机械制造之刀具材料

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具有足够的强度和韧性。
4.高的红硬性红硬性是指车刀在高温下所能保持正常 切削的性能。它是衡量车刀材料司削性能好坏的主要 指示。 二、刀具材料的种类和牌号 1.碳素工具钢 含碳量为o.65%~1.35 %的 优质高碳钢。这种材料在受热至200~300~C时,硬 度和耐磨性就迅速下降.因此,多用于制造低速、手 用工具,如锉刀、手用锯条等。 2.合金工具钢 热处理后的硬度为HRC60~65, 与碳素工具钢相近,耐热性、耐磨性略高,切削速度 和刀具寿命远不如高速钢,故其用途受到很大限制, 一般只用于制造手用丝锥、手用铰刀等。
按照GB2075—87规定,硬质合金有K类(相当于YG 类 ) 、 P 类 ( 相 当 于 Y'I 、 类 ) 和 M 类 ( 相 当 于 Yw 类)。 . (1)K类硬质合金这类硬质合金呈红色,由WC和 Co组成,其韧性、磨削性能和导热性好,适用于加 工脆性材料(如铸铁、有色金属和非金属材料)。 K类硬质合金的牌号有K01、K10、K20、K30、 K40等几种。随牌号编号的增大,其耐磨性降低, 韧性增加;切削速度降低而进给量增大。 (2)P类硬质合金P类硬质合金为蓝色,由WC、 ’ric和Co组成。由于合金中加入了碳化钛(Tic),其 耐磨性比K类高,但抗弯强度、磨削性能和导热系 数有所下降,脆性大,不耐冲击,故这类合金不宜 用来加工脆性材料,只适用于高速切削一般钢材。
二、刀具材料
金属切削过程除了要求刀具具有适当的几何 参数外,还要求刀具材料对工件要有良好的切削 性能。 刀具切削性能的优劣,不仅取决于刀具切削 部分的几何参数,还取决于刀具切削部分所选配 的刀具材料。
金属切削过程中的加工质量、加工效率、加 工成本,在很大程度上取决于刀具材料的合理选 择。因此,材料、结构和几何形状是构成刀具切 削性能评估的三要素。
包括碳素工具钢、 合金工具钢和高 速钢。 有钨钴类硬质合金、 钨钛钴类硬质合金 和钨钛钽(铌)类 硬质合金。
超硬刀具材料
推广使用新型刀具 材料如涂层刀具、陶瓷 刀具、立方氮化硼等。 高速钢和硬质合金 的主要物理力学性能见 表2-1、2(p15)。
(1)高速钢
•它是一种加入较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高
硬质合金的分类
钨钴类YG(WC+Co); 钨钛钴类YT(WC+TiC+Co); 添 加 稀 有 金 属 碳 化 物 类 YA YW
(2)硬质合金
•硬质合金以其优良的性能被广泛用作刀具材料。
大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造; •硬质合金是由高硬度和高熔点的金属碳化物(碳化 钨WC、碳化钛TiC、碳化钽TaC、碳化铌NbC等)和金 属粘结剂(Co、Mo、Ni等)用粉末冶金工艺制成。 •硬质合金刀具常温硬度为89~93HRA,化学稳定性 好,热稳定性好,耐磨性好,耐热性达800~ 1000°C。 •硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具高5~ 10倍 。
速钢。 按制造工艺可分为: 熔炼高速钢、粉末 冶金高速钢和表面涂层高速钢。 按基本化学成份可分为: 钨系和钼系。
常用高速钢的牌号与性能
普通高速钢
W18Cr4V(18-4-1)由于钨价高,热塑性差, 碳化物分布不均匀等原因,目前国内外已很少采用。 高性能高速钢 高性能高速钢是指在通用型高速钢中增 加碳、钒、钴或铝等合金元素,使其常温硬度可达67~ 70HRC,耐磨性与热稳定性进一步提高。可以用于加工不 锈钢、高温合金、耐热钢和高强度钢等难加工材料。典型 牌号有M42、5O1。 粉末冶金高速钢 粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯 氮气雾化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉末,然 后再热压锻轧制成。适用于制造精密刀具、大尺寸(滚刀、 插齿刀)刀具、复杂成形刀具、拉刀等。高速钢的主要物理 力学性能见表1-2(p16)。
含锰量较高的优质碳素结构钢还应将锰元 素在钢号后面标出,如15Mn、30Mn等。 3.碳素工具钢碳素工具钢均为优质钢,含碳 量在o.60%~1.35%范围内。碳素工具钢的 牌号用T加数字表示,数字表示含碳量的千分 数。高级优质碳素工具钢在钢号后加一个“A”。 例如,T7表示含碳量为0.7%的碳素工具钢; T10A表示含碳量为1.0%的高级优质碳素工具 钢。
2.铝合金在铝中加入铜、锰、硅、镁等合金元素就成为铝合金。 铝合金根据加工方法不同,可分为形变铝合金和铸造铝合金两 大类。形变铝合金具有良好的塑性,适于压力加工;铸造铝合 金塑性较差,不适宜压力加工,只用于成形铸造。 二、铜及铜合金 1.纯铜纯铜又称为紫铜,密度为8.9,熔点为1083~C,具有 很好的导电性、导热性和优良的塑性,耐腐蚀,但强度不高, 主要用作导电材料和导热材料。纯铜的牌号用字母“T”作为代 号,代号后为顺序号(1~4),编号越大,纯度越低。 2.铜合金在铜中加入锌、锡、镍、铅、铝等金属即可得到铜 合金。铜合金可以分黄铜、青铜两大类。黄铜是铜一锌合金; 青铜是铜一锡合金。
刀具材料
1.碳素结构钢 按照(GB700--88)规定,牌号由代表 屈服点的字母、屈服点的数值、质量等级符号、脱氧 方法符号等四个部分按顺序组成。如Q235一A· F牌号 中: “Q”是钢材屈服点“屈”字汉语拼音首位字母; “235”表示屈服点235MPa;“A”表示质量等级为A; “F”表示沸腾钢。 碳素结构钢中Q195、Q215A(B),Q235A(B)常用 于制造受力不大的零件,如螺钉、螺母、垫圈等,以 及焊接件、冲压件、桥梁建筑等结构件;Q255A(B)、 Q275用于制造承受中等负荷的零件,如一般小轴、 销子、连杆、农机零件等。 2.优质碳素结构钢 质量比碳素结构钢高。钢号用 两位数字表示,它表示钢平均含碳量的万分之几。如 钢号“30”表示钢中含碳量O.30%
合金钢
在碳钢中加入一些合金元素的钢。钢中常加入 的合金元素有Si、Mn、Cr、Ni、w、V、Mo、Ti等。 一、合金钢的分类 1.按用途分类 (1)合金结构钢用于制造各种工程构件和重要机械零件 ,如齿轮、连杆、轴、桥梁等。 (2)合金工具钢用于制造各种工具,如切削刀具、模具 租量具。 (3)特殊性能钢用于制造具有某种特殊性能的结构和零 件。包括不锈钢:耐热钢、耐磨钢等。
P类硬质合金的牌号有P01、P10、P20、P30、 P40、P50几种。随合金牌号增大耐磨性降低,韧 性增加,切削速度降低,进给量增大。使用时, P01用于精加工,P40、P50用于粗加工。 (3)M类硬质合金这类硬质合金呈黄色,在其组织 中加入了碳化钽(TaC)或碳化铌(Nbc)稀有难熔金属 碳化物。其高温硬度、强度、耐磨性、粘结温度和 抗氧化性、韧性都有提高,具有较好的综合切削性 能,主要用于切削难加工材料,如铸钢、合金铸铁 、耐高湿合金等。 M类硬质合金 的牌号 有 M10 、 :M20 、 M30 、 M40等,合金的性能和切削性能的变化与K类、P类 硬质合金相同。
3.高速工具钢(简称高速钢) 一种含钨(w)、铬(Cr)、钼(Mo)、 钒(V)等合金元素较多的工具钢,其红硬性比碳素工具钢和合金 工具钢显著提高550~650~C),切削速度比碳素工具钢高2~3倍。 高速钢是一种具有较高的强度、韧性、耐密性和红硬性的刀 具材料,应用范围较广,常用于制造各种结构复杂的刀具.如 成形车刀、铣刀、钻头、铰刀、齿轮刀具、螺纹刀具等。 4.硬质合金硬质合金是钨(w)和钛(Ti)的碳c匕物粉末加钴(Co)作 为粘结剂,高压成型后再高温烧结而成的粉末冶金制品. 硬质合金的硬度很高。常温硬度达HRC74~81。耐磨好.红 硬性高,在850~1000~C仍能保持良好的切削性能,因此,可采 用比高速钢高几倍甚至十几倍的切削速度,并能切削高速钢无 法切削的难加工材料。其缺点是韧性较差,怕冲击,刃口磨得 不如高速钢刀具锋利。
2.合金工具钢 含碳量比较高(0.8%~1.5%), 钢中还加入Cr、Mo、W、 V等合金元素。合金工具钢的牌号与合金结构钢大 体相同,不同的是,合金工具钢的含碳量大于1. O%时不标出,小于1.0%时以千分数表示。如 9Mn2V表示平均含碳量为0.9%,锰平 均含量2%,钒含量小于1.5 9/5。 3.特殊性能钢 编号方法基本与合金工具钢 相同。如2Crl3表示含有0.2%的碳、13%铬的不 锈钢。为了表示钢的特殊用途,有的在钢号前面加 特殊字母。如GCrl5中的“G”表示作滚动轴承用的 钢。
1. 刀具材料应具备的性能
(1)高的硬度和耐磨性 (2)足够的强度和韧性 (3)高的耐热性与化学稳定性 (4)有锻造、焊接、热处理、磨削加工等良好的工艺性 (5)导热性好,有利于切削热传导,降低切削区温度,
延长刀具寿命,便于刀具的制造,资源丰富,价格低廉。
2. 刀具材料的种类
工具钢 硬质合金 陶瓷
2.按钢中合金元素总量分类有低合金钢(合金元素总 量<5%)、中合金钢(合金元素总量5%~10%)、高合 金钢(合金元素总量>10%)。 二、合金钢的编号及用途 1.合金结构钢 牌号用“两位数字+元素符号+数字” 表示。前两位数字表示钢中含碳量的万分数;元素 符号表示所含合金元素;后面数字表示合金元素平 均含量的百分数。当合金元素的平均含量<1.5%时, 只标明元素,不标明含量。如60Si2Mn表示平均含碳 量为O.60%,硅平均含量2%,锰含量<1.5%。
铸铁 含碳量大于2.11 %的铁碳合金称为铸 铁。
铸铁的分类与编号方法
说 类 别 灰铸铁 示例 HT200 明
“HT”为“灰铁”汉语拼音字首,其后数字为抗拉强度最 低值
KTH300-06
可锻铸铁 “KT”为“可、铁”汉语拼音字首,“H”、”Z”、”B”分 KTZ450-06 别为“黑”、“珠”、“白”汉语拼音字首,其后数字 依次为抗拉强度最低值和伸长率最低值 KTB450-07 QT400-15 RuT420 “QT”为“球、铁”汉语拼音字首,其后数字依次为抗拉 强度最低值和伸长率最低值 “RuT”为“蠕、铁”汉语拼音字首,其后数字为抗拉强 度最低值
球墨铸铁 蠕墨铸铁 说明
可锻铸铁又可分为铁素体可锻铸铁、珠光体可锻铸铁、白心可锻铸铁
有色金属及其合金
工业上把钢与铸铁叫黑色金属,其它金属及合 金叫有色金属。机械制造中广泛应用的有色金属主 要有:铝及铝合金、铜及铜合金、轴承合金和硬质 合金。 一、铝及铝合金 1.纯铝纯铝为银白色,熔点660~C,密度为2.7g /cm。,导电性、导热性好,强度和硬度低,切削 加工性好。铝的牌号由“L+数字”表示,数字表示 顺序号(从1~6),数字越大,纯度越低。 、
4.铸钢 一般用于制造形状复杂、力学性能要求 较高的零件。根据用途不同,可分工程用铸钢和 铸造碳钢两类。 (1)工程用铸钢 牌号用字母zG加两组数字表 示,“ZG”为“铸钢”两字的首位汉语拼音字母 ;第一组数字表示最低屈服点,第二组数字表示 最 低 抗 拉 强 度 。 如 ZG270 一 500 表 示 屈 服 点 为 270N,/mm。,最低抗拉强度为5。0N/mm 。的铸造碳钢。 (2)铸造碳钢 牌号用“zG”加一组数字表示, “zG”为铸钢的代号,后面的一组数字表示铸造 碳钢的名义万分碳含量。如ZG25表示含碳量为O .25%的铸造碳钢。
刀具材料
一、刀具材料的基本要求 为满足切削性能,车刀切削部分的材料必须满足 以下基本要求: 1.高的硬度车刀材料的硬度必须大于工件材料的 硬度,常温硬度一般要在HRC60以上 2.高的耐磨性 指车刀材料抵抗磨损的能力。 车刀的切削部分在切削过程中经受着剧烈的摩擦, 因此,必须具有良好的耐磨性。一般情况下,刀具 材料的硬度越高,耐磨性也越高。 3.足够的强度和韧性为了承受切削时较大的切削 力、冲击力和振动,防止脆裂和崩刃,圭刀材料必须
合金钢。 •热处理后硬度可达62~66HRC, 抗弯强度约3.3GPa, 有较高的热稳定性 、耐磨性 、耐热性。切削温度 在500~650°C时仍能进行切削。 •由于热处理变形小、能锻易磨,所以特别适合于制 造结构和刃型复杂的刀具,如成形车刀、铣刀、钻 头、切齿刀、螺纹刀具高速钢和高性能高
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