32-金属切削基本知识2解析课件.ppt
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- 32 金属 切削 基本知识 解析 课件
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1、第三节第三节 选择合理的切削条件选择合理的切削条件一、工件材料的切削加工性一、工件材料的切削加工性切削加工性的衡量指标切削加工性的衡量指标 工件材料的物理力学性能对切削加工工件材料的物理力学性能对切削加工 性的性的影响影响 硬度和强度硬度和强度 塑性和韧性塑性和韧性 导热系数导热系数 其它物理力学性能其它物理力学性能材料切削加工性改善途径材料切削加工性改善途径 刀具切削部分承受较大的(1)切削压力(2)切削温度(3)剧烈摩擦(4)冲击振动,因此刀具材料应具备以下性能:1.高硬度 刀具材料硬度要高于被加工材料的硬度,切削刃的硬度一般在HRC60以上。2.高耐磨性,抗磨损能力,硬度,耐磨性,金相组
2、织中硬质点(氮化物,碳化物)的硬度高,耐磨性好,硬质点数量多,颗粒越小,分布均匀,则耐磨性越好。3.足够的强度与韧性:抗冲击,承受各种应力而不崩刃、折断。与硬度、耐磨性相矛盾。4.高的耐热性与化学稳定性:耐热性:高温下保持材料硬度、耐磨性、强 度、韧性(红硬性),红硬性越好 切削速度越高。化学稳定性:(热稳定性):高温下抗氧化,不与工件材料和介质发生化学反应,(抗氧化、粘结、扩散)刀具磨损慢,表面质量好。5.良好的工艺性:便于刀具制造,(1)锻造性能(2)热处理性能(3)高温塑 性变形(4)容削加工性能(5)焊接性能6.经济性:(1)刀具材料发展结合本国资 源,资源丰富,则成本极低(2)有的刀
3、 具材料(超硬刀具材料)虽然单件成本贵,但寿命长,分摊到每个零件的成本不一定 高,要注重经济效益。7.切削加工性能的可预测性:为适应切削加工自动化和柔性制造系统的发展,要求刀具磨损及刀具耐用度等具有良好的可预测性。选择刀具材料时,各性能之间相互矛盾,如硬度高,则强度低;耐磨,则加工工艺困难,要抓住主要矛盾。刀具材料类型:工具钢(高速钢)硬质合金 陶瓷 超硬材料最常用(二)刀具材料简介二)刀具材料简介 刀具材料对刀具的寿命、加工质量、刀具材料对刀具的寿命、加工质量、切削效率和制造成本均有较大的影响切削效率和制造成本均有较大的影响 刀具切削部分在切削时要承受高温、刀具切削部分在切削时要承受高温、高
4、压、强烈的摩擦、冲击和振动高压、强烈的摩擦、冲击和振动 1.刀具切削部分材料性能的刀具切削部分材料性能的基本要求基本要求 高的硬度;高的硬度;高的耐磨性;高的耐磨性;高的耐热性高的耐热性(热稳定性热稳定性)足够的强度和韧性;足够的强度和韧性;良好的工艺性。良好的工艺性。2.刀具材料刀具材料 碳素工具钢碳素工具钢 合金工具钢合金工具钢 高速钢高速钢 硬质合金硬质合金 陶瓷陶瓷 金刚石金刚石 立方氮化硼立方氮化硼 碳素工具钢碳素工具钢(如如T10A、T12A)及合金及合金工具钢工具钢(如如9SiCr、CrWMn),因耐热,因耐热性较差性较差通常仅用于手工工具和切通常仅用于手工工具和切削速度较低的刀
5、具削速度较低的刀具 陶瓷、金刚石和立方氮化硼陶瓷、金刚石和立方氮化硼等目前仅等目前仅用于较为有限的场合用于较为有限的场合 高速钢和硬质合金高速钢和硬质合金 最广泛使用最广泛使用 高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。别名:(风钢)良好的淬透性,空气中冷却就可 得到高硬度。(锋钢)刃容锋利。(白钢)磨光后,表面光亮。1.较高的热稳定性:切削温度高达500-650,与碳素工具钢,合金工具钢相比,切削速度提高1-3倍,耐用度提高10-40倍,可加工有色金属至高温合金(范围广)。2.高强度,韧性:抗弯强度为硬质合金的2-3倍数,是陶瓷的5-6倍,韧性比它们高几 十倍。3.一定
6、的硬度(HRC63-70):耐磨性好,适合各类切削刀具的要求,也可用于在刚 性较差的机床上加工。特点:特点:4.刀具制造工艺简单:能锻造,制作形状复 杂刀具,大型成型刀具(这一点极为重要)如钻头、丝锥、成型刀具、拉刀、齿轮刀具。5.材料性能较硬质合金和陶瓷稳定,在自动机床上使用可靠。因此,尽管各种新型刀具材料不断出现,高速钢仍占现用刀具材料的一半以上。普通高速钢(通用型)、高性能高 速钢和粉末冶金高速钢)高性能高速钢:再加入一些合金、性能高。粉末冶金高速钢:制造工艺不同,性能高。普通高速钢:分钨钢,钨钼钢两类,V不高于40-60%。1、钨钢:W18Cr4V(1841)此牌号国内普 遍使用,性能
7、稳定,刃磨、热处理工艺控制 较方便,国外钨价高,很少使用。简称:W18、18%、4%Cr、1%V 综合性能好,600,HRC48.5,用以制造各 种复杂刀具。优点:(1)淬火时过热倾向小。(2)含钒少,磨加工性好。(3)碳化物含量高,塑性变形抗力较大。缺点:(1)碳化物分布不均匀,剩余碳化物 颗粒大(最大30m),影响薄 刃刀具或小截面刀具的耐用度。(2)强度和韧性,显得不够,此材料 30mm,抗弯强度33.5Ga 6080mm,抗弯强度22.3Ga 适宜做小截面刀具,此时强度,韧性才是满意的。(3)热塑性差,很难用作热成形法制 造的刀具(如热轧钻头)。2.钨钼钢 W6M05Cr4V2(654
8、2)为缺钨而产生优点:(1)合金元素少,减少了碳化物数量 及分布不均匀性,有利于提高高温塑 性、抗弯强度、冲击韧性,抗弯强度比 W18高1015%,韧性高5060%。(2)可加大截面刀具,可做尺寸较大,承 受冲击力较大的刀具。缺点:淬火温度范围窄,脱碳,过热敏感性 大,主要用于热轧刀具(扭槽,麻花钻)高速钢的表面处理与涂层1、表面化学处理:提高刀具的切削性能 (氧氮化处理):将刀具成品置于氨气和水蒸气的混和体中,540560保温12小时,形成0.003mmFe3O4氧化膜,内层为氧、氮、碳扩散层:厚0.03-0.05mm。HV1000以上,耐用度提高60%-70%。2、涂层:物理气相沉积TiN
9、涂层 550以下高真空下进行,钛气化与氮反应,生成TiN(0.002mm),HRC80以上,切削力,切削温度下降25%,Vf提高一倍,耐用度显著提高。重磨后,性能仍优于普通高速钢。高速钢高速钢 指含有钨(指含有钨(W)、铬()、铬(Cr)、钒()、钒(V)等合金元素较多的高合金工具钢等合金元素较多的高合金工具钢 具有较高的硬度具有较高的硬度(热处理硬度可达热处理硬度可达62 67HRC)和耐热性和耐热性(切削温度可达切削温度可达550600C)具有较高的强度和韧性,抗冲击、振具有较高的强度和韧性,抗冲击、振动的能力较强。动的能力较强。高速钢刀具制造工艺较简单,刀刃高速钢刀具制造工艺较简单,刀刃
10、锋利锋利 适用于制造各种形状复杂刀具适用于制造各种形状复杂刀具(如如钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿钻头、丝锥、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等轮刀具等)常用的通用型高速钢牌号常用的通用型高速钢牌号 W6Mo5Cr4V2 W18Cr4V 高性能高速钢高性能高速钢 如如9W6MoSCr4V2 W6MoSCr4V3 比通用型高速钢具有更好的切削性比通用型高速钢具有更好的切削性能,适合于能,适合于 加工奥氏体不锈钢、加工奥氏体不锈钢、高温合金、钍合金和高强度铡等难高温合金、钍合金和高强度铡等难加工材料加工材料 粉末冶金高速钢,其性能优于上述粉末冶金高速钢,其性能优于上述的高速钢的高速钢 540 HRA828
11、7760 HRA7785800-1000时,尚能进行切削 刀具耐用度提高几几十倍,同时切削速度提高410倍。缺点:比高速钢强度低,冲击韧性差,不能承受切削振动和冲击负荷。硬质合金中:碳化物含量高,则硬度高,抗弯强度低。硬质合金中:粘结剂含量高,则硬度低,抗弯强度高。适用范围较广:绝大多数车刀、端铣刀、深孔钻、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等。ISO(国际标准化组织)将切削用硬质合金分三类:P类:用于加工长切屑的黑色金属,相当于 我国的YT类。K类:用于加工短切屑的黑色金属,有色金 属和非金属材料 YG类。M类:用于加工长或短切屑的黑色金属和有 色金属 YW类 现代加工材料中 9095%可用P和K类硬质合
12、金加工,510%可用M类硬质合金加工。主要介绍 YT,YG类:YG:钨钴类:(WC+Co)硬质合金 主要牌号:YG3x、YG6x、YG6、YG8 含Co为3%、6%、6%、8%特点:抗弯强度与韧性比YT高,导热性高,加工性好,刃口容磨得锋利硬度差Co 越高韧性越好,用于粗加工,反之Co越 低,用于精加工、加工材料、铸铁、有色金属和非金属材料。YT:钨钛钴类:(WC+TiC+Co)主要牌号 YT5、YT14、YT15、YT30数字为TiC含量。钴含量为:10%、8%、6%、4%。加工材料:钢 TiC,Co,材料硬度、耐磨性、抗弯强度、导热性、磨削性能,焊接性能,耐热性,用于精加工。反之,用于粗加
13、工。选用:(1)当要求刀具有较高的耐热性及耐磨 性,TiC的牌号。(2)当刀具 在切削时受冲击和振动易 崩刃时,TiC的牌号。化学气相沉积法,涂复一层(510m)耐磨、难熔金属化合物,耐用度提高14倍。涂层材料:TiC、TiN、AL2O3硬质合金硬质合金 用碳化钨(用碳化钨(WC)、碳化钛()、碳化钛(TiC)和钴(和钴(CO)等材料利用粉末冶金的)等材料利用粉末冶金的方法制成的合金方法制成的合金 硬质合金是用高耐热性和高耐磨性硬质合金是用高耐热性和高耐磨性的金属碳化物的金属碳化物(如碳化钨、如碳化钨、碳化碳化钛、碳化钽等钛、碳化钽等)与金属粘结剂与金属粘结剂(钴、钴、钨、钼等钨、钼等)在高温
14、下侥结而成的粉在高温下侥结而成的粉太冶金材料太冶金材料 硬质合金硬质合金 硬度可达硬度可达8993HRA(74-82HRC)切削温度达切削温度达8001000 切削速度可达切削速度可达100300mmin 韧性差,抗弯强度低,不能承受较大韧性差,抗弯强度低,不能承受较大的冲击载荷的冲击载荷 硬质合金可分为硬质合金可分为K、P、M三个主要三个主要类别类别 K类硬质合金类硬质合金(旧牌号旧牌号YG类类)P类硬质台金类硬质台金(旧牌号旧牌号YT类类)M类硬质合金类硬质合金(旧牌号旧牌号YW类类)K类硬质合金类硬质合金(旧牌号旧牌号YG类类)适宜加工短切屑的脆性金属和有色金属适宜加工短切屑的脆性金属和
15、有色金属材料材料 如灰铸铁、耐热合金、铜铝合金等如灰铸铁、耐热合金、铜铝合金等 其牌号有其牌号有K01、K10、K20、K30、K40等等 精加工可用精加工可用K01 半精加工选用半精加工选用K10 粗加工宜用粗加工宜用K30 P类硬质台金类硬质台金(旧牌号旧牌号YT类类)适宜加工长切屑的塑性金属材料适宜加工长切屑的塑性金属材料 如普通碳钢、合金钢等如普通碳钢、合金钢等 其牌号有其牌号有P01、P10、P20、P30、P50等等 精加工可用精加工可用P01 半精加工选用半精加工选用Pl0、P20 粗加工宜用粗加工宜用P30M类硬质合金类硬质合金(旧牌号旧牌号YW类类)具有较好的综合切削性能具有
16、较好的综合切削性能 适宜加工适宜加工K切屑或短切屑的金属材料切屑或短切屑的金属材料 如普通碳钢、铸钢、冷硬铸铁、耐热钢、如普通碳钢、铸钢、冷硬铸铁、耐热钢、高锰钢、有色金属等高锰钢、有色金属等 其牌号有其牌号有M10、M20、M30、M40 精加工可用精加工可用M10 半精加工选用半精加工选用M20 粗加工宜用粗加工宜用M30(3)涂层刀具材料涂层刀具材料 在硬质合金或高速钢基体上,涂敷一在硬质合金或高速钢基体上,涂敷一层几微米厚的高硬度、高耐磨性的金层几微米厚的高硬度、高耐磨性的金属化合物属化合物(如碳化钛、氮化钛、氧化铝如碳化钛、氮化钛、氧化铝等等)而制成的。而制成的。涂层硬质合金的刀具寿
17、命至少可提高涂层硬质合金的刀具寿命至少可提高l3倍倍 涂层高速钢的刀具寿命可提高涂层高速钢的刀具寿命可提高210倍倍 陶瓷刀是以AL2O3为主要成份,在高温下,烧结而成的一种刀具材料。(1)纯AL2O3陶瓷(2)AL2O3TiC混和陶瓷1、很高的硬度与耐磨性,HRA9195,高于硬质合金。2、使用良好时,有很高的耐用度。3、很高的耐热性,760 HRA87 1200 HRA80,切削速度比硬质合金高25倍,抗弯强度,韧性下降极小。4、很高的化学稳定性,与金属亲和力小,抗粘结,抗扩散,抗氧化能力强。5、较低的摩擦系数,切屑不易粘刃,不 易产生积屑瘤,加工表面粗糙度较小。缺点:(1)脆性大,强度、
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