刀具的材质ppt课件

1、切削刀具的材质,1,高硬度Hardness 高耐磨性 Wear resistance 足够的强度与冲击韧性 Strength & Toughness 高耐热性 Hot hardness 化学稳定性Chemical stability and inertness 良好的工艺性能和经济性economics,刀具材料应具备的基本性能 Characteristics of cutting tools,2,刀具材料的发展及现状Introduction,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

2、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。,3,刀具基体材料分类,4,刀具材质的分类和使用用途,分类记号的数値越小,耐摩耗性越优秀、记号越大耐欠损性越优秀。,5,高速钢HSS(High Speed Steel),高速钢是一种含钨、钼、铬、钒等合金元素较多的合金工具钢，有良好的综合性能。热处理后硬度为HRC62-65，耐热性为550-600，强度和韧性和，特别适用于制造复杂刀具。受耐热温度限制，不适宜高速切削。 我国常用的高速钢牌号有W6Mo5Cr4V2和W6Mo3Cr4V. W2Mo9C

3、r4VCo8(M48)是引进的高速钢品牌，用于难加工材料和较高速度切削。 在高速钢刀具上涂上2到5微米的TiN薄膜，刀具寿命可提高25倍。,6,3.硬质合金,通常情况下，在炭化钨（ WC ）的粉末里、混入钴（Co）等粉末、两者烧结而成的合金称之为 超硬合金 （超硬） 。 以WC-Co的超硬合金为基础、按不同的使用用途来添加TiC和TaC等炭化物。 一般情况下,通过TiC和TaC 等的添加、耐热性提高。,7,3-2硬质合金的组织,Ti、Ta硬质姿态(灰色),W的硬质姿态(白色),Co姿态(黒色),8,Vacuum,Air,調合,粉砕调整,造粒,成形,烧成,研削,材料工程,加工工程,硬质合金刀片的

4、制作方法,9,金属陶瓷,金属陶瓷(CERMET)是陶瓷(CERAMIC)和金属（METAL）的合成语。一般的金属陶瓷硬质相中的主成分是钛（Ti）、钽（Ta)、铌（Nb）的炭化物、炭氮化物、及氮化物.炭化钨（WC）的成分较少的材料。,10,金属陶瓷的特长,1)耐摩损性优秀 与超硬相比高温硬度高,炭化物、氮化物的特征,红色框内为金属陶瓷的主成分,金属陶瓷的优势 与超硬相比，更能实现高速切削,金属陶瓷的高温硬度,11,2）和被削材（Fe）的亲和性低 很难发生铁屑积瘤,金属陶瓷,硬质合金,【积屑瘤】 被削材的一部变质硬化、附着在切刃上。对精加工面尺寸和工具寿命有影响。,金属陶瓷的优势 能得到很好光泽的

5、精加工面 能得到高精度 / 高品位的精加工面,铁屑积屑瘤发生的比较,12,抗化學性磨損,碳化鈦-氮化鈦 金屬陶瓷,非塗層 硬質合金,PVD塗層 硬質合金,13,PVD塗層 硬質合金,非塗層 硬質合金,碳化鈦-氮化鈦 金屬陶瓷,冷卻液,不能用在粗車 或 銑削,14,刀具寿命長的刀具壽命在於精加工,半精加工 被加工工件材料低 & 中碳鋼,易削鋼,不銹鋼 & 長屑的球莫鑄鐵 材料硬度低於 40 HRc 加工型式半精 &精加工 速度&進給量中等速度 (與Al2O3接近) 小的走刀量,碳化鈦-氮化鈦金属陶瓷,应用提示,15,陶瓷,各種工具材料的高温硬度,一般是指把Al2O3（三氧化铝）或Si3N4（氮化

6、硅）为主原料加上微量的金属氧化物及碳化物而烧结成的材料。,陶瓷工具的特长,高温度,高耐酸化性优秀 适于高速切削,【陶瓷刀具的应用】 铸铁的高速加工 高硬度材的精加工（ Al2O3+TiC） 但是 、要实现高于陶瓷以上的高速切削、長寿命加工时,推荐使用CBN工具。,16,CBN,CBN的特长,CBN是高硬度材，耐摩耗性优秀。适合于高硬度材和烧结金属的精加工和铸铁的高速加工。,CBN：Cubic Boron Nitride(立方晶氮化硼素)的略称。,CBN,就是在高温高压下对立方晶氮化硼烧结而成的多結晶CBN （立方晶氮化硼）工具。,17,立方氮化硼 (CBN),立方氮化硼(CBN)是纯人工合成的

7、材料。它是由六方晶体氮化硼CBN微粉与少量粘结相(Co、Ni或TiN、TiC或Al2O3)在高温高压下烧结而成。 氮化硼有很高的硬度(仅次于金刚石)和耐热性(1300、1500度)，优良的化学稳定件(远优于金刚石)和导热性，低的摩擦系数。PCBN与Fe族元素亲和性很低，所以它是高速切削黑色金属较理想的刀具材料。但在高温时易与水发生反应，所以一般用于干切削。适于精加工淬硬钢，冷硬铸铁，高温合金、硬质合金等难加工材料。,18,金刚石,所谓的钻石工具，就是把合成钻石粒子在高温高圧下进行烧结，然后与超 硬合金融合而成的多結晶钻石（PCD）。,钻石工具的特长,钻石是高硬度物质，耐摩耗性优秀、高速切削加工

8、成为可能。在铝合金黄銅等的非鉄金属加工，高速加工和超硬陶瓷玻璃纤维塑料的加工上发挥其性能。,PCD：Polycrystalline diamond(多结晶钻石)的略称。 不能用于一般钢和铸铁等鉄系材料的切削。,19,刀具的涂层,硬质母材 （超硬合金和瓷金）,涂层,硬质母材的特征（参考值）,涂层膜的特征（参考值）,涂层材料 （TiN，TiC，TiCN，TiAlN，Al2O3etc),为使产品表面受到保护和到达变硬的目的、对各种材料进行表面渡膜。 切削工具的场合、在超硬合金和瓷金的硬质母材上渡上涂层材料。 通过表面的渡膜、工具的高速切削和長寿命化变成可能。,20,21,涂层的方法,22,塗層溫度

9、基體軔性 圖層殘餘應力 切削刃口的幾何設計,1000 CO,500 CO,CVD,PVD,減小,張力,倒圓,與不塗層相同,壓力 峰利或倒圓,CVD,PVD,常見的Al2O3 可有較厚的塗層,絕緣塗層 很難附著 大多數是單層,23,不易損壞 塗層無細縫 細小的顆粒和光滑的塗層表面 在加工時較小磨擦的熱 保持基體的強度 能塗在鋒利的刃口上,特別適用於銑削,螺紋,割槽,切斷,和精車的應用 典型的加工工件材料:碳鋼,合金鋼,淬火鋼,不銹鋼,高溫合金,鎳基合金,24,塗 層 厚 度,最佳化的厚度提供最大的生產能力太薄的塗層:塗層效果只能維持短時間太厚的塗層:塗層脫落能起作用的塗層厚度: 2-20 umCVD塗層:點型厚度在 10 umPVD塗層:點型厚度在 2-