機(jī)械制造技術(shù)2

1、1.2.11.2.1刀具材料應(yīng)具備的性能刀具材料應(yīng)具備的性能1.2 1.2 刀具材料刀具材料1 1高的硬度高的硬度2 2高的耐磨性高的耐磨性3 3高的耐熱性高的耐熱性4 4足夠的強(qiáng)度和韌性足夠的強(qiáng)度和韌性5 5良好的工藝性良好的工藝性6 6良好的熱物理性能和耐良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能熱沖擊性能1.2.2 1.2.2 常用的刀具材料常用的刀具材料 在切削加工中常用的在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具鋼、刀具材料有：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石、質(zhì)合金、陶瓷、金剛石、立方氮化硼等。立方氮化硼等。 種類牌號(hào)硬度維持切削性能的最高溫度/ 0 C

2、抗彎強(qiáng)度/GPa工藝性能用途碳素工具鋼T8AT10AT12A6064HRC（8183HRA）2002.452.75可冷熱可工成形，工藝性能良好，磨削性好，須熱處理只用于手動(dòng)刀具，如手動(dòng)絲錐、板牙、鉸刀、鋸條、銼刀等合金工具鋼9CrSiCrWMn 等6065HRC(8183HRA)2503002.452.75只用于手動(dòng)或低速機(jī)動(dòng)刀具，如絲錐、板牙、拉刀等種類牌號(hào)硬度維持切削性能的最高溫度/ 0 C工藝性能用途高速鋼W18Cr4VW6Mo5Cr4V2AIW10Mo4Cr4V3AI6270HRC(8287HRA)540600可冷熱可工成形，工藝性能良好須熱處理，磨削性好，但高釩類較差 用于各種刀具，

3、特別是形狀較復(fù)雜的刀具，如鉆頭、銑刀、拉刀、齒輪刀具、絲錐、板牙、刨刀等硬質(zhì)合金鎢鈷類：YG3，YG6，YG8鎢鈷鈦類YT5，YT15，YT308994HRA8001000壓制燒結(jié)后使用，不能冷熱加工，多鑲片使用，無須熱處理車刀刀頭大部分采用硬質(zhì)合金，銑 刀、鉆頭、滾刀、絲錐等亦可鑲刀片使用。鎢鉆類另加工鑄鐵，非鐵金屬；鎢鉆類加工碳素鋼、合金鋼、淬硬等陶瓷材料9194HRA 12000.4410.833壓制燒結(jié)后使用，不能冷熱加工，多鑲片使用，無須熱處理多用于車刀，性脆，適于連續(xù)切削立方氮化硼73009000HV壓制燒結(jié)而成，可用金剛石砂輪磨削用于硬度、強(qiáng)度較高材料的精加工。在空氣中達(dá)1300

4、0C時(shí)仍保持穩(wěn)定金剛石10000HV用天然金剛石砂輪刃磨困難用于非鐵金屬的高精度、小表面化粗糙度切削，7008000C時(shí)易炭化1 1、高速鋼、高速鋼 鎢鋼鎢鋼 典型牌號(hào)為典型牌號(hào)為W18Cr4V（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱W18）。含）。含W18、Cr4%、V1。有良好的綜合性能，可以。有良好的綜合性能，可以制造各種復(fù)雜刀具。但熱塑性差，制造各種復(fù)雜刀具。但熱塑性差，很難用作熱成形方法制造的刀具很難用作熱成形方法制造的刀具（如熱軋鉆頭）。（如熱軋鉆頭）。 鎢鉬鋼鎢鉬鋼 典型牌號(hào)為典型牌號(hào)為W6Mo5Cr4V2AlW6Mo5Cr4V2Al（簡(jiǎn)稱（簡(jiǎn)稱M2M2）具有良）具有良好的機(jī)械性能，可做尺寸較小、好的機(jī)械性

5、能，可做尺寸較小、承受沖擊力較大的刀具；承受沖擊力較大的刀具；熱塑性熱塑性特別好，更適用于制造熱軋鉆頭特別好，更適用于制造熱軋鉆頭等等；磨加工性也好，目前各國(guó)廣；磨加工性也好，目前各國(guó)廣為應(yīng)用。為應(yīng)用。2、硬質(zhì)合金、硬質(zhì)合金v由難熔金屬化合物（如由難熔金屬化合物（如WCWC、TiCTiC）和金）和金屬粘結(jié)劑（屬粘結(jié)劑（CoCo）經(jīng)粉末冶金法制成。）經(jīng)粉末冶金法制成。 v因含有大量熔點(diǎn)高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)因含有大量熔點(diǎn)高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性好的金屬碳化物，定性好、熱穩(wěn)定性好的金屬碳化物，硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性和耐熱性都硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性和耐熱性都很高很高。硬度可達(dá)。硬度可達(dá)HRA8

6、9HRA899393，在，在8008001000 1000 C C還能承擔(dān)切削，還能承擔(dān)切削，耐用度較高耐用度較高速鋼高幾十倍速鋼高幾十倍。當(dāng)耐用度相同時(shí)，切。當(dāng)耐用度相同時(shí)，切削速度可提高削速度可提高4 41010倍。倍。 鎢鈷類（鎢鈷類（YGYG類）類）主要成分：主要成分： 常用牌號(hào)：常用牌號(hào)：YG3YG3、YG3XYG3X、YG6YG6、YG8;YG8;數(shù)字表示含鈷量：數(shù)字表示含鈷量：如：如：YG3YG3含鈷含鈷量量0.30.3、YG8YG8含鈷量含鈷量0.80.8，含，含鈷量越高，刀具材料的抗彎強(qiáng)度鈷量越高，刀具材料的抗彎強(qiáng)度就越大，但硬度和耐磨性下降。就越大，但硬度和耐磨性下降。0W

7、 CCYG3YG3和和YG3XYG3X ：含鈷量相對(duì)較少，：含鈷量相對(duì)較少，硬度較高，耐磨性好，硬度較高，耐磨性好，適用于適用于精加工精加工；YG6YG6和和YG8YG8 ：含鈷量相對(duì)較多，：含鈷量相對(duì)較多，抗彎強(qiáng)度大，耐沖擊，抗彎強(qiáng)度大，耐沖擊，適用于適用于粗加工粗加工。性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)：抗彎強(qiáng)度高，耐沖擊；抗彎強(qiáng)度高，耐沖擊；材料的導(dǎo)熱性能好材料的導(dǎo)熱性能好，有利于降低，有利于降低切削區(qū)的切削溫度；但硬度和耐切削區(qū)的切削溫度；但硬度和耐熱性比熱性比YTYT類硬質(zhì)合金低。類硬質(zhì)合金低。用途用途：常用于常用于鑄鐵鑄鐵、不銹鋼、高、不銹鋼、高溫合金和有色金屬工件材料的切溫合金和有色金屬工件材料的

8、切削加工。削加工。 鎢鈷鈦類（鎢鈷鈦類（YTYT類）類） 主要成分：主要成分： 常用牌號(hào)：常用牌號(hào)：YT5YT5、YT15YT15、YT30YT30。數(shù)字表示含鈦量：如：數(shù)字表示含鈦量：如：YT5YT5的含的含鈦量為鈦量為0.050.05、YT30YT30的含鈦量為的含鈦量為0.30.30iWCT CC性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：硬度、耐磨性和耐硬度、耐磨性和耐熱性比熱性比YGYG類硬質(zhì)合金高，但材類硬質(zhì)合金高，但材料的料的抗彎強(qiáng)度低，不耐沖擊抗彎強(qiáng)度低，不耐沖擊。用途：用途：常用于常用于一般鋼料一般鋼料的工件的工件材料的切削加工，適用于切削材料的切削加工，適用于切削比較平穩(wěn)的場(chǎng)合。比較平穩(wěn)的場(chǎng)合。

9、由于由于YTYT類硬質(zhì)合金材料中含類硬質(zhì)合金材料中含有鈦合金元素，切削溫度較高時(shí)，有鈦合金元素，切削溫度較高時(shí)，容易與工件材料中的鈦元素容易與工件材料中的鈦元素發(fā)生發(fā)生親和現(xiàn)象親和現(xiàn)象，造成刀具表面上的鈦造成刀具表面上的鈦元素的流失元素的流失而加劇刀具的磨損而加劇刀具的磨損，故故YTYT類硬質(zhì)合金不能用來切削不類硬質(zhì)合金不能用來切削不銹鋼材料銹鋼材料。 通用硬質(zhì)合金（通用硬質(zhì)合金（YWYW類）類）主要成分：主要成分： 常用牌號(hào)：常用牌號(hào)：YW1YW1、YW2YW20iaWCTCT CCv性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：在在YTYT類中加入類中加入 可提高其抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、沖可提高其抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、

10、沖擊韌性、高溫硬度、強(qiáng)度和抗氧能擊韌性、高溫硬度、強(qiáng)度和抗氧能力、耐磨性等?？捎糜诩庸よT鐵，力、耐磨性等?？捎糜诩庸よT鐵，鋼，因而有通用硬質(zhì)合金之稱。鋼，因而有通用硬質(zhì)合金之稱。 用途：用途：適用于切削各種適用于切削各種鋼料、鑄鐵鋼料、鑄鐵和高強(qiáng)度鋼。和高強(qiáng)度鋼。YW1YW1適用于適用于精加工精加工，YW2YW2適用于適用于粗加工粗加工。 aT C種類牌號(hào)硬度工藝性能用途陶瓷9194HRA多用于車刀，性脆，適于連續(xù)切削立方氮化硼73009000HV壓制燒結(jié)而成，可用金剛石砂輪磨削用于硬度、強(qiáng)度較高材料的精加工。在空氣中達(dá)13000C時(shí)仍保持穩(wěn)定金剛石10000HV用天然金剛石砂輪刃磨困難用于非

11、鐵金屬的高精度、小表面化粗糙度切削，7008000C時(shí)易炭化 涂層刀具材料涂層刀具材料v在硬質(zhì)合金基體或高速鋼刀具基體上，涂抹一薄在硬質(zhì)合金基體或高速鋼刀具基體上，涂抹一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物而獲得的。常用的層耐磨性高的難熔金屬化合物而獲得的。常用的涂層材料有涂層材料有TiCTiC、TiNTiN、Al2O3Al2O3等。等。 v涂層刀具涂層刀具有較高的耐磨性和抗月牙洼磨能力有較高的耐磨性和抗月牙洼磨能力；有；有低的摩擦系數(shù)，低的摩擦系數(shù)，可提高刀具的耐用度可提高刀具的耐用度（提高硬質(zhì)（提高硬質(zhì)合金耐用度合金耐用度1 13 3倍，高速鋼刀具耐用度倍，高速鋼刀具耐用度2 21010倍）。倍）

12、。v但鋒利性、韌性、抗剝落性、抗崩刃性及成本昂但鋒利性、韌性、抗剝落性、抗崩刃性及成本昂貴之弊。貴之弊。 3 3、其它刀具材料、其它刀具材料 其它刀具材料其它刀具材料人造金剛石：人造金剛石：很很適于精密加工適于精密加工。但其熱穩(wěn)。但其熱穩(wěn)定性差，切削溫度不宜超過定性差，切削溫度不宜超過700700800800；強(qiáng)度低、脆性大、對(duì)振動(dòng)敏感，強(qiáng)度低、脆性大、對(duì)振動(dòng)敏感，只宜微量只宜微量切削切削；與鐵有極強(qiáng)的化學(xué)親合力，；與鐵有極強(qiáng)的化學(xué)親合力，不適于不適于加工黑金屬加工黑金屬。目前。目前主要用于磨具和磨料，主要用于磨具和磨料，對(duì)有色金屬及非金屬材料進(jìn)行高速精細(xì)車對(duì)有色金屬及非金屬材料進(jìn)行高速精細(xì)車

13、削及鏜孔；加工鋁合金、銅合金時(shí)，切削削及鏜孔；加工鋁合金、銅合金時(shí)，切削速度可達(dá)速度可達(dá)8008003800m/min3800m/min。 。立方氮化硼立方氮化硼（CBNCBN）硬度與耐磨性僅次于）硬度與耐磨性僅次于金剛石，一般金剛石，一般用于高硬度、難加工材料的用于高硬度、難加工材料的精加工精加工。1.3 1.3 金屬切削過程及其物金屬切削過程及其物理現(xiàn)象理現(xiàn)象 1.3.11.3.1切削過程切削過程及切屑種類及切屑種類 塑性金屬受壓塑性金屬受壓縮時(shí)，隨著外力縮時(shí)，隨著外力的增加，金屬先的增加，金屬先后產(chǎn)生彈性變形、后產(chǎn)生彈性變形、塑性變形，并使塑性變形，并使金屬晶格產(chǎn)生滑金屬晶格產(chǎn)生滑移，而

14、后斷裂移，而后斷裂 第一變形區(qū)的變形特征第一變形區(qū)的變形特征 第一變形區(qū)（第一變形區(qū)（OAMOAM區(qū)域）：區(qū)域）：切削層金屬沿滑移線的剪切滑移切削層金屬沿滑移線的剪切滑移變形及隨之產(chǎn)生的加工硬化。變形及隨之產(chǎn)生的加工硬化。實(shí)實(shí)際厚度為際厚度為0.020.020.2mm0.2mm，切削速，切削速度越大，厚度越小。度越大，厚度越小。故第一變形故第一變形區(qū)可看成是一個(gè)剪切面。區(qū)可看成是一個(gè)剪切面。 1. 1. 切屑形成過程切屑形成過程 第二變形區(qū)的變形特征第二變形區(qū)的變形特征 第二變形區(qū)（刀屑接觸第二變形區(qū)（刀屑接觸區(qū)）的變形特征：區(qū)）的變形特征：切屑底層金屬切屑底層金屬受摩擦擠壓后的塑性變形及晶粒

15、受摩擦擠壓后的塑性變形及晶粒纖維化纖維化 第三變形區(qū)的變形特征第三變形區(qū)的變形特征 第三變形區(qū)的變形特征：第三變形區(qū)的變形特征：已已加工表面的表層金屬受刀具的鈍加工表面的表層金屬受刀具的鈍圓刃和后刀面的擠壓摩擦，使金圓刃和后刀面的擠壓摩擦，使金屬材料的晶粒再次纖維化并加工屬材料的晶粒再次纖維化并加工硬化。硬化。v第一變形區(qū)的切削變形對(duì)刀具產(chǎn)第一變形區(qū)的切削變形對(duì)刀具產(chǎn)生較大的切削抗力；生較大的切削抗力；v第二變形區(qū)主要對(duì)刀具產(chǎn)生（粘第二變形區(qū)主要對(duì)刀具產(chǎn)生（粘結(jié)）摩擦阻力以及造成前刀面磨結(jié)）摩擦阻力以及造成前刀面磨損；損； v第三變形區(qū)主要對(duì)工件已加工表第三變形區(qū)主要對(duì)工件已加工表面質(zhì)量產(chǎn)生重

16、大影響。面質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。2. 2. 切屑的類型切屑的類型 由于工件材料、切削條件的不同，由于工件材料、切削條件的不同，產(chǎn)生的切屑種類也不同。按其機(jī)產(chǎn)生的切屑種類也不同。按其機(jī)理可分為四大類：理可分為四大類：帶狀切屑帶狀切屑，擠擠裂切屑裂切屑，單元切屑單元切屑，崩碎切屑崩碎切屑。 帶狀切屑帶狀切屑經(jīng)過上述塑性變形過程經(jīng)過上述塑性變形過程形成的切屑，外形呈帶狀。切削塑性形成的切屑，外形呈帶狀。切削塑性較高的金屬材料，例如碳素鋼、合金較高的金屬材料，例如碳素鋼、合金鋼、銅和鋁合金時(shí)，常出現(xiàn)這類切屑。鋼、銅和鋁合金時(shí)，常出現(xiàn)這類切屑。 擠裂切屑擠裂切屑在形成切屑的過程中，剪在形成切屑的過程中，剪切

17、面上局部位置處的剪應(yīng)力切面上局部位置處的剪應(yīng)力r r達(dá)到材料達(dá)到材料的強(qiáng)度極限，使切屑上與前刀面接觸的的強(qiáng)度極限，使切屑上與前刀面接觸的一面較光潔，其背面局部開裂成節(jié)狀。一面較光潔，其背面局部開裂成節(jié)狀。切削黃銅或用低速切削鋼，較易得到這切削黃銅或用低速切削鋼，較易得到這類切屑。類切屑。 單元切屑單元切屑 當(dāng)剪切面上的剪應(yīng)力超當(dāng)剪切面上的剪應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)產(chǎn)生了剪切破過材料的強(qiáng)度極限時(shí)產(chǎn)生了剪切破壞，使切屑沿厚度斷裂成均勻的顆壞，使切屑沿厚度斷裂成均勻的顆粒狀。切削鉛或用很低的速度切削粒狀。切削鉛或用很低的速度切削鋼時(shí)可得到這類切屑。鋼時(shí)可得到這類切屑。 崩碎切屑崩碎切屑 在切削脆性金

18、屬時(shí)，例如鑄鐵、在切削脆性金屬時(shí)，例如鑄鐵、黃銅等材料，切削層幾乎不經(jīng)過塑性黃銅等材料，切削層幾乎不經(jīng)過塑性變形就產(chǎn)生脆性崩裂，得到的切屑呈變形就產(chǎn)生脆性崩裂，得到的切屑呈不規(guī)則的細(xì)粒狀。不規(guī)則的細(xì)粒狀。 3.3.積屑瘤現(xiàn)象積屑瘤現(xiàn)象 積屑瘤現(xiàn)象：積屑瘤現(xiàn)象：在中在中低速切削塑性金屬低速切削塑性金屬材料時(shí)材料時(shí), , 常在刀具常在刀具前面刃口處粘結(jié)一前面刃口處粘結(jié)一些工件材料些工件材料, , 形成形成一塊硬度很高的楔一塊硬度很高的楔塊，稱之為塊，稱之為積屑瘤積屑瘤。 在一定的加工條件下，隨著在一定的加工條件下，隨著切屑與前刀面間溫度和壓力的增切屑與前刀面間溫度和壓力的增加，摩擦力也增大，使近前刀面加，摩擦力也增大，使近前刀面處切屑中塑性變形層流速減慢，處切屑中塑性變形層流速減慢，產(chǎn)生產(chǎn)生“滯流滯流”現(xiàn)象。滯流層中底現(xiàn)象。滯流層中底層與前刀面產(chǎn)生了粘結(jié)。層與前刀面產(chǎn)生了粘結(jié)。 積屑瘤的生成機(jī)理積屑瘤的生成機(jī)理 形成積屑瘤的條件形成積屑瘤的條件 主要決定于切削溫度。在切主要決定于切削溫度。在切削溫度很低或很高時(shí)時(shí)，摩擦系削溫度很低或很高時(shí)時(shí)，摩擦系數(shù)較小，故不易形成粘結(jié)；在中數(shù)較小，故不易形成粘結(jié)；在中