刀具材料：硬质合金

1,刀具材料硬质合金,机电工程与自动化学院,1.刀具材料,1.1刀具材料的定义在金属切削加工过程中刀具切削部分直接负担切削工作，所以刀具材料通常是指刀具切削部分的材料1.2刀具材料的影响作用生产率高低，刀具消耗，加工成本，加工精度，表面质量等等,2,1.3刀具材料应具备的性能1）高的硬度和良好的耐磨性2）足够的强度和韧性3）高的耐热性4）良好的热物理性和耐热冲击性能5）良好的工艺性6）经济性,3,1-1刀具材料的发展情况,4,2.硬质合金,5,随着工业的发展需求，工具钢（碳素工具钢、合金工具钢、高速钢）已经不能满足行业对高效率加工、高质量加工和难加工材料的加工要求，因此20世纪20到30年代行业领域发明了钨钴钛类硬质合金。,2.1硬质合金的性能特点硬质合金是由高硬度、高熔点的金属碳化物（WC、TiC等）微粉和金属黏结剂（Co、Ni、Mo等）经高压成形，并在1500左右的高温下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金的硬度高达8994HRA，耐磨性很好，能切削淬火钢等硬度高的材料。硬质合金的耐热性为8001000，切削速度可达100m/min以上，但其抗弯强度低、韧性差、怕冲击和振动，制造工艺性差。,6,7,2-1各类刀具材料的物理力学性能,8,2-2常用硬质合金刀具材料的性能,9,2-3各类刀具材料的硬度与韧性,10,2-4钨钢可拆卸式刀片,2-53mm钨钢整体硬质合金铣刀,2.2切削用硬质合金的分类及牌号,11,2-6切削工具用硬质合金分类,12,2-7硬质合金的牌号,2.3常用硬质合金分类ISO将切削用硬质合金分为三类：K类：主要成分为WC-CO，对应我国YG类P类：主要成分WC-TiC-CO，对应我国YT类M类：主要成分WC-TaC(NbC)-CO，对应我国的YW类,13,我国对切削用硬质合金的分类：钨钴类硬质合金（YG）（WC+CO）钨钛钴类硬质合金（YT）（WC-TiC-CO）钨钽（铌）钴类硬质合金（YA）（WC-TaC(NbC)-CO）钨钛钽（铌）钴类硬质合金（YW）（WC-TiC-Ni-Mo）以上四种硬质合金的主要成分都是WC，故统称为WC基硬质合金。碳化钛基类硬质合金（YN）,14,2.4新型硬质合金1）细晶粒、超细晶粒硬质合金,15,2-8超细晶粒整体硬质合金涂层精密铣刀,特点：使用细晶粒，加抑制剂，采用新进的烧结工艺，多用于YG类合金，可以较大提高硬度、耐磨性、抗弯强度和韧性。可用于加工高硬度难加工材料。,2）涂层硬质合金,16,特点：它将韧性材料和耐磨性材料通过涂层有机的结合在一起，可以使寿命提高25倍,2-10硬质合金涂层刀具,3）高速钢基硬质合金,17,特点：以TiC或WC为硬质相，以高速钢为联接相，用粉末冶金方法制成，性能介于高速钢与硬质合金之间。可用于制造钻头、铣刀等复杂刀具。但其导热性差，容易过热，切削时要充分冷却，不适于高速切削,2-11高速钢基硬质合金铣刀,3.新型硬质合金研究情况,1）高速、高效、高精度是当今数控切削加工技术发展的方向;而高速切削是一项复杂的系统工程，涉及机床刀具和材料等诸多领域的集成和创新。高档数控机床是基础，高性能刀具是关键，硬质合金材料为刀具性能的提高提供了物质保障。2）一线品牌有瑞典山德维克Sandvik,以色列依斯卡ISCAR,美国肯纳金属KennaMetal等;二线品牌有日本三菱,中国株洲钻石牌,德国瓦尔特等,三线品牌有台湾,韩国以及国内的自贡长城牌,株洲精诚牌,清河金刚牌,18,3）超细晶硬质合金(晶粒度0.5m)性能优异，制备技术相对成熟，是高性能的硬质合金刀具材料。（厦门金鹭特种合金有限公司和国家钨材料工程技术中心）4）硬质合金涂层刀具：（CVD和PVD技术）,19,4.硬质合金刀具市场情况,1）我国机床刀具目前的年销售额大约为145亿元，其中硬质合金刀具所占的比重不足25%，但国内制造业所需的硬质合金刀具已经占据刀具的50%以上。2）一个工件成本构成：,20,4-1工件成本比例图,3）质量与服务落后等原因造成国产硬质合金刀具市场占有率低,中国已经成为世界上最大的机床消费国，从刀具产值来看，硬质合金刀具的产量近年持续增长，而高速钢刀具开始呈现下降趋势。硬质合金的进出口量均显着增长，主要的出口对象为亚洲，其次为欧洲，然后为北美及其他地区。分析案例：国产硬质合金可转位刀具的市场占有率低于进口刀具，主要原因有：（1）产品质量意识不强。,21,（2）售前售后服务不完善。（3）小作坊生产方式仍占很大比重。（4）高速加工被普遍认为是提高产量、降低制造成本的加工技术。就现在的发展形势看，刀具材料进入硬质合金为代表的发展时代。与高速钢相比，硬质合金具有更好的性能和更高的切削效率，它和超硬材料一起，是实现现代切削技术高效加工的重要保证。企业想要快速发展，就应该进行行业结构调整，加快生产基地的进程建设。,22,5.参考文献,1金属切削原理及刀具，武文革、辛志杰2机械制造