硬质合金高速切削铝合金时刀具材料和切削用量的选择

中国西部科技 ２０１０年０１月（下旬）第０９卷第０３期总第２００期
硬质合金高速切削铝合金时刀具材料 和切削用量的选择
刘楚玉 熊建武 周 进
（湖南铁道职业技术学院，湖南 株洲 ４１２００１）
摘 要：硬质合金是切削有色金属的主要刀具材料之一。本文阐述了硬质合金高速切削加工铝合金时硬质合金刀具材 料、切削用量的选择。 关键词：硬质合金；铝合金；高速切削；刀具材料；切削用量
The Choice of Cutting-tool Material of Cemented Carbide and Cutting Dosage When Aluminum Metal Alloy Be High-speed Cutted with Cemented Carbide
LIU Chu-yu，XIONG Jian-wu，ZHOU Jin (Hunan Railway Professional-Technology College,Hunan 412001,China) Abstract:The cemented carbide is one kind of cutting-tools to cut the color metals.This paper elaborated the characteristic of cemented carbide cutting-tools,the choice of cutting-tool material of cemented carbide and cutting dosage when aluminum metal alloy be high speed cutted with cemented carbide. Key words:Cemented carbide;The aluminum alloy;High speed cutting;Cutting-tool material;Cutting dosage
１ Ｋ类和Ｍ类硬质合金刀具适合于高速切削加工铝合金 １．１ 硬质合金刀具的种类
按主要化学成分区分，硬质合金可分为碳化钨基硬质 合金和碳（氮）化钛（ＴｉＣ（Ｎ））基硬质合金。碳化钨基硬 质合金包括钨钴类（ＹＧ）、钨钴钛类（ＹＴ）和添加稀有碳 化物类（ＹＷ）三类，它们各有优缺点，主要成分为碳化钨 （ＷＣ）、碳化钛（ＴｉＣ）、碳化钽（ＴａＣ）、碳化铌（ＮｂＣ） 等 ， 常 用 的 金 属 粘 接 相 是 Ｃ 。 在 ＹＴ类 硬 质 合 金 中 加 入
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ＴａＣ（ＮｂＣ）可提高其抗弯强度、疲劳强度、冲击韧度、高温 硬度、高温强度、抗氧化能力和耐磨性。常用牌号有ＹＷ１和 ＹＷ２（ 国 际 上 为 Ｍ类）。ＹＷ类合金兼具ＹＧ、ＹＴ类合金的性 能，综合性能好，它既可用于加工钢料，又可用于加工铸 铁和有色金属，常被称为通用合金。碳（氮）化钛基硬质 合金是以ＴｉＣ为主要成分（有些加入了其他碳化物或氮化 物）的硬质合金，常用的金属粘接相是ＭＯ 和Ｎｉ。
按晶粒大小区分，硬质合金可分为普通硬质合金、细 晶粒硬质合金和超细晶粒硬质合金。硬质合金晶粒细化 后，硬质相尺寸小，增加硬质相晶粒表面积、晶粒间的结 合力，粘接相更均匀地分布在其周围，可以提高硬质合金 的硬度与耐磨性；如果适当提高钻含量，还可以提高抗弯 强度。超细晶粒硬质合金是由晶粒极小的ＷＣ粒子和ＣＯ粒子构 成，是一种高硬度、高强度兼备的硬质合金，它具有硬质 合金的高硬度和高速钢的强度。普通硬质合金晶粒度为３～ ５μｍ，一般细晶粒硬质合金的晶粒度为１．５μｍ左右，亚微 细粒合金为０．５～１μｍ，而超细晶粒硬质合金ＷＣ的晶粒度在 ０．５μｍ以下。晶粒细化后，不但可以提高合金的硬度、耐
磨性、抗弯强度和抗崩刃性，而且高温硬度也将提高。超 细晶粒硬质合金比同样成分的普通硬质合金的硬度可提高 ２ＨＲＡ以上，抗弯强度可提高６００～１５００ＭＰａ。超细晶粒硬质 合金含ｗ（Ｃ）为９％～１５％，硬度达到９０～９３ＨＲＡ，抗弯强度
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达２０００～３５００ＭＰａ。早期，超细晶粒多用于Ｋ类合金，近年 来Ｍ类和Ｐ类也向晶粒细化方向发展。目前，各国都研制出 了多种牌号的细晶粒和超细晶粒硬质合金。我国生产的细 晶粒硬质合金有ＹＳ２、ＹＭ０５１及ＹＤ０５等牌号。株洲硬质合金 厂等企业对超细晶粒硬质合金也实现了批量生产。
ＩＳＯ（国际标准化组织）将切削用硬质合金分为三类： ① Ｋ 类 ， 包 括 Ｋ１０～ Ｋ ４ ０ ， 相 当 于 我 国 的 Ｙ Ｇ 类 （ 主 要 成 分 为 ＷＣ－ＣＯ）。②Ｐ类，包括Ｐ０１～Ｐ５０，相当于我国的ＹＴ类（主要 成分为ＷＣ－ＴＩＣ－Ｃ ）。③Ｍ类，包括Ｍ１０～Ｍ４０，相当于我国的
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ＹＷ类（主要成分为ＷＣ－ＴＩＣ－ＴａＣ（ＮｂＣ）－ＣＯ） 。 １．２ 硬质合金刀具的特性
与其他刀具相比，硬质合金刀具的特性如下：（１）高 硬度：硬质合金刀具是由硬度和熔点很高的碳化物（称硬 质相）和金属粘结剂（称粘接相）经粉末冶金方法而制成 的，其硬度达８９～９３ＨＲＡ，远高于高速钢，在５４００Ｃ时硬度仍 可达８２～８７ＨＲＡ，与高速钢常温时硬度（８３～８６ＨＲＡ）相同。 硬质合金的硬度值随碳化物的性质、数量、粒度和金属粘 接相的含量而变化，一般随粘接金属相含量的增多而降 低。（２）抗弯强度和韧性：常用硬质合金的抗弯强度在 ９００～１５００ＭＰａ范围内。金属粘接相含量越高，则抗弯强度 也就越高。硬质合金是脆性材料，常温下其冲击韧度仅为 高速钢的１／３０～１／８。（３）导热系数：由于ＴｉＣ的导热系数
收稿日期：２００９－１２－１４ 修回日期：２０１０－０１－０５ 基金项目：２００６年湖南省高等学校研究项目（编号０６Ｄ０６２）和湖南铁道职业技术学院课题（编号Ｋ２００６０１６）资助。 作者简介：刘楚玉（１９６５－），男，湖南株洲籍，本科，讲师、高级技师，研究方向为机械设计与制造。
熊建武（１９６４－），男，湖南安化籍，工学硕士，教授、高级工程师，研究方向为机械设计与制造。
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论
著
低于ＷＣ，所以ＷＣ－ＴｉＣ－ＣＯ 合金导热系数比ＷＣ－Ｃ０合 金 低 ， 并 随 着ＴｉＣ含量的增加而下降。（４）热膨胀系数：硬质合金的 热膨胀系数比高速钢小得多。ＷＣ－ＴｉＣ－ＣＯ合金的线膨胀系数 大于ＷＣ－ＣＯ合金，并随着ＴｉＣ含量的增加而加大。（５）抗冷 焊性：硬质合金与钢发生冷焊的温度高于高速钢。 １．３ Ｋ类和Ｍ类硬质合金刀具适合于高速切削加工铝合金
综上所述，Ｋ类和Ｍ类硬质合金，特别是细晶粒和超细 晶粒硬质合金，具有较高的硬度、抗弯强度和韧性、耐用 度，适合于高速切削加工铝合金。 ２ 高速切削加工铝合金时硬质合金刀具材料的选用
ＹＧ类合金主要用于加工铸铁、有色金属和非金属材 料。细晶粒硬质合金（如ＹＧ３Ｘ、ＹＧ６Ｘ）在含钴量相同时比 中晶粒的硬度和耐磨性要高些，适用于加工一些特殊的硬 铸铁、奥氏体不锈钢、耐热合金、钛合金、硬青铜和耐磨 的绝缘材料等。表１～表３为切削加工铝合金时常用硬质合 金刀具材料的选用。
的进给量ｆ，最后在保证刀具经济耐用度的条件下尽可能选 取大的切削速度ｖ。硬质合金刀具高速切削加工铝合金时， 刀具牌号及推荐切削用量如表４。
表１ ＧＢ／Ｔ２０７５－１９９８规定切削加工铝合金时硬质合金刀具的选用
表３ 适宜切削加工铝合金的硬质合金刀具
表２ 适宜切削加工铝合金的常用国产普通硬质合金刀具
３ 高速切削加工铝合金时硬质合金刀具切削用量的选用 在机床、刀具和工件等条件已确定的情况下，高速切
削加工铝合金时，切削用量的选择直接关系到工件质量、 刀具使用寿命、生产率和生产成本。选择得当，能充分发 挥机床和刀具的功能，最大限度地挖掘出生产潜力，取得 生产的最大效益；否则，就会造成很大的浪费甚至导致生 产事故，造成人员或设备的损害。因此，必须综合考虑加 工质量、刀具耐用度、操作安全和生产率等因素，在保证 刀具经济耐用度的条件下，争取较高生产效率。
一般说来，应按ａｐ→ｆ→ｖ的顺序来选择切削用量，即： 首先应考虑尽可能选取大的切削深度ａｐ，其次尽可能选用大
表４ 硬质合金刀具高速切削加工铝合金的刀具牌号及切削用量推 荐表
参考文献： ［１］ 邓建新，赵 军．数控刀具材料选用手册［Ｍ］．机械工业出版
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社，２００６． ［４］ 陆 剑 中 ，孙家 宁 ．金 属 切 削 原 理 与 刀 具 ［Ｍ］．机 械 工 业 出 版
社，２００６． ［５］ 陆 剑 中 ，周志 明 ．金 属 切 削 原 理 与 刀 具 ［Ｍ］．机 械 工 业 出 版
社，２００６． ［６］ 熊建武，周 进等．高速切削加工对刀具材料的要求及其合理选
用［Ｊ］．企业技术开发，２００７，（１２）． ［７］ 熊建武，周 进等．高速铣削铝合金时铣刀材料和几何角度的合
理选择［Ｊ］．企业技术开发，２００８，（３）．
（上接 第６ ６页） 溶液连喷２次；③初发病时喷７０％代森锰锌可 湿性粉剂８００倍液或６５％代森锌可湿性粉剂５００倍液。 ２．２ 药剂防治虫害
（１）透翅蛾。在葡萄开花后，透翅蛾产卵期和幼虫孵 化 期 可 用 ２０％氰 戊 菊 脂 ３０００倍 液 ， 或 ２５％灭 幼 脲 胶 悬 剂 ２０００倍液，或５０％辛硫磷乳油１０００～１５００倍液等喷雾防治。
（２）锈壁虱。①萌芽前喷１次３～５波美度的石硫合剂
溶液。芽开绽时喷１次０．５～１波美度的石硫合剂；②生长期 展叶后有幼虫时喷２０％扫螨净可湿性粉剂３０００～４０００倍液。
（３）叶蝉。若虫期喷５０％辛硫磷乳油１０００～１５００倍液 或２０％速灭杀丁乳油２５００～３０００倍液。
参考文献：（略）
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