金属切削原理-刀具材料课件.ppt

1、第二章第二章 刀具材料刀具材料【内容提要】【内容提要】本章主要介绍刀具材料应具备的性能，以及常用刀具材料中高速钢和硬质合金材料的特性及应用场合；简单介绍其他刀具材料的性能及应用。【目的要求】【目的要求】概概 述述2-1 2-1 刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能 一、足够的硬度和耐磨性一、足够的硬度和耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度，刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度，一般比工件高出一般比工件高出1.52倍，否则在高温高压下，就倍，否则在高温高压下，就不能保持刀具锋利的几何形状。目前，切削性能最不能保持刀具锋利的几何形状。目前，切削性能最差的刀具材料差的刀具材料碳素工具

2、钢，其硬度在室温条件下碳素工具钢，其硬度在室温条件下也应在也应在62HRC以上；高速钢的硬度为以上；高速钢的硬度为6370HRC。硬质合金在硬质合金在7481.5HRC左右。左右。硬度是指材料抵抗其他物体压入其表面的能力。硬度是指材料抵抗其他物体压入其表面的能力。2.耐磨性是指材料抵抗磨损的能力。它与材料硬耐磨性是指材料抵抗磨损的能力。它与材料硬度、强度和组织结构有关。一般来说，刀具材料的度、强度和组织结构有关。一般来说，刀具材料的硬度越高，耐磨性越好硬度越高，耐磨性越好。二、足够的强度和韧性二、足够的强度和韧性 在切削过程中，刀具承受很大的压力、冲击和振动，只有抗弯强度好，切削用量才不会发生

3、变化。粗加工余量不均，切削力发生变化，对刀具有冲击和振动，如果韧性不好，常会出现崩刃或折断。硬度和韧性是一对不可解决的矛盾，如高速钢的韧性好，硬度较差，而硬质合金的硬度高，韧性差。三、较高的耐热性三、较高的耐热性 和和 传传 热热 性性 耐热性是指在高温下刀具材料保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。用红硬性表示。高温下硬度越高，则红硬性越好。允许的切削速度越高。刀具材料的传热系数大，有利于切削区热量的传出，降低切削温度。四、良好的工艺性四、良好的工艺性 为了便于刀具加工制造，刀具材料要有良好的工艺性能。五、经济性好五、经济性好 经济性是评价新型刀具材料的重要指标之一，经济性是评价新型刀具材料的

4、重要指标之一，也是正确选用刀具材料、降低产品成本的主要依也是正确选用刀具材料、降低产品成本的主要依据之一。据之一。刀具材料的选用应立足于本国资源，注意经济刀具材料的选用应立足于本国资源，注意经济效果，力求价格低廉。效果，力求价格低廉。没有一种刀具材料能具备所有性能的最佳指没有一种刀具材料能具备所有性能的最佳指标，而是各有所长。所以在选择刀具材料时应合标，而是各有所长。所以在选择刀具材料时应合理选用。理选用。2-2 2-2 常用刀具材料常用刀具材料 目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷等。钢、合金工具钢、高速钢

5、、硬质合金及陶瓷等。一、碳素工具钢一、碳素工具钢 碳素工具钢是一种含C量较高的优质钢（含C一般为0.651.35%）。1、常用牌号：T7A、T8AT13A 其中：T碳，A高级优质碳素工具钢。阿拉伯数字，含碳量。如7指含碳0.7。2、主要性能二、合金工具钢二、合金工具钢 在碳素工具钢中加入一定量的铬（Cr）、硅（Si）钨（W）、锰（Mn）、钒（V）等合金元素（合金元素总含量不超过35），能够提高材料的耐热性、耐磨性和韧性，同时还可以减 少热处理时的变形。1、主要牌号 9SiCr：9表示平均含C量为0.90%，Si、Cr平均含量均小于1.5%；CrWMn：平均含C量大于1.0%，Cr、W、Mn平均

6、含量均小于1.5%。2 2、主要性能、主要性能 三、高速钢三、高速钢 高速钢是一种高合金工具钢，钢中含有钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素，这些合金元素的含量较高，主要改变以往工具钢的性能。高速钢经过适当热处理，可获得良好的切削性能。用高速钢制成的刀具，在切削时显得比一般低合金工具钢刀具更加锋利，因此又俗称锋钢。高速钢区别于其他一般工具钢的主要特性是它具有良好的热硬性（红硬性），当切削温度高达600左右时硬度仍无明显下降，能以比合金工具钢更高的切削速度进行切削，高速钢由此而得名。(一)高速钢的性能：（二）高速钢的分类 1、普通高速钢：2、高性能高速钢：工艺性好，可满足一般工程

7、材料的切削加工。工艺性好，可满足一般工程材料的切削加工。通过调整基本化学成分和添加其他合金元素，使其性能通过调整基本化学成分和添加其他合金元素，使其性能比普通高速钢提高一步，可用于切削高强度钢，高温合金、比普通高速钢提高一步，可用于切削高强度钢，高温合金、钛合金等难加工材料。钛合金等难加工材料。四、硬质合金四、硬质合金 指由高硬度、高熔点的碳化物，用金属粘结剂，经过高压成形，在500的高温下烧结而成的材料。组成：硬质相（TiC或WC）+粘结相（Co、Ni、Mo等）硬质合金的主要成分，具有高硬度、高熔点和化学稳定性好的特点。硬度 抗弯强度 硬度抗弯强度（一）主要性能（二）分类 1、钨钴类硬质合金

8、（YG）（1）组成：WC+Co（2）常用牌号：YG3、YG6、YG8符号中：3、6、8、代表Co含量占3%、6%、8%。Co的含量 韧性 强度 HRC 耐磨性 Co的含量 韧性 强度 HRC 耐磨性 脆性YG3（精加工）、YG6（半精加工）、YG8（粗加工）（3）应用：主要用于加工铸铁、青铜等脆性材料。2、钨钴钛类硬质合金（YT）（1）组成：硬质相（WC+TiC）+粘结相（Co）（2）常用牌号：YT5、YT14、YT15、YT30 数字表示TiC的百分含量（3）应用：TiC含量 硬度 耐磨性 脆性 韧性 TiC含量 硬度 耐磨性 脆性 韧性 主要用于加工钢材及有色金属 YT5（粗加工）YT14

9、、YT15（半精加工）YT30（精加工）3、添加稀有金属硬质合金 是在钨钴类（YG）和钨钴钛类（YT）硬质合金中加入适当的添加剂（合金碳化物TaC、NbC），形成的硬质合金新品种。可提高其抗弯强度、疲劳强度和冲击韧性，提高和金的高温硬度和高温 强度，提高抗氧化能力和耐磨性。这类合金较YG类、YT类硬质合金有更高的硬度、韧性和耐磨性，主要用于钢料和难加工材料的半精加工和精加工。注释：Ta:钽（tan）Nb:铌（ni）4、碳化钛基硬质合金（YN）组成：硬质相（TiC）+粘结相（Ni+Mo）这种合金有很高的耐磨性，有较高的耐热性和抗氧化能力，化学稳定性好，与工件材料的亲合力小，抗粘结能力较强。缺点是

10、导热率和韧性较差。用途：主要用于钢材、铸铁的精加工、半精加工和粗加工。2-3 2-3 其他刀具材料其他刀具材料 1、陶瓷材料、陶瓷材料 主要是以氧化铝（Al2O3）或氮化硅（Si3N4）等为主要成分，经压制成型后烧结而成的刀具材料。陶瓷的硬度高，化学性能稳定，耐氧化，所以被广泛用于高速切削加工中。但由于其强度低，韧性差，长期以来主要用于精加工。近年来采用先进的工艺，使其抗弯强度、抗冲击性能有很大的提高，应用范围在日益扩大。除适于一般的精加工和半精加工外，还可用于冲击负荷下的粗加工。陶瓷刀具的优缺点：与传统硬质合金刀具相比，具有以下优缺点：2、立方氮化硼、立方氮化硼 是是70年代才发展起来的一种

11、人工合成的新型刀具年代才发展起来的一种人工合成的新型刀具材料。它是立方氮化硼在高温、高压下加入催化剂材料。它是立方氮化硼在高温、高压下加入催化剂转变而成的。其性能：转变而成的。其性能：3、金刚石、金刚石 分为人造和天然两种，是目前已知最硬的，硬度约为HV10000，故其耐磨性好，不足之处是抗弯强度和韧性差，对铁的亲和作用大，故金刚石刀具不能加工黑色金属，在800时，金刚石中的碳与铁族金属发生扩散反应，刀具急剧磨损。金刚石价格昂贵，刃磨困难，应用较少。主要用作磨具及磨料，有时用于修整砂轮。4、涂层刀片、涂层刀片 涂层刀片是采用韧性较好的基体（如硬质合金刀片或高速钢等），通过化学气相沉积和真空溅射

12、等方法，对硬质合金表面涂层厚度为512m的涂层材料后获得的新型刀片。涂层材料为TiC、TiN、Al2O3等。适合于各种钢材、铸铁的半精加工和精加工，也适合于负荷较小的精加工。2-4 2-4 刀具材料的发展概述刀具材料的发展概述 百余年来，刀具材料由碳素钢、高速钢、硬质合金、涂层刀具材料、陶瓷而至超硬刀具材料的发展使车削加工的切削速度提高了100多倍，而且主要新刀具材料出现的周期也越来越短。例如，从高速钢发展到硬质合金大约经过了25年，但最近却每隔几年就有重要的新刀具材料问世。实践证明，以高的切削效率切削难加工材料的理想刀具材料应该具备一下性能：但在可预见的将来还不可能找到具有这样理想性能的刀具

13、材料。目前使用的主要刀具材料仍然是硬质合金及高速钢，但其内部构成比将有明显变化，传统的非涂层牌号及品种将会减少，耐磨涂层品种和牌号及其在柔性加工和集成制造系统中的应用将进一步增加，同时陶瓷及超硬刀具材料所占比重有较快增长。在相当长的时期内，各种刀具材料仍然是相互补充，相互竞争。国产刀具技术水平严重滞后 2004年，我国共出口高速钢刀具19.39亿件，相当于日本全年高速钢刀具产量的25倍，每支均价0.2美元，只相当于日本同类高速钢刀具的1/20；而我国高效刀具的进口已经从2000年的8千万美元猛增到2004年的4亿美元。中国机床工具工业协会工具分会秘书长沈壮行日前再次提起这组数据，中国工具工业“

14、低端混战、高端失守”的局面的确令人担忧。为什么中国的工具企业在全球“高精度、高效率、高可靠性和专用化”的大环境下依然能够抱着传统工具生产继续生存？中国工具工业到底是否能够赶上世界工具行业的发展？刀齿沿圆柱或圆锥作螺旋线排列的齿轮加工刀具用于按展成法加工圆柱齿轮蜗轮和其他圆柱形带齿的工件(见齿轮加工齿轮)。根据用途的不同滚刀分为齿轮滚刀蜗轮滚刀非渐开线展成滚刀和定装滚刀等。滚刀用于拉削的成形刀具。刀具表面上有多排刀齿，各排刀齿的尺寸和形状从切入端至切出端依次增加和变化。当拉刀作拉削运动时，每个刀齿就从工件上切下一定厚度的金属，最终得到所要求的尺寸和形状。拉刀常用于成批和大量生产中加工圆孔、花键孔

15、、键槽、平面和成形表面等,生产率很高。拉刀按加工表面部位的不同，分为内拉刀和外拉刀；按工作时受力方式的不同，分为拉刀和推刀。推刀常用于校准热处理后的型孔。拉刀 具有直刃或螺旋刃的旋转精加工刀具,用于扩孔或修孔刮刀：钳工用来刮削金属的工具,一般为三棱型,硬度较高 铰刀铰刀一种加工内螺纹的刀具，沿轴向开有沟槽。也叫螺丝攻。丝锥 插齿刀 一种齿轮形或齿条形齿轮加工刀具。插齿刀用于按展成法（见齿轮加工）加工内、外啮合的直齿和斜齿圆柱齿轮。插齿刀的特点是可以加工带台肩齿轮、多联齿轮和无空刀槽人字齿轮等。特形插齿刀还可加工各种其他廓形的工件，如凸轮和内花键等。板牙 加工或修正外螺纹的螺纹加工工具。板牙相当于一个具有很高硬度的螺母，螺孔周围制有几个排屑孔，一般在螺孔的两端磨有切削锥。板牙按外形和用途分为圆板牙、方板牙、六角板牙和管形板牙（见图 板牙的类型）。其中以圆板牙应用最广，规格范围为M 0.25 M68毫米。