刀具基础知识介绍及涂层选用

硬质合金具有高硬度、高熔点和化学稳定性好等特点。因此， 硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性均超过高速钢，其缺点是抗弯强度 低，冲击韧性差，；由于硬质合金的常温硬度很高，很难采用切削加 工方法制造出复杂的形状结构，故可加工性差。
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常用硬质合金的分类性能及应用
硬质合金按化学成分可分为四类：钨钴类(YG类)、钨钴钛类(YT类)、 含添加剂的硬质合金(YW类)、TiC基硬质合金(YN类)。其中前面三类的 主要成分为WC，可统称为WC基硬质合金。
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常用硬质合金的分类性能及应用
(2) 钨钴钛类硬质合金。YT5、YT14、YT15、YT30等。YT表示钨钴钛类硬质 合金，数字表示TiC的含量。与YG类硬质合金相比，YT类硬质合金中由于 含有硬度较高的TiC，故该类硬质合金的硬度、耐磨性和抗氧化能力较高， 但其导热性能、抗弯强度和韧性、可磨削性和可焊性却有所降低。
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刀具的失效形式
刀具常见的失效种类
磨粒磨损
后刀面磨损 积屑瘤（前刀面、后刀面）
热失效
热裂纹 月牙洼磨损 热变形 崩刃（前刀面、后刀面）
机械失效
切深处沟槽破损
断裂
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磨粒磨损
后刀面磨损
• 在刀具后刀面处观 测
• 由后刀面摩擦引起 • 在高温/高速/高
压下会恶化
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磨损的过程
磨损过程（如下图所示）
特点：有更高的硬度、高温硬度、韧性和耐磨性。
应用：用于钢料和难加工材料的半精加工和精加工。
(4) TiC基硬质合金。TiC基硬质合金是以TiC为主体，Ni与Mo为黏结剂，并加入 少量其他碳化物而形成的一种硬质合金。如：YN10和YN05。其具有比WC基硬质 合金更高的耐磨性、耐热性和抗氧化能力，但热导率低和韧性较差。
2、精加工. ：粗加工后留下的余量，精加工时一次进给完成切削。
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进给量（f）
进给量是指刀具在进给方向上刀 具相对的位移量,即工件每转一圈 刀具沿进给方向移动的距离。用 符号f表示，单位为mm/r。
进给量的选择：
1、为了缩短加工时间，提高效率，粗加工时 应选用较大的进给量；
2、为了保证表面质量和加工精度，精加工时 应选用较小的进给量。
刀具基础知识介绍及 涂层选用
• 按照材料刀具的分类 • 按照加工刀具的分类
按照刀具材料的划分
刀 具 材 料
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高速钢刀具
硬质合金 金属陶瓷
陶瓷 立方氮化硼
金刚石
W系高速钢 Mo系高速钢
钨钴类 钨钛钴类 钨钛钽（铌）钴类 氧化铝陶瓷（白色陶瓷） SiN添加类（黑色陶瓷）
软
硬
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高速钢
高速钢是富含W、Cr、Mo等合金元素的高合金工具钢。在工厂中常称 为白钢或锋钢。
应用：加工形成长屑的钢材等塑性材料。
注意：当加工淬硬钢、高强度钢和奥氏体不锈钢等难加工材料时，由 于切削力大，且集中在切削刃附近，如选用YT类硬质合金易造成崩刃，故 选用YG类硬质合金更为合适。
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常用硬质合金的分类性能及应用
(3) 含添加剂的硬质合金。是在YG类、YT类硬质合金的基础上加入适当的添加剂 (合金碳化物TaC、NbC)所形成的硬质合金新品种。如：YA6、YW1和YW2等几种， 其中YW类又称为通用硬质合金。
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切削速度
号表切示削单速位度为是m指/m切in削。刃当上主选运定动点是相旋对转于运工动件时主，运切动削的速瞬度时是速指度圆，周用运符vc
动的线速度，即:
n 1000vc
d
• vc ——切削速度，m/min
• n ——主轴转速，r/min • d ——工件待加工表面直径，mm • π ——圆周率， 3.14
2、精加工 粗加工后留下的余量，精加工时应一次进给切削完成。
背吃刀量
背吃刀量也叫切削深度，是指切削时已加工表面与待加工表面之 间的垂直距离，用符号 ap 表示，单位为mm。
ap
dw
dm 2
dw ：待加工表面直径
dm ：已加工表面直径
背吃刀量的选择：
余量不大，一次走刀切除多余余量。 1、粗加工
余量太大，可分多次切削，但第一次进刀量尽量大。
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积屑瘤
• 工件材料熔结到刀具切削刃 ——前刀面积屑瘤 ——后刀面积屑瘤
• 通常在加工软性、粘性材料 时发生
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前刀面
后刀面
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热裂纹
• 平均分布并垂直与切削 刃的裂纹
• 一般发生在铣削和间断 切削中
• 是由切削刃上反复的冷 热循环的冷热冲击引起
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月牙洼
• 在刀具的前刀面观察到 • 通常在高速加工碳钢的情况下
应用：适用于工具钢的半精加工和精加工及淬硬钢的加工
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按加工刀具分类
• 车刀 • 孔加工刀具 • 铣刀 • 拉刀 • 螺纹刀具 • 齿轮加工工具 • 自动线与数控机床刀具
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切削三要素
• 背吃刀量（ ap ） • 进给量（f） • 切削速度（Vc）
：1已、加粗工余加表量工面不直大径，：m一m待次加走工刀表切面除直多径余m的m材料，只留下精加工余量。 余量太大，可分多次切削，但第一次的背吃刀量尽可能大。
（1）磨合阶段（Ⅰ区，O~A）
（2）正常磨损阶段（Ⅱ区，A~B）
（3）快速磨损阶段，也称严重磨 损阶段（Ⅲ区，B~C）
*磨损是一定会发生的，我们的分析与研究只是为了尽可能延长“正常磨损阶段”（即Ⅱ区）的时 间，并能对B点的到来作出准确的预测。
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热失效
• 积屑瘤 • 热断裂 • 月牙洼磨损 • 热变形
(1) 钨钴类硬质合金。YG3、YG6X和YG8等。YG代表钨钴类硬质合 金，后面数字表示Co的含量，细颗粒的硬质合金有较高的抗弯强度 和耐磨性。
应用：加工形成短切屑的铸铁、有色金属及非金属等脆性材料。加工 铸铁等脆性材料时，切屑呈崩碎状，对切削刃的冲击较大，切削力 与切削热都集中在刀尖附近。而YG类硬质合金抗弯强度和韧性及导 热性较高，故可满足要求。
特点：
与碳素工具钢、合金工具钢相比，高速钢的热硬性很高，在切削温度 高达500℃～650℃时，仍能保持60HRC的高硬度，因此允许切削速度 可提高l～2倍(25m/min～30m/min)。同时，高速钢还具有较高的耐 磨性以及较高的强度和韧性。
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硬质合金
硬质合金是将一些难熔的、高硬度的合金碳化物微米数量级粉 末与金属黏结剂按粉末冶金工艺制成的刀具材料。常用的合金碳化物 有WC、TiC、TaC、NbC等，常用的黏结剂有Co以及Mo、Ni等。