼涂层。 其中以人造金刚石复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合片(PCBN)刀具占主导地位。 立方氮化硼有CBN单品粉，用于制作磨具；还有PCBN聚晶片及PCBN聚晶复合片，用于制作刀具及其他工具。 立方氮化硼是人造的。 超硬刀具材料的性能超硬材料具有优异的机械性能、物理性能和其他性能，其中有些性能很适合于刀具。 具有很高的硬度，具有很好的导热性，具有很高的杨氏模量，具有很小的热膨胀，具有较低的断裂韧性。 以上超硬材料所具备的优异或特异的性能和性质，决定了它们有着广阔用途。 超硬刀具材料的应用范围1.立方氮化硼具有高硬度、高热稳定性，对铁族元素呈惰性，故最适合制作切削下列材料的刀具切削各种淬硬钢，包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、轴承钢、模具钢等；切削各种铁基、镍基、钴基和其他热喷涂(焊)零件。 2.金刚石具有更高的硬度及其他优异性能用，它所制作的刀具，应用范围更为广泛，可以加工各种难加工材料、非难加工材料；对有色金属，主要对铜、铝及其合金，进行超精密切削加工；因为金刚石刀具，尤其是天然金刚石刀具，其切削刃可以磨得十分锋利，可以研磨出纳米级的钝圆半径；大部分能用金刚石刀具切削的难加工材料，如硬质合金、陶瓷、玻璃、复合材料等，立方氮化硼刀具也能胜任，但一般立方氮化硼刀具的使用寿命低于金刚石刀具。 而金刚石刀具不能加工铁基材料。 超硬刀具材料应用背景及前景随着材料工业及精密机械工业的发展，精密切削、超精密切削和难切削材料使用的增多，超硬刀具材料的应用日益广泛。 超硬材料刀具具有工效高、使用寿命长和加工质量好等特点，过去主要用于精加工，近几年来由于改进了人造超硬刀具材料的生产工艺，控制了原料纯度和晶粒尺寸，采用了复合材料和热压工艺等，应用范围不断扩大，除适于一般的精加工和半精加工外，还可用于粗加工，被国际上公认为是当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。 利用超硬材料加工钢、铸铁、有色金属及其合金等零件，其切削速度可比硬质合金高一个数量级，刀具寿命可比硬质合金高几 十、甚至几百倍。 同时它的出现，还使传统的工艺概念发生变化，利用超硬刀具常常可直接以车、铣代磨，对淬硬零件加工，可用单一工序代替多道工序，大大缩短工艺流程。 总之，金刚石和超硬材料由于性能优越，应用不断地在扩大，已从金属加工发展到了光学玻璃加工、石材加工、陶瓷加工、硬脆材料加工等传统加工难进行的领域，对各种工业的发展将起到巨大的推动作用，前景十分广阔。 二、涂层刀具材料现状涂层刀具已成为现代切削刀具的标志，在刀具中的使用比例已超过50%。 目前，福建农林大学3切削加工中使用的各种刀具，包括车刀、镗刀、钻头、铰刀、拉刀、丝锥、螺纹梳刀、滚压头、铣刀、成形刀具、齿轮滚刀和插齿刀等都可采用涂层工艺来提高它们的使用性能。 种类涂层刀具有四种涂层高速钢刀具，涂层硬质合金刀具，以及在陶瓷和超硬材料(金刚石或立方氮化硼)刀片上的涂层刀具。 但以前两种涂层刀具使用最多。 在陶瓷和超硬材料刀片上的涂层是硬度较基体低的材料，目的是为了提高刀片表面的断裂韧度(可提高10%以上)，可减少刀片的崩刃及破损，扩大应用范围。 涂层方法目前生产上常用的涂层方法有两种物理气相沉积(PVD)法和化学气相沉积(CVD)法。 前者沉积温度为500，涂层厚度为25?m；后者的沉积温度为9001100，涂层厚度可达510?m，并且设备简单，涂层均匀。 因PVD法未超过高速钢本身的回火温度，故高速钢刀具一般采用PVD法，硬质合金大多采用CVD法。 硬质合金用CVD法涂层时，由于其沉积温度高，故涂层与基体之间容易形成一层脆性的脱碳层(相)，导致刀片脆性破裂。 工艺最成熟和应用最广泛的硬质涂层材料是TiN，但TiN与基体结合强度不及TiC涂层，涂层易剥落，且硬度也不如TiC高，在切削温度较高时膜层易氧化而被烧蚀。 TiC涂层有较高的硬度与耐磨性，抗氧化性也好，但其性脆，不耐冲击。 Ti兼有TiC和TiN两种材料的优点，它在涂覆过程中可通过连续改变C、N的成份控制Ti性质，并形成不同成份的多层结构，可降低涂层的内应力，提高韧性，增加涂层的厚度，阻止裂纹的扩展，减少崩刃。 涂层刀具的优越性在韧性较好的刀具（刀片）基体上进行表面涂层，涂覆具有高硬度、高耐磨性、耐高温材料的薄层（如TiN、TiC等），使刀具（刀片）具有全面、良好的综合性能。 未涂层高速钢的硬度仅为6268HRC（760960HV），硬质合金的硬度仅为8993.5HRA（13001850HV）；而涂层后的表面硬度可达20003000HV以上。 由于表面涂层材料具有很高的硬度和耐磨性，且耐高温。 故与未涂层的刀具（刀片）相比，涂层刀具允许采用较高的切削速度，从而提高了切削加工效率；或能在相同的切削速度下，提高刀具寿命。 由于涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小，故涂层刀具的切削力小于未涂层刀具。 用涂层刀具（刀片）加工，零件的已加工表面质量较好。 由于涂层刀具（刀片）的综合性能良好，故涂层硬质合金刀片有较好的通用性，一种涂层硬质合金牌号的刀片具有较宽的使用范围。 三、陶瓷刀具材料简介现代陶瓷刀具材料是21世纪最有希望的刀具材料之一。 它已经从最早的纯Al2O3陶瓷，发展到添加各种氧化物、氮化物、碳化物和硼化物如TiC、TiN、TiB 2、SiC、(W，Ti)C、Ti(C，N)、WC以及ZrO2等的复相陶瓷刀具材料，并在材料的性能与应用等诸多方面取得了较大的进展。 新型陶瓷刀具由于有很高的硬度(HRA9395)，从而可加工硬度高达HRC65福建农林大学4的各类难加工材料，免除退火加工所消耗的电力和时问；可提高工件硬度，延长机器设备的使用寿命。 陶瓷刀具的主要原料Al,0和si是地壳中最丰富的成分，可以说是取之不尽，用之不竭的，因此新型陶瓷刀具的应用前景十分广阔.。 但同时也应该看到，当前国内陶瓷刀具材料的实际应用范围仍然有限，相应的材料种类、性能及其应用等方面的研究与国外相比还有一定的差距，相关方面的研究尚待深入。 陶瓷刀具材料分为3大类1氮化硅基陶瓷刀具?单一Si3N4陶瓷刀具?复台Si3N4陶瓷刀具?Simon陶瓷刀具?晶须增韧陶瓷刀具。 2.氧化铝基陶瓷?纯氧化铝陶瓷?氧化铝金属系陶瓷?氧化铝碳化物系陶瓷?氧化铝碳化物金属系陶瓷3金属陶瓷刀具?Ti(CN)基金属陶瓷刀具?涂层金属陶瓷刀具?纳米TiN改性的TiC基金属陶瓷刀具结构性能现代高技术陶瓷，也称特种陶瓷，它的材料是人工合成的，如氮化硅粉，纯度高。 利用现代粉末冶金工艺制造，制成的产品具有硬度高和耐高温等性能。 陶瓷材料主要是离子键和共价键结合，其结合力是比较强的正负离子间的静电引力或共用电子对，所以熔点高、硬度高、具有好的绝缘性、化学稳定性还有氧化性。 这就是陶瓷材料能成为切削刀具的原因。 实际应用和发展前景新型陶瓷刀具材料具有其它刀具材料无法比拟的优势，其发展空间非常大。 通过对陶瓷刀具材料组分、制备工艺与材料设计的研究，可以在保持高硬度、高耐磨性和红硬性的基础上，极大的提高刀具材料的韧性和抗冲击性能，制备符合现代切削技术使用要求的适宜材料。 可以预料，随着各种新型陶瓷刀具材料的使用。 必将促进高效机床及高速切削技术的发展，而高效机床及高速切削技术的推广与应用，又进一步推动新型陶瓷刀具材料的使用。 参考文献百度百科涂层材料baike.baidu./view/590201.htm中国刀具网.cutinfo./news/xx-05/news_17416_0.html福建农林大学5附件格式仅供参考福建农林大学本科课程论文写作规范 一、论文文本结构1论文题目（可加副标题）作者（专业学号姓名）3摘要（200-300字）关键词（35个）；5英文摘要；6英文关键词；7正文；8注释；9参考文献；10论文内容的必要附件 二、课程论文的打印排版 1、页面设置纸张A4打印纸，纵向打印；页边距:左2.5cm(装订)，上、下、右各2cm；页眉1.5cm，标示福建农林大学本科课程论文（宋体五号居中）页脚0.75cm，从“摘要”页开始标注第1页，居中打印页码。 2、论文文本排版格式题目采用大三号黑体作者（专业学号姓名）采用四号黑体3摘要和关键词“摘要”二字及“”采用四号黑体，顶格，加后打印摘要内容（小四号宋体）。 摘要内容后另启一行打印“关键词”三字及“”，采用四号黑体，顶格，后打印关键词（小四号宋体），每两个关键词之间用“；”分隔。 中文摘要与英文摘要之间以小四号宋体空一行。 “Abstract”采用小四号加粗“Times NewRoman”字体,英文摘要的内容采用小四号“Times NewRoman”字体；“Key words”采用小四号加粗“Times NewRoman”字体,英文关键词采用小四号“Times NewRoman”字体，每两个关键词之间用“；”分隔。 摘要与正文之间以小四号宋体空2行。 4正文一级标题以小三号黑体字左起顶格打印，标题前后各空一行，后打印论文内容；二级标题以四号黑体字左起顶格打印，标题前后各空一行，后打印论文内容；三级标题以小四号黑体字左起顶格打印，标题前后不空行，后打印论文内容。 论文内容统一采用小四号宋体字，全文行距用固定值22。 5注释和参考文献（注释是指文中转述、阐释、总结他人主要观点、引用某些引文等。 参考文献是指文中未直接引用，但有参考的文献）（“参考文献”4字及“:”用小四号黑体，顶格）“注释”、“参考文献”及其后面的“”均采用黑体小四号字顶格打福建农林大学6印，条目内容采用五号宋体字，每一条目均另启一行顶格打印；条目序号左顶格。 “注释”的条目序号用阿拉伯数字加圆圈标示，在文中标注序号，条数不限，且应标注引用文献的页码；“参考文献”的条目序号用阿拉伯数字加方括号标示，文中不标注序号，文献条数要求不少于10条，且应标注页码。 每一条目的最后均以实心点结束。 注释的著录格式举例如下专著作者.书名M.出版地:出版社，出版年份:起止页码.译著作者.书名M,译者.出版地:出版社，出版年份:起止页码.期刊作者.文题J.刊名，出版年，卷号(期号):起止页码.论文集作者.文题.论文集名C.出版地出版社，出版年.起止页码.学位论文作者.文题D.授予单位所在地授予单位，答辩年份:起止页码.外文文献著录格式同中文，实词的首字母大写，其余小写。 专利申请者.专利名P.专利国别:专利号.出版日期.网络文献责任者.文章标题文献类型标识.(发布时间)下载时间文献网址.（时间格式如xx0208）参考文献的著