刀具與切削用量材料選擇

關于刀具與切削用量材料選擇第1頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三一、刀具材料應具備的性能p39（1）高的硬度和耐磨性（2）足夠的強度和韌性（3）高的耐熱性，導熱性好，有利于切削熱傳導，降低切削區(qū)溫度，延長刀具壽命。（4）有鍛造、焊接、熱處理、磨削加工等良好的工藝性（5）經(jīng)濟性第2頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三二、常用刀具材料p39工具鋼包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼。硬質(zhì)合金有鎢鈷類硬質(zhì)合金YG、鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金YT和鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合YW。其他材料推廣使用新型刀具材料如涂層刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼CBN等。第3頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三1．高速鋼它是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金鋼。熱處理后硬度可達62～66HRC,抗彎強度約3.3GPa，有較高的熱穩(wěn)定性、耐磨性、耐熱性。切削溫度在500～650°C時仍能進行切削。由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別適合于制造結構和刃型復雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。第4頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三按用途可分為：通用高速鋼和高性能高速鋼。按制造工藝可分為:

熔煉高速鋼、粉末冶金高速鋼和表面涂層高速鋼。按基本化學成份可分為:

鎢系和鉬系。

（1）高速鋼的分類

第5頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三（2）常用高速鋼的牌號與性能通用型高速鋼W18Cr4V(18-4-1)由于鎢價高，熱塑性差，碳化物分布不均勻等原因，目前國內(nèi)外已很少采用。高性能高速鋼

高性能高速鋼是指在通用型高速鋼中增加碳、釩、鈷或鋁等合金元素，使其常溫硬度可達67～70HRC，耐磨性與熱穩(wěn)定性進一步提高?？梢杂糜诩庸げ讳P鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強度鋼等難加工材料。典型牌號有M42、等。粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼是用高壓氬氣或純氮氣霧化熔融的高速鋼鋼水而得到細小的高速鋼粉末，然后再熱壓鍛軋制成。適用于制造精密刀具、大尺寸(滾刀、插齒刀)刀具、復雜成形刀具、拉刀等。第6頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三硬質(zhì)合金以其優(yōu)良的性能被廣泛用作刀具材料。大多數(shù)車刀、端銑刀等均由硬質(zhì)合金制造；硬質(zhì)合金是由高硬度和高熔點的金屬碳化物(碳化鎢WC、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC等)和金屬粘結劑(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工藝制成。硬質(zhì)合金刀具常溫硬度為89～93HRA，化學穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達800～1000°C。硬質(zhì)合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高5～10倍。

2．硬質(zhì)合金第7頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三鎢鈷類（WC+Co）；鎢鈦鈷類（WC+TiC+Co）；鎢鈦鉭（鈮）鈷類TiC+WC+Ni+TaC）。（1）硬質(zhì)合金的分類

第8頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三（2）常用硬質(zhì)合金的牌號及其性能鎢鈷類硬質(zhì)合金代號為YG，屬K紅色類。合金中含鈷量愈高，韌性愈好，適合于粗加工，反之用于精加工。YG(K)類硬質(zhì)合金，有較好的韌性、磨削性、導熱性，適合于加工產(chǎn)生崩碎切屑及有沖擊載荷的脆性金屬材料。鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金代號為YT，屬P藍色類。它以WC為基體,添加TiC，用Co作粘結劑燒結而成。合金中TiC含量提高，Co含量就低，其硬度、耐磨性和耐熱性進一步提高，但抗彎強度、導熱性、特別是沖擊韌性明顯下降，適合于精加工。鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金代號為YW，屬M黃色類。它在YT(P)類硬質(zhì)合金中加入TaC或NbC，這樣可提高抗彎強度、疲勞強度、沖擊韌性、抗氧化能力、耐磨性和高溫硬度等。它既適用于加工脆性材料，又適用于加工塑性材料。數(shù)字越小，硬度越高但韌性越低第9頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三以氧化鋁或以氮化硅為基體再添加少量金屬，在高溫下燒結而成的一種刀具材料。其優(yōu)點是硬度高，耐磨性、耐高溫性能好，有良好的化學穩(wěn)定性和抗氧化性，與金屬的親合力小、抗粘結和抗擴散能力強；其缺點是脆性大、抗彎強度低，沖擊韌性差，易崩刃，所以使用范圍受到限制；可用于鋼、鑄鐵類零件的車削、銑削加工。2000度（1）陶瓷刀具材料（2）金剛石刀具材料

碳的同素異形體，在高溫、高壓下由石墨轉化而成，是目前人工制造出的最堅硬物質(zhì)。由于硬度極高，耐磨性好，切削刃口鋒利，刃部表面摩擦系數(shù)較小，不易產(chǎn)生粘結或積屑瘤，可用于加工硬質(zhì)合金、陶瓷等硬度達65～70HRC的材料。800度也可用于加工高硬度的非金屬材料，如石材、壓縮木材、玻璃等，還可加工有色金屬，如鋁硅合金材料以及復合難加工材料的精加工或超精加工。缺點是熱穩(wěn)定性差，強度低、脆性大，對振動敏感，只宜微量切削，與鐵有強烈的化學親合力，不能用于加工鋼材。3．其它刀具材料第10頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三（3）立方氮化硼立方氮化硼（CBN）是一種人工合成的新型刀具材料，它由六方氮化硼在高溫、高壓下加入催化劑轉化而成。它有很高的硬度及耐磨性，熱穩(wěn)定性好，化學惰性大，與鐵系金屬在1300℃時不易起化學反應，導熱性好，摩擦系數(shù)低。因此可用于高溫合金、冷硬鑄鐵、淬硬鋼等難加工材料的加工。第11頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三（4）涂層刀具材料在韌牲較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，又不降低其韌性。常用的涂層材料有TiC、TiN、Al203及其復合材料等,涂層厚度隨刀具材料不同而異。TiC涂層硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削時能產(chǎn)生氧化鈦膜，減小摩擦及刀具磨損。TiN涂層在高溫時能產(chǎn)生氧化膜，與鐵基材料摩擦系數(shù)較小，抗粘結性能好，并能有效降低切削溫度。第12頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三TiC—TiN復合涂層第一層涂TiC，與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂TiN,減少表面層與工件間的摩擦。TiC-Al203復合涂層第一層涂TiC,與刀具基體粘牢不易脫落。第二層涂Al203可使刀具表面具有良好的化學穩(wěn)定性和抗氧化性能。目前單涂層刀片已很少應用，大多采用TiC-TiN復合涂層或TiC-Al2O3-TiN三復合涂層。第13頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三

應當指出，加工一般材料大量使用的仍是普通高速鋼及硬質(zhì)合金，只有在加工難加工材料時，才考慮選用新牌號合金或高性能高速鋼，在加工高硬度材料或精密加工時，才考慮選用超硬材料。

第14頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三數(shù)控刀具的類型與特點第15頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三按照刀具結構分：P39整體式：鉆頭、立銑刀等鑲嵌式：包括刀片采用焊接和機夾式數(shù)控刀具的類型與特點特殊形式：復合式、減振式、內(nèi)冷式等機夾可轉位刀具得到廣泛應用，數(shù)量上已達到整個數(shù)控刀具的30%~40%，金屬切除率占總數(shù)的80%~90%三、刀具結構與分類p39第16頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三按照切削工藝分：車削刀具：外圓、內(nèi)孔、螺紋、成形車刀等銑削刀具：面銑刀、立銑刀、螺紋銑刀等數(shù)控刀具的類型與特點鉆削刀具：鉆頭、鉸刀、絲錐等鏜削刀具：粗鏜刀、精鏜刀等第17頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三四、刀具角度的選擇1.前角γO

（1）功用γO

刀刃鋒利，切屑變形切削力和切削功率刀刃和刀尖強度，散熱體積刀具壽命第18頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三（2）選擇前角大小取決于：工件材料、刀具材料及加工要求。工件材料強度、硬度較低時，應取較大前角，反之應取較小的前角。加工塑性材料時，應取較大前角，加工脆性材料時，應取較小的前角。刀具材料韌性好（高速鋼），取較大前角，反之（硬質(zhì)合金）取較小前角。粗加工時，取較小前角，精加工時，取較大前角。

第19頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三2.后角αo

（1）功用αo

后刀面與工件的摩擦后刀面的磨損率（2）選擇后角大小取決于：切削厚度、工件材料及工藝系統(tǒng)剛度。切削厚度越大，后角越小；工件材料越軟、塑性越大，后角越大；工藝系統(tǒng)剛度較差時，適當減小后角；

第20頁，共23頁，2023年，2月20日，星期三1）刀具性能要求考慮P41切削性能好、精度高、可靠性高、耐用度高、斷削及排屑性能好2）立銑刀受力分析考慮P41兩刃與多刃3）切削用量的選擇：n=1000V/3.14DF=Son

a刀具耐用度的定義

b切削用量與刀具耐用度的關系

c在選擇粗加工切削用量時，應先采用大的切削深度，其次考慮采用大的進給量，最后才選擇合理的切削速度