刀具切削PPT课件.ppt

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1、刀具种刀具种类很多，根据用途和加工方法不很多，根据用途和加工方法不同，可分如下同，可分如下类型。型。（1）、按加工方式分）、按加工方式分 有有车刀、刀、铣刀、刀、钻头、铰刀、拉刀、螺刀、拉刀、螺纹刀具、刀具、齿轮刀刀具、砂具、砂轮等。等。（2）、按）、按结构方式分构方式分 有整体式、有整体式、焊接接式、机式、机夹式、可式、可转位式等。位式等。（3）、按刀具的刃形分）、按刀具的刃形分 有有单刃刀具、刃刀具、多刃刀具、成形刀具等。多刃刀具、成形刀具等。（4）、按国家）、按国家标准分准分 有有标准刀具、非准刀具、非标准刀具等。准刀具等。1-3 刀具材料及选用刀具材料及选用 刀具材料是指刀具切削刀具材

2、料是指刀具切削部分的材料。部分的材料。刀具的切削能力直接影刀具的切削能力直接影响生产率、加工质量和加响生产率、加工质量和加工成本。工成本。刀具的切削性能，主要刀具的切削性能，主要取决于刀具材料。取决于刀具材料。4 刀刀具具的的切切削削部部分分不不但但要要求求具具有有一一定定的的几几何何形状，还要求有相应的刀具材料。形状，还要求有相应的刀具材料。目目前前广广泛泛应应用用的的刀刀具具材材料料有有高高速速钢钢和和硬硬质质合合金。金。金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相接触，承受着很大的切削压力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦，产生很高的切削温度。即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条

3、件下工作的。因此，刀具切削部分材料应具备以下基本性能。1刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能l高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性l足够的强度和韧性足够的强度和韧性l高的耐热性高的耐热性l良好的导热性良好的导热性l良好的工艺性能和经济性良好的工艺性能和经济性1刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能1)高硬度和高耐磨性高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。2)足够的强度与冲击韧性足够的强度与冲击韧性

4、 强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。3)高耐热性高耐热性 耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。4）导热性好）导热性好 刀具材料的导热性用热导率表示。热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。5)良好的工艺性和经济性良好的工艺性和经济性

5、为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵，但其使用寿命很长，在成批大量生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。l刀具材料的种类很多，常用的有刀具材料的种类很多，常用的有工具钢工具钢（包括碳素工具钢、合金（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）工具钢和高速钢）、硬质合金硬质合金、陶瓷陶瓷、金钢石金钢石和和立方氮化硼立方氮化硼等。等。l目前最常用的刀具材料是高速钢目前最常用的刀具材料是高速钢和硬质合金。和硬质合金。刀具的分类高速钢的特点l高速钢是加入了钨高速钢是加入了

6、钨（W）、）、钼钼（Mo）、）、铬铬（Cr）、）、钒钒（V）等合金元素的高合等合金元素的高合金工具钢。它具有较高的耐热性，可在金工具钢。它具有较高的耐热性，可在500 650的温度下进行切削加工。还具的温度下进行切削加工。还具有高的强度和冲击韧性，所以刃磨时能有高的强度和冲击韧性，所以刃磨时能获得锋利的刃口，故有获得锋利的刃口，故有“锋钢锋钢”之称。之称。l别称：锋钢、钨钢、白钢别称：锋钢、钨钢、白钢2高速钢高速钢二、刀具材料类型1普通高速钢（一）（一）高速钢高速钢2高性能高速钢3粉末冶金高速钢（1）钨系高速钢（2）钨钼系（或称钼系）高速钢按用途不同，高速钢分为普通高速钢按用途不同，高速钢分为

7、普通高速钢和高性能高速钢。按制造方法不同，和高性能高速钢。按制造方法不同，则有熔炼高速钢和粉末冶金高速钢则有熔炼高速钢和粉末冶金高速钢普通高速钢 按化学成分不同，普通高速钢可分为钨系和钨钼系两类：l钨系高速钢钨系高速钢 钨系高速钢的典型牌号钨系高速钢的典型牌号是是W18Cr4V、W9Mo3Cr4Vl钨钼系高速钢钨钼系高速钢 钨钼系高速钢的典型钨钼系高速钢的典型牌号是牌号是W6Mo5Cr4V2(1)高速钢 普通高速钢 普通高速钢指用来加工一般工程材料的高速钢，常用的牌号有：a）W18Cr4V（简称W18）属钨系高速钢，具有较好的切削性能，是我国最常用的一种高速钢。b）W6Mo5Cr4V2（简称M

8、2）属钼系高速钢，碳化物分布均匀性、韧性和高温塑性均超过W18Cr4V，但其磨削性能较差。c）W9Mo3Cr4V（简称W9）是一种含钨量较多，含钼量较少的钨钼系高速钢。其碳化物不均匀性介于W18和M2之间，但抗弯强度和冲击韧度高于M2。具有较好的硬度和韧性，其热塑性也很好。高性能高速钢 在普通高速钢中加入一在普通高速钢中加入一些其他合金元素（些其他合金元素（C、V、Co、Al），），以提高其耐热性和耐磨性。典型牌号：以提高其耐热性和耐磨性。典型牌号：W6Mo5Cr4V3、W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V2Al 粉末冶金高速钢 采用粉末冶金法可完采用粉末冶金法可完全消除碳化物偏析，提

9、高刀具质量全消除碳化物偏析，提高刀具质量高性能高速钢 高性能高速钢是在普通高速钢的基础上，用调整其基本化学成分和添加一些其它合金元素（如钒、钴、铅、硅、铌等）的办法，着重提高其耐热性和耐磨性而衍生出来的。它主要用来加工不锈钢、耐热钢、高温合金和超高强度钢等难加工材料。普通高速钢常见用途高速钢刀具的表面涂层l表面涂层处理的目的表面涂层处理的目的是为了在刀具表面形是为了在刀具表面形成硬度高、耐磨性好的表面层，以减少刀具成硬度高、耐磨性好的表面层，以减少刀具磨损，提高刀具的切削性能。磨损，提高刀具的切削性能。l表面涂层的方法表面涂层的方法有蒸汽处理、低温气体氮有蒸汽处理、低温气体氮碳共渗、辉光离子渗

10、氮等。此外还可采用真碳共渗、辉光离子渗氮等。此外还可采用真空溅射的方法在刀具表面沉积一层空溅射的方法在刀具表面沉积一层TiC或或TiN（约（约10m）。）。l涂层高速钢是一种复合材料涂层高速钢是一种复合材料，基体是强度、，基体是强度、韧性好的高速钢，而表层是具有高硬度、高韧性好的高速钢，而表层是具有高硬度、高耐磨性的其他材料。耐磨性的其他材料。3硬质合金硬质合金l由由高高硬硬度度、高高熔熔点点的的金金属属碳碳化化物物（WC、TiC、NbC、TaC等等）粉粉末末，用用钴钴或或镍镍等等金属作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。金属作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。l高高硬硬度度、高高熔熔点点的的金金属属碳

11、碳化化物物含含量量高高，故故其其硬硬度度、耐耐热热性性和和耐耐磨磨性性都都超超过过高高速速钢钢，允允许许切切削削温温度度高高达达8001000。因因此此，切切削速度远高于高速钢。削速度远高于高速钢。l硬质合金是当今主要的刀具材料之一。硬质合金是当今主要的刀具材料之一。普通硬质合金的分类、牌号和性能 l常常用用的的硬硬质质合合金金是是以以碳碳化化钨钨（WC）为为基体，并分为基体，并分为 WC-Co WCTic-Co WCTaC（NbC）Co WCTiCTaC(（NbC）ColYG类类，ISO称称为为K类类，加加工工短短切切屑屑的的黑黑色金属、有色金属和非金属材料色金属、有色金属和非金属材料lYT

12、类类，ISO称称为为P类类，加加工工长长切切屑屑的的黑黑色金属色金属lYN类类，ISO称称为为P类类，高高速速精精加加工工工工具具钢、淬火钢钢、淬火钢lYW类类，ISO称称为为M类类，可可履履盖盖K类类、P类的应用范围类的应用范围切削刀具用硬质合金分类及标志P类用于加工长切屑的钢件M类用于加工不锈钢件K类用于加工短切屑的铸铁件N类用于加工短切屑的非铁材料S类用于加工难加工材料H类用于加工硬材料 硬质合金的选用l各种硬质合金的应用见表各种硬质合金的应用见表1-1l硬质合金的性能，主要取决于金属碳硬质合金的性能，主要取决于金属碳化物的种类、性能、数量、粒度和粘化物的种类、性能、数量、粒度和粘结剂的

13、份量结剂的份量其他硬质合金及其使用性能其他硬质合金及其使用性能l超细晶粒硬质合金l其其WC的粒度则在的粒度则在0.21m之间，其中之间，其中大多数在大多数在0.5m以下以下l是一种高硬度、高强度兼备的硬质合金，是一种高硬度、高强度兼备的硬质合金，具有硬质合金的高硬度和高速钢的高强具有硬质合金的高硬度和高速钢的高强度度l可用于间断切削，特别是难加工材料的可用于间断切削，特别是难加工材料的间断切削间断切削l涂层硬质合金 l在韧性较好的硬质合金基体上，涂一层在韧性较好的硬质合金基体上，涂一层硬度、耐磨性极高的难熔金属化合物，硬度、耐磨性极高的难熔金属化合物，采用化学气相沉积法而获得的。涂层的采用化学

14、气相沉积法而获得的。涂层的厚度为厚度为510 m。l可分为单涂层、双涂层、和多涂层等可分为单涂层、双涂层、和多涂层等l涂层刀片不适于切削高温合金、钛合金、涂层刀片不适于切削高温合金、钛合金、有色金属及某些非金属，不能采用焊接有色金属及某些非金属，不能采用焊接结构，不能重磨使用结构，不能重磨使用l钢结硬质合金 l代号为代号为YE。它以。它以WC、TiC作硬质相（占作硬质相（占3040），以高速钢（或合金钢）作粘），以高速钢（或合金钢）作粘结相（占结相（占6070）l硬度、强度与韧性介于高速钢和硬质合硬度、强度与韧性介于高速钢和硬质合金之间；可以进行锻造、切削、热处理金之间；可以进行锻造、切削、热

15、处理与焊接与焊接l可用于制造模具、拉刀、铣刀等形状复可用于制造模具、拉刀、铣刀等形状复杂的刀具杂的刀具 l陶瓷l按按化化学学成成分分可可分分为为：纯纯氧氧化化铝铝AL2O3陶陶瓷瓷、复复合合氧氧化化铝铝AL2O3TiC陶陶瓷瓷、复复合合氮化硅氮化硅Si3N4TiCCo陶瓷陶瓷l其高温硬度很高，在其高温硬度很高，在1200时，硬度尚时，硬度尚能达到能达到80HRA，仍具有较好的切削性能，仍具有较好的切削性能l缺点：缺点：抗弯强度低，冲击韧性差，导热抗弯强度低，冲击韧性差，导热能力低和线膨胀系数大。对冲击十分敏能力低和线膨胀系数大。对冲击十分敏感，容易破裂感，容易破裂4其他刀具材料其他刀具材料l金

16、刚石 l是已知的最硬材料，它的硬度极高，接是已知的最硬材料，它的硬度极高，接近于近于10000HV（硬质合金仅为（硬质合金仅为 1300 1800HV）l金刚石分天然和人造两种金刚石分天然和人造两种l金刚石刀具既能对陶瓷、高硅铝合金、金刚石刀具既能对陶瓷、高硅铝合金、硬质合金等高硬度耐磨材料进行切削加硬质合金等高硬度耐磨材料进行切削加工，又能切削其他有色金属及其合金，工，又能切削其他有色金属及其合金，使用寿命极高，但不宜加工铁族材料使用寿命极高，但不宜加工铁族材料l立方氮化硼（CBN）l立立方方碳碳化化硼硼的的硬硬度度为为8000 9000HV；热热稳稳定定性性和和化化学学惰惰性性好好，可可耐

17、耐1300 1500的的高高温温仍仍保保持持其其硬硬度度；与与铁铁族族材材料料的的亲亲和和作作用用小小，能能以以加加工工普普通通钢钢和和铸铸铁铁的的切切削削速速度度切切削削淬淬硬硬钢钢、冷冷硬硬铸铸铁铁和和高高温温合合金金等等，当当对对淬淬硬硬零零件件进进行行半半精精车车和和精精车车时时，其其加加工工精精度度与与表面质量足以代替磨削加工。表面质量足以代替磨削加工。lCBN刀刀片片可可用用机机械械夹夹固固或或焊焊接接的的方方法法固固定定在在刀刀杆杆上上，也也可可以以将将立立方方氮氮化化硼硼与与硬硬质质合合金金压压制制在在一一起起成成为为复复合刀片合刀片。涂层刀具涂层刀具是近涂层刀具是近2020年

18、出现的一种新型刀具材料，年出现的一种新型刀具材料，是刀具发展中的一项重要突破，是解决刀具材是刀具发展中的一项重要突破，是解决刀具材料中硬度、耐磨与强度、韧性之间矛盾的一个料中硬度、耐磨与强度、韧性之间矛盾的一个有效措施。有效措施。涂层刀具是在一些韧性较好的硬质合金或高速涂层刀具是在一些韧性较好的硬质合金或高速钢刀具基体上，涂覆一层耐磨性高的难熔化金钢刀具基体上，涂覆一层耐磨性高的难熔化金属化合物而获得的。属化合物而获得的。常用的涂层材料有常用的涂层材料有TiCTiC、TiNTiN和和Al2O3Al2O3等。等。涂层技术发展本世纪70年代初首次在硬质合金基体上涂覆一层碳化钛(TiC)后，把普通硬

19、质合金的切削速度从80mmin提高到180m/min1976年又出现了碳化钛氧化铝双涂层硬质合金，把切削速度提高到250mmin。1981年又出现了碳化钛氧化铝氮化钴三涂层硬质合金，使切削速度提高到300mmin。涂层技术简介在高速钢基体上刀具涂层多为在高速钢基体上刀具涂层多为在高速钢基体上刀具涂层多为在高速钢基体上刀具涂层多为TiNTiN，常用物理气相沉积常用物理气相沉积常用物理气相沉积常用物理气相沉积法法法法(PVD(PVD法法法法)涂覆，一般用于钻头、丝锥、铣刀、滚刀等涂覆，一般用于钻头、丝锥、铣刀、滚刀等涂覆，一般用于钻头、丝锥、铣刀、滚刀等涂覆，一般用于钻头、丝锥、铣刀、滚刀等复杂刀

20、具上，涂层厚度为几微米，涂层硬度可达复杂刀具上，涂层厚度为几微米，涂层硬度可达复杂刀具上，涂层厚度为几微米，涂层硬度可达复杂刀具上，涂层厚度为几微米，涂层硬度可达80HRC80HRC，相当于一般硬质合金的硬度，耐用度可提高相当于一般硬质合金的硬度，耐用度可提高相当于一般硬质合金的硬度，耐用度可提高相当于一般硬质合金的硬度，耐用度可提高2525倍，切削速度可提高倍，切削速度可提高倍，切削速度可提高倍，切削速度可提高2020一一一一4040o o硬质合金的涂层是在韧性较好的硬质合金基体上，涂硬质合金的涂层是在韧性较好的硬质合金基体上，涂硬质合金的涂层是在韧性较好的硬质合金基体上，涂硬质合金的涂层是

21、在韧性较好的硬质合金基体上，涂覆一层几微米至十几微米厚的高耐磨、难熔化的金属覆一层几微米至十几微米厚的高耐磨、难熔化的金属覆一层几微米至十几微米厚的高耐磨、难熔化的金属覆一层几微米至十几微米厚的高耐磨、难熔化的金属化合物，一般采用化学气相沉积法化合物，一般采用化学气相沉积法化合物，一般采用化学气相沉积法化合物，一般采用化学气相沉积法(CVD(CVD法法法法)。我国株。我国株。我国株。我国株洲硬质合金厂生产的涂层硬质合金的涂层厚度可达洲硬质合金厂生产的涂层硬质合金的涂层厚度可达洲硬质合金厂生产的涂层硬质合金的涂层厚度可达洲硬质合金厂生产的涂层硬质合金的涂层厚度可达9um9um，表面硬度可达表面硬度可达表面硬度可达表面硬度可达25004200HV25004200HV。PVD涂层超微粒硬质合金涂层超微粒硬质合金涂层刀具