住友电工SUMITOMO-切削刀具讲座

住友CBN（二）
CBN的烧结
金刚石 or cBN 金刚石 or cBN
1350℃， 圧5力.5GPa
PCD or P-cBN
原材料
碳化 物
原料充填
压力
超高压烧结
碳化 物 放电线切 割
加工
碳化物基质
焊接合金
焊接
成品
住友CBN（三）
烧结CBN 的特征以及应用
CBN 微粒
a)
微粒相互 粘合紧密
b)
靠粘结剂 粘合
碳化钛(TiC)高硬度耐磨化合物，有着良好的抗摩擦磨损性能。 氮化钛(TiN)的硬度稍低，但却有较高的化学稳定性，并可大大减少刀具与被加工工件之间的摩
擦系数。 碳氮化钛(TiCN)是在单一的TiC晶格中，氮原子(N)占据原来碳原子(C)在点阵中的位置而形成的复
合化合物，TiCxNy中碳氮原子的比例有两种比较理想的模式，即TiC0.5N0.5和TiC0.3N0.7。由于 TiCN具有 TiC和TiN的综合性能，其硬度(特别是高温硬度)高于 TiC和TiN，因此是一种较理想 的刀具镀层材料。 氧化铝(Al2O3)在抗氧化磨损和抗扩散磨损性能上，没有任何材料能与氧化铝相比。但由于氧化铝 与基体材料的物理、化学性能相差太大，单一的氧化铝镀层无法制成理想的镀层刀具。 铝氮化钛(TiAlN) 在切削过程中铝氧化而形成Al2O3，从而起到抗氧化和抗扩散磨损作用，但其抗 氧化性能比单一的Al2O3镀层稍差，因为TiAlN中形成的Al2O3在切削过程中边生成边磨掉。但 在高速切削时，其效果优于不含铝的TiCN镀层。
显微结构
外观结构
CBN 硬度
content (Hv)
High
44
CBN 微粒 金属粘结剂
CBN陶微瓷粒粘结剂
Low
21
应用
硬质合金 冷硬铸铁 铬镍铸铁
耐热合金 灰口铸铁 铁基烧结合金 合金钢 淬火钢 碳素工具钢 轴承钢 模具钢
住友CBN（四）
住友CBN材料系列种类和用途
住友CBN（五）
硬材料连续切削的应用
住友电工Ｐ类硬质合金（一）
钢用车削材料系列
住友电工Ｐ类硬质合金（二）
AC700G加工钢件的切削性能
住友电工Ｐ类硬质合金（三）
AC2000的切削性能
住友电工Ｐ类硬质合金（四）
AC3000的加工实例
住友电工Ｐ类硬质合金（五）
推荐切削条件参数
住友电工M类硬质合金（一）
住友电工M类硬质合金（二）
高100%。 抗月牙洼磨损和积屑瘤
住友电工金属陶瓷（一）
涂层金属陶瓷材料适用范围
住友电工金属陶瓷（二）
T2000Z刀尖磨损的比较
住友电工金属陶瓷（三）
T3000Z的崩刃率比较
住友CBN（一）
CBN刀具基础 1. CBN是什么呢？
CBN是Cubic Boron Nitride的缩写。大家知道金刚石主成分是炭元素吗？CBN是 由在化学中两个位置相邻的化学元素硼和氮，以类似于金刚石的构造结合起来的 物质。它的硬度仅次于金刚石。与金刚石不同之处在于，这种物质在自然界是不 存在的，并且具有耐热等比金刚石更优越的特性。
特点： 1）10000(C) 涂层温度提高了生 产率 2）5-15 微米厚度 3）多涂层
优点： 1）涂层强度和附着力好（涂层强度比母材稍低） 2）50%－100% 提高了切削速度 3）多至400%地提高了刀具寿命 4）提高了抗热冲击性 5）对母材的形状无限制
PVD方法
物理气相沉积是一种固态的金属反应成分的过程， 例如钛。物理气相沉积一般有真空中蒸发沉积、 溅射、离子镀三种将固态镀层材料气化的方法。 由于PVD工艺温度低，不会降低硬质合金刀片自 身的强度，刀片刃部可磨得十分锋利，从而可降
用途广泛的AC630M
住友电工K类硬质合金
铸铁车削用涂层材质 ACE涂层AC410K
●采用新开发超级FF涂层，实现耐磨损性2倍以上的提高。 ●采用超厚膜▪高强度氧化铝，实现较以往产品1、5倍以上的高速、高效率加工。 ●通过表面平滑化处理，加工稳定性大幅提高。
切削速度 (Cutting speed) 逃げ面摩耗幅 (Flank wear)
刀具磨损与刀具寿命
（一）刀具磨损：刀具在切削过程中，其前刀面、后刀面上微粒材料被切屑
或工件带走的现象，称为刀具磨损。
刀具的主要磨损形态： ➢后面磨损：机械磨损为主 ➢前面磨损（月牙磨损）：热磨损为主 ➢前后面同时磨损：
大多数情况下刀 具前、后刀面都 有磨损，后刀面 磨损对加工质量 影响最大，测量 方便，通常以VB 来表示刀具磨损 程度。
后刀面磨损
前刀面月牙洼磨损
沟槽磨损
塑性变形
积屑瘤 刃口崩损
磨损过程
初期磨损阶段（OA）： 切削时间短磨损快
正常磨损阶段（AB）： 磨损量均匀增长
急剧磨损阶段（BC）： 磨损量急剧增加伴有明显的噪
声和振动
材料的被切削性能
所谓材料的被切削性能，就是被切削材料在切削过程中的难易程度
工件材质的特性与切削的关系：
2. 住友CBN是怎么做成的呢？ 住友CBN是的。顺便说一下，这种烧制加固被称为[烧结]，因此住友 CBN也可以称为[CBN烧结体]。 说起5万个大气压可能一下子想象不出来，其大小几乎等同与地球深层的地幔处的 压力。用[接近于天然金刚石的形成环境]这个说法可以理解吗？
硬化。
切屑的变形与热
热能在工件、切屑及刀具里的分布取决于加 。工条件，对其影响较大的为切削速度、切削 厚度、刀片的几何形状及刀片的磨损程度。 对较高速的切削，大约80%~90%的热量被切 屑带走。 对工件来讲有三个热源:剪切面、切屑从工 件上断裂所做的功;后刀面的摩擦;切屑与前 刀面的摩擦。
切屑的种类
工具寿命短
高强度材质
Y
高硬度材质
Y
加工硬化（大） Y
热传导率（小） Y
延展性（大）
亲和性（大）
硬粒子（多）
Y
切削阻力大 Y Y Y
切削温度高 Y
Y
表面质量差
Y Y Y Y
切屑处理差
Y Y Y
加工硬化
Work hardening
Work Hardening
S不ta锈inl钢es s
Steel
铁Fe基bas耐ed 热合金
由于加工材料和切削条 件的不同，产生的切屑
主要有三种类型：
节状（挤裂）切屑：上表面锯齿状，下表面光滑的连续切屑，较低 vc，较大ap/f
加工中等硬度塑性金属（高碳钢/不锈钢）时产生。
带状切屑：上表面毛茸状，下表面光滑的连续切屑，大γ0，高vc，小ap/f 加工塑 性金属（碳素钢/合金钢）时产生。
崩碎切屑：不规则屑片，较低 vc，较大ap/f 加工脆性金属（铸铁）时产生。
涂层（三）
ＣＶＤ法・・・Chemical Vapor Deposition 在放置基板的空间中供给含有目标膜质构成原子的原料气体，主要以在基体 表面发生化学反应来形成覆膜的方法
ＰＶＤ法・・・Physical Vapor Deposition 在放置基板的空间中供给含有目标膜质构成的固体物质，该物质在物理作用 (加热、喷溅等)下，呈原子、分子、群束状，通过输送至基板表面形成薄膜 的方法
H类
用于加工
硬材料
每一类中的各个牌号分别给以一个01～50之间的数字，表示从最高硬度到最大 韧性之间的一系列合金，以供各种被加工材料的不同切削工序及加工条件时选 用。根据使用需要，在两个相邻的分类代号之间，可插入一个中间代号，如在 P10和P20之间插入P15，K20和K30之间插入K25等，但不能多于一个。
推荐切削参数
切削状况 材质
AC610M AC630M 100
切削速度(m/min) 进给(mm/rev.)
130
230
0.1
0.4
160
0.1
0.4
断屑槽的应用
6.0
4.0 切深 (mm)
2.0
)
0
0.2
0.4
0.6
进给(mm/rev.)
住友电工M类硬质合金（三）
高速高效的AC610M
住友电工M类硬质合金（四）
所谓切削，就是刀具与被加工材 质之间剧烈的撞击与摩擦，使材 质剥离母体。
金属材料受刀具作用后,经过 弹性变形→弹-塑性变形→挤压分离 三阶段,沿刀具前刀面滑出形成切屑
第一变形区：始滑移面OA与终滑移面 OE之间的区域,变形量最大。 第二变形区：与前刀面接触的切屑底 层的变形区域,靠近前刀面处金属纤 维化,基本与前刀面平行。 第三变形区：与已加工表面层内产生 的变形区域,产生金属纤维化和加工
夹具刚性
冷却液类型
刀具材料
高速钢
非涂层 硬质合金
涂层 硬质合金
金属陶瓷
冷却液类型
陶瓷刀片
有效功率
立方氮化硼 人造金刚石
刀具 几何形状 导向角 (或主偏角）
前角 后角
刀片形状
断屑槽
刃口处理
刀尖圆弧半径
涂层类型 化学涂层 物理涂层 中温化学涂层
材料篇
切削刀具材质种类和位置
优 金刚石烧结体 ｃＢＮ烧结体 陶瓷
涂层CBN
不涂层CBN
住友CBN（六）
连续加工淬火钢
推荐切削参数
住友CBN（七）
用于灰口铸铁的加工范围
精加工领域 2000
粗加工领域
切削速度 (m/min)
1500
1000
BN600
500 BN500
BNS800
0
１．０
２．０
３．０
４．０ 切深 d(mm)
切削刀具讲座
住友电工硬质合金贸易上海有限公司 2009年5月12日
本次讲座主要内容
一、金属切削原理 二、金属加工的刀具材料 三、车削刀具及刀具几何参数 四、断屑 五、铣削刀具及几个参数 六、钻削刀具及几何参数 七、切削振动的解决方法 八、住友在汽车行业的刀具 九、住友新产品介绍
金属切削原理
什么叫做切削？
低机床的功率消耗。
特点： 1）牌号的选择覆盖了大多数的应用情况 2）薄的氮化钛TiN涂层，厚度在2 - 4 微米 之间（与母材的附着力比CVD差） 3）400°(C) 的涂层温度 （不适合内孔的 涂层） 4）摩擦系数小
优点：
比非涂层硬质合金刀片的刀具寿命高出 15％。
刃口锋利 刃口牢固性较好。 比非涂层硬质合金的刀片的切削速度提
切分量削 别 、刀以结具字构用母、硬硬P、质度M合和、金导K根热、据性N、国能S际。、标H准表IS示O。分分类类，的把主所要有依牌据号是分加成工用材颜料色的标化识学的元六素大含类，
P类
用于加工长切屑的
钢件屑的
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
金属陶瓷
涂层
耐磨损性（硬度）
耐热性
劣 劣
硬质合金
超微粒
硬质合金 高速钢
韧性（刀具材质的韧性）
优
硬质材料粉末 WC,TiC．．．
金属粉末 Co,Ni．．
硬质合金及涂层的制造过程
原料
混合
約1400℃，真空中 烧结
研磨
干燥造粒 约1000℃
完粉
硬质合金制品
模压
涂层制品
涂层
检查评价
制品
硬质合金分类及标志
0 .1 5
AC410K
0 .1
0 .0 5
0
(min)
0
5
10
切削時間(Cutting time)
工件(work):FCD450 切削参数(cutting condition)：V=350m/min, f=0.35mm/rev.,d=1.5mm 刀片(tool)：CNMG120408
涂层（一）
常见涂层材料
3. 为什么可以用来切削淬火钢呢？ 说起刀具材料，一般认为其硬度应该是工件材料的4倍。但仅仅硬度是不行的。比 如金刚石和铁容易发生化学反应，因此不适合作为切削淬火钢的材料。而住友 CBN和铁很难发生化学反应，而且耐热性强的CBN和特殊陶瓷的绝妙组合，不仅 仅是硬度，其耐崩损性和耐磨性也实现了最适化，所以用来切削淬火钢并不难。
镍N基i base耐d 热合金
加工硬化: 表面结构可能变形，表面硬度将会增加
钴C基o bas耐ed 热合金
工件材料 硬度
材料抗拉强度 化学成分
微观结构
冷作程度
变形硬化 工件的形状/
尺寸 工件的刚性
影响加工性能的因素
加工条件 及 加工类型 速度 进给量
切深
断续切削
连续切削
影响加工性能的因素
机床设备 冷却液 机床刚性
Al2O3
10μm
特殊专用硬质合金
TiCN
ＣＶＤ涂层膜断面照片
CVD方法
化学气相沉积可以定义为一种材料合 成方法。这种方法使气相的几种组成 成分反应并在一些表面上形成一固体 膜。CVD系统中的化学反应可划分为 还原、氧化、水解、热解等，是在低 压CVD反应器中实现的。沉积反应几 乎永远是一种不均匀的多相反应。
■适用领域 Application range
(m/min) 300
AC410K
200
AC700G AC2000
100
～
连续・轻
部分断续
強断续
Light
Medium
Rough
切削状态 (Cutting Condition)
■切削性能 Performance
(mm) 0 .2 5
0 .2
他社K10
(competitor’s K10)