机械制造技术基础课件 (2)

2.2刀具材料刀具的工作条件：局部强力作用，高温，剧烈摩擦。影响：加工效率，加工成本，加工质量。刀具材料刀具角度和刀具结构,2.2.1刀具材料应具备的性能高的硬度基本特性，硬度高于工件，一般60HRC以上。高的耐磨性材料抵抗磨损的能力。刀具材料硬度越高，耐磨性越好。高的耐热性刀具在高温下仍能保持硬度、强度、韧性和耐磨性的能力。衡量刀具材料切削性能的主要标志。热稳定性，化学稳定性。,足够的强度和韧性承受切削力以及切削时产生的冲击和振动，以防刀具脆性断裂和崩刃。良好的热物理性能和耐热冲击性能导热性越好，越利于切削区散热，而降低切削温度。耐热冲击性能越好，刀具越不因为受热冲击产生内部裂纹而导致刀具断裂。良好的工艺性能切削性能、磨削性能、焊接性能、热处理性能等。便于制造。经济性性能矛盾，合理选择。,2.2.2常用刀具材料碳素工具钢，合金工具钢，高速钢，硬质合金，陶瓷，金刚石，立方氮化硼等。工具钢：耐热性差，手工工具等。高速钢、硬质合金：使用最普遍。陶瓷、金刚石、立方氮化硼：逐渐增多。,碳素工具钢含碳量最高的优质钢（含碳量0.71.2%）。T8A、T10A、T12A等。硬度：6365HRC（8183HRA）耐热性：200250抗弯强度：2.2GPa工艺性能：可冷热加工成形，磨削性好，可进行热处理。用途：手动工具，如手动丝锥、板牙、铰刀、锯条、锉刀等。,合金工具钢碳素工具钢中加入少量的Cr、W、Mn、Si等合金元素。9SiCr、CrWMn等。硬度：6366HRC（8183HRA）耐热性：300400抗弯强度：2.4GPa工艺性能：可冷热加工成形，磨削性好，可进行热处理。用途：手动或低速机动工具，如丝锥、板牙、拉刀等。,碳素工具钢和合金工具钢,高速钢（锋钢或风钢）含有较多W、Cr、V等合金元素的高合金工具钢。W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2Al、W10Mo4Cr4V3Al等。硬度：6370HRC（8287HRA）耐热性：600650抗弯强度：2.54GPa工艺性能：可冷热加工成形，磨削性好，可进行热处理。用途：中速切削及形状复杂刀具，如钻头、丝锥、铰刀、铣刀、拉刀、齿轮刀具、成形刀具等。可加工250280HB以下的大部分结构钢和铸铁。,与工具钢相比，允许切削速度提高13倍，刀具耐用度提高1040倍。类别：1）通用型高速钢钨钢W18Cr4V（W18）：最基本钢种钨钼钢W6Mo5Cr4V2（M2）：各国通用2）高性能高速钢增加合金元素或含量，提高刀具切削性能，用于加工难加工材料。3）粉末冶金高速钢消除碳化物偏析，细化晶粒，提高材料硬度韧性，减小热处理变形，用于制造高精度刀具。,高速钢钻头、铰刀,高速钢球头铣刀,硬质合金以高硬度、高熔点的难熔金属碳化物WC、TiC为基体，以金属Co、Ni等为粘结剂，用粉末冶金方法制成的一种合金。硬度：8994HRA耐热性：8001000抗弯强度：0.92.4GPa工艺性能：压制烧结后使用，多镶片使用，不能冷热加工，无需热处理。用途：切削速度高于高速钢刀具，常以形状简单的刀片形式，经焊接或机械夹固用于车刀、铣刀、钻头、滚刀、丝锥等。,与高速钢相比，允许切削速度提高410倍，刀具耐用度提高1040倍，承受切削振动和冲击载荷的能力差。ISO（国际标准化组织）分类：1）P（YT）类：基体由WC、TiC和Co组成。常用牌号YT5、YT15、YT30等，数字代表TiC含量。硬度高，耐热性好，切削韧性材料时耐磨性较好，韧性较差。主要用于加工钢类材料。2）K（YG）类：基体由WC和Co组成。常用牌号YG3、YG6、YG8等，数字代表Co含量。韧性较好，切削韧性材料时耐磨性较差。主要用于加工铸铁、有色金属及合金材料。,3）M（YW）类硬质合金：在YT类增添碳化钽（TaC）、碳化铌（NbC），使硬质合金既有高的硬度又有好的韧性。常用牌号YW1、YW2等。通用性硬质合金。主要用于加工不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工钢类材料，也适用于加工一般钢类、铸铁、有色金属材料。4）TiC（N）基硬质合金（金属陶瓷）：以TiC为主要成分的TiC-Ni-Mo合金，硬度提高，耐热性好。主要用于钢和铸铁的高速精加工。碳化物含量，钴含量。硬质合金牌号选用：金属切削原理表2-4。,P(YT)类硬质合金,K(YG)类硬质合金,M(YW)类硬质合金,硬质合金机夹可转位刀具,涂层刀具在刀具基体表面上涂覆金属化合物等材料薄膜，以获得远高于基体的表面硬度和优良的切削性能。硬度（耐磨性）韧性（强度）刀具基体材料：高速钢、硬质合金等。涂层材料：TiC、TiN、TiCN、陶瓷、立方氮化硼、金刚石以及复合涂层等。涂层方法：物理气相沉积（PVD）：高速钢基体化学气相沉积（CVD）：硬质合金基体刀具耐用度提高2-5倍，切削速度提高20%-40%。,硬质合金涂层机夹可转位刀片,陶瓷材料以氧化铝（Al2O3）或氮化硅（Si3N4）等为主要成分，经压制成形后烧结而成的刀具材料。硬度：9195HRA耐热性：1200抗弯强度：0.450.8GPa工艺性能：类似于硬质合金性能及用途：硬度高，耐热性好，强度低，韧性差。化学稳定性好，与金属材料亲合力小，摩擦系数小，适合于硬铸铁和淬硬钢的较高速精加工，切削速度比硬质合金提高2-5倍。,超硬材料（立方氮化硼和人造金刚石）立方氮化硼（CBN）由立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成。硬度：80009000HV耐热性：14001500抗弯强度：0.3GPa工艺性能：压制烧结而成，可用金刚石砂轮磨削。用途：适合于硬度、强度较高的黑色金属材料（淬硬钢、冷硬铸铁等）以及难加工材料的高速切削。,CBN机夹刀片,人造金刚石通过合金触媒的作用，在高温高压下由石墨转化而成。硬度：10000HV耐热性：700800抗弯强度：0.210.49GPa工艺性能：用天然金刚石砂轮刃磨。用途：适合于有色金属以及非金属材料的高速切削和精密加工。由于热稳定性差，而且与铁元素有很强的化学亲合力，因此不适于加工钢铁类材料。,金刚石焊接刀具,刀具材料特性,思考题1、刀具材料应具备哪些性能？常用刀具材料有哪些？各有何优缺点？2、硬质合金的主要种类及用途是什么？3、超硬材料（立方氮化硼和人造金刚石）的特点及用途是什么？4、试选择合理的刀具材料及牌号：1）45钢锻件粗车；2）HT200灰铸铁精车；3）低速精车合金钢蜗杆；4）精车调质钢轴；5）高速精车铝合金；6）高速精车淬硬钢轴；7）精车冷硬铸铁；8）精车不锈钢法兰盘；9）粗车40Cr铸件；10）机用丝锥；11）加工中碳钢用的齿轮滚刀；12）精车冷硬合金轧辊；13）粗铣灰铸铁床身平面；14）粗加工镍基高温合金；15）精加工镍基高温合金。,1）45钢锻件粗车2