金属切削刀具设计全套课件

其 它 刀 具 材 料
(4)立方氮化硼 由软的立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成。 特点：有很高的硬度(HV8000～9000)及耐磨性；有比金刚石 高,得多的热稳定性(1400℃)，可用来加工高温合金;化学惰性 大,与铁族金属直至1300℃时也不易起化学反应,可用于加工淬 硬钢及冷硬铸铁； 有良好的导热性、较低的摩擦系数。 它不仅用于磨具,也逐渐用于车、镗、铣、铰。 它有两种类型：整体聚晶立方氮化硼,能像硬质合金一样焊 接,并可多次重磨;立方氮化硼复合片,即在硬质合金基体上烧结 一层厚度为0.5mm的立方氮化硼而成。
材 料
(1)高的硬度和耐磨性 刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在HRC62以上。 耐磨性表示抵抗磨损的能力,它取决于组织中硬质点的硬度、 数量、大小和分布。
刀 具 材 料
(2)足够的强度和韧性 为了承受切削中的压力冲击和振动,避免崩刃和折断,刀具材 料应该具有足够的强度和韧性。一般强度用抗弯强度表示,韧性 用冲击值表示。 (3)高的耐热性 刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。 (4)良好的工艺性 为了便于制造,要求刀具材料有较好的可加工性,如切削加工 性、铸造性、锻造性、热处理性等。 (5)良好的经济性
硬 质 合 金
此类合金中含钴量增加,抗弯强度和冲击韧性提高，适 于粗加工 。含钴量减少,硬度、耐磨性及耐热性增加,适于 精加工。 应注意：此合金不适于加工不锈钢和钛合金。因YT中的 钛元素和工件中的钛元素之间的亲合力会产生严重的粘刀现 象，在高温切削及摩擦系数大的情况下会加剧刀具磨损。 (3)YW(M)类，即WC—TiC—TaC—Co类硬质合金 组成：在YT类中加入TaC(NbC)可提高其抗弯强度、疲劳 强度、冲击韧性、高温硬度、强度和抗氧化能力、耐磨性等。 既可用于加工铸铁,也可加工钢,因而又有通用硬质合金之称。 常用的牌号：YWl和YW2。 以上三类的主要成分均为WC，所以又称WC基硬质合金。
硬 质 合 金
ISO将切削用的硬质合金分为三类： (1)YG(K)类，即WC—Co类硬质合金 组成： WC和Co。 常用牌号： YG6、YG8、YG3X、YG6X， 含钴量分别为：6％、8％、3％、6％。 硬度：HRA89～91.5,抗弯强度：1.1-1.5GPa (110～150kgf/mm2)。 组织结构有：粗晶粒、中晶粒、细晶粒之分。一般(如YG6、 YG8)为中晶粒组织,细晶粒硬质合金(如YG3X、YG6X) 在含钴 量相同时比中晶粒的硬度、耐磨性要高些,但抗弯强度、韧性 则低些。 特点：此类合金韧性、磨削性、导热性较好,较适于加工 产生崩碎切屑、有冲击切削力作用在刃口附近的脆性材料,如 铸铁、有色金属及其合金以及导热系数低的不锈钢和对刃口 韧性要求高(如端铣)的钢料等。
硬 质 合 金
尚有以TiC为主要成分的TiC基硬质合金，即Ti-Ni-Mo合 金。 因TiC在所有碳化物中硬度最高，所以此类合金硬度很 高，达HRA90～94，有较高的耐磨性、抗月牙洼磨损能力， 耐热性、抗氧化能力以及化学稳定性好、与工件材料的亲合 性小、磨擦系数小、抗粘结能力强，刀具耐用度比WC提高好 几倍，可加工钢，也可加工铸铁。 牌号YNl0与YT30相比较，硬度较接近，焊接性及刃磨性 均较好，基本上可代替YT30使用。唯抗弯强度还赶不上WC， 当前主要用于精加工及半精加工。因其抗塑性变形、抗崩刃 性差，所以不适用于重切削及断续切削。 表之1、2、3列出了各种硬质合金牌号刀具的应用范围。
1.2.2 常用刀具材料
目前,生产中所用的刀具材料以高速钢和硬质合金居多。碳 素工具钢(如T10A、T12A)、工具钢（如9SiCr、CrWMn）因耐热 性差，仅用于一些手工或切削速度较低的刀具。 1.2.2.1 高速钢 是一种加入较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具 高 钢。有较高的热稳定性,切削温度达500℃-650℃时仍能进行切 速 削；有较高的强度、韧性、硬度和耐磨性；其制造工艺简单， 钢 容易磨成锋利的切削刃,可锻造,这对于一些形状复杂的工具， 如钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等尤为重要,是制造这些刀 具的主要材料。 高速钢分类： 按用途分为通用型高速钢和高性能高速钢； 按制造工艺不同分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。
各类涂层及适用范围
涂层种类 TiN TiCN 应 用 范 围 通用涂层，常用于丝锥、钻头加工普通碳 钢等。 常用于丝锥，铣刀加工工具钢、铜合金， 以及常用于各类工模具加工高强度钢和有 色金属等。 常用于硬质合金铣刀和丝锥加工高强度、 高韧性材料以及加工难加工材料。 表面颜色 金黄色 蓝灰色
TiAlN
金属切削刀具设计
机械与动力工程学院 主讲人 曲海军
教学要求: 1、刀具切削部分材料应具备的性能。 2、高速钢、硬质合金、陶瓷材料和超硬刀具材料的性能 内 及其选用；刀具材料的发展概况 教学重点: 容 提 刀具材料——介绍刀具材料应具备的性能(硬度、耐磨 要 性、强度、韧性、耐热性、工艺性、经济性)；两种常用的刀
典型牌号有：高碳高速钢9W18Cr4V、 高钒高速钢W6Mo5Cr4V3、 钴高速钢W6Mo5Cr4V2Co8、 超硬高速钢W2Mo9Cr4VCo8等。
(3)粉末冶金高速钢 用高压氩气或氮气雾化熔融的高速钢水,直接得到细小 的高速钢粉末,高温下压制成致密的钢坯,而后锻压成材或刀 具形状。这有效地解决了一般熔炼高速钢时铸锭产生粗大碳 高 化物共晶偏析的问题,得到细小、均匀的结晶组织,使之具有 速 良好的机械性能。其强度和韧性分别是熔炼高速钢的2倍和 2.5～3倍;磨加工性能好;物理机械性能高度各向同性,淬火 钢 变形小；耐磨性能提高20％～30％，适合制造切削难加工材 料的刀具、大尺寸刀具(如滚刀、插齿刀)、精密刀具、磨加 工量大的复杂刀具、高、陶瓷、人 造金刚石、立方氮化硼)。
1.2
刀具材料
刀 具 材 料
在切削过程中,刀具直接切除工件上的余量并形成已加工 表面,刀具材料对金属切削的生产率、成本、质量有很大的影 响,因此要重视刀具材料的正确选择与合理使用。
1.2.1 刀具材料应具备的性能 刀 切削加工时,由于变形与摩擦,刀具承受了很大的压力与很 具 高的温度。作为刀具材料应满足以下基本要求：
(1)通用型高速钢 ①钨钢 典型牌号为W18Cr4V(简称W18)。 含量：W18％、Cr4％、Vl％。 特点：有良好的综合性能,在600℃时其高温硬度为HRC48.5, 可以制造各种复杂刀具。淬火时过热倾向小;含钒量小,磨加工 性好;碳化物含量高,塑性变形抗力大;但碳化物分布不均匀,影 高 响薄刃刀具或小截面刀具的耐用度;强度和韧性显得不够;热塑 性差,很难用作热成形方法制造的刀具(如热轧钻头)。 速 ②钨钼钢 (将钨钢中的一部分钨以钼代替而得。) 钢 典型牌号为W6Mo5Cr4V2(简称M2)。 含量：W6％、Mo5％、Cr4％、V2％。 特点：碳化物分布细小均匀,具有良好的机械性能,抗弯强 度比W18高10％～15％,韧性高50％～60％,可做尺寸较小、承受 冲击力较大的刀具,热塑性特别好,更适用于制造热轧钻头等;磨 加工性也好,目前各国广为应用。
紫黑色
CrN
TiAlCN CrN+CBC
用于加工铜皮、铜合金的模具和工具。
用于加工淬火钢及轻合金等难切削材料。 用于加工切削阻力大的非金属材料及有色 金属等工模具。
银灰色
紫色 灰黑色
其他各种复合涂层
涂层硬质合金立铣刀
主要产品有：涂层硬质合金球头铣刀、平头铣刀、锥 度球头铣刀、锥度平头铣刀、大螺旋角 立铣刀、 波形刃球头立铣刀等。
涂层硬质合金波形刃球头铣刀及丝锥
• 波形刃球头铣刀：其上有按一定节距排列
的径向分屑槽，它可以把切屑断成很多 小块，形成鳞形切屑。它的切深大、切 削寿命长、金属切除率高。在模具粗加 工中应用较多，同时也能很好地应用在 难切削材料加工中。

涂层丝锥：它能发挥涂层材料表面硬度高、
耐磨、与钢的摩擦系数低和耐高温的优越性 能，适用于高速攻丝。右边的螺旋槽丝锥的 实际前角增大 ,切削顺利 ,降低切削扭矩 , 切入过程平稳 ,切屑为螺旋状 ,易于排出。
硬 质 合 金
(2)YT(P)类，即WC—TiC—Co类硬质合金 组成：WC和Co、还含有5%～30%的TiC。 牌号：YT5、YTl4、YTl5、YT30， 其中TiC的含量分别为 ：5%、14%、15%、30% 相应的钴含量为：10%、8%、6%、4% 硬度：HRA91.5～92.5,抗弯强度为0.9-1.4GPa (90-140kgf/mm2)。 TiC含量提高,Co含量降低,硬度和耐磨性 提高,但是冲击韧性显著降低。 特点：此类合金有较高的硬度和耐磨性,抗粘结扩散能 力和抗氧化能力好；但抗弯强度、磨削性能和导热系数下降, 低温脆性大,韧性差。适于高速切削钢料。
(2)高性能高速钢 是在通用高速钢的基础上再增加一些含碳量、含钒量及 添加钴、铝等元素。按其耐热性,又称高热稳定性高速钢。 在630～650℃时仍可保持HRC60的硬度,具有更好的切削性能, 耐用度较通用型高速钢高1.3～3倍。适合于加工高温合金、 高 钛合金、超高强度钢等难加工材料。
速
高 钢 速 钢 1.2.2.1
硬 质 合 金
1.2.2.2 硬质合金 由难熔金属化合物(如WC、TiC)和金属粘结剂(Co)经粉末冶 金法制成。 因含有大量熔点高、硬度高、化学稳定性好、热稳定性好 的金属碳化物,硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性都很高。硬度 可达HRA89～93,在800～1000℃还能承担切削,耐用度较高速钢 高几十倍。当耐用度相同时,切削速度可提高4～10倍。唯抗弯 强度较高速钢低,仅为0.9-1.5GPa(90-150kgf/mm2 ),冲击韧性差, 切削时不能承受大的振动和冲击负荷。碳化物含量较高时,硬度 高,但抗弯强度低;粘结剂含量较高时,抗弯强度高,但硬度低。 硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料(约占 50％)。如大多数的车刀、端铣刀以至深孔钻、铰刀、拉刀、齿 轮刀具等。它还可用于加工高速钢刀具不能切削的淬硬钢等硬 材料。