刀具基礎(chǔ)知識介紹及涂層選用ppt課件

1、刀具基礎(chǔ)知識介紹及涂層選用按照材料刀具的分類按照加工刀具的分類3按照刀具材料的劃分刀具材料高速鋼刀具W系高速鋼Mo系高速鋼硬質(zhì)合金鎢鈷類鎢鈦鈷類 鎢鈦鉭（鈮）鈷類金屬陶瓷陶瓷氧化鋁陶瓷（白色陶瓷）SiN添加類（黑色陶瓷）立方氮化硼金剛石軟硬硬ppt課件.4高速鋼高速鋼是富含W、Cr、Mo等合金元素的高合金工具鋼。在工廠中常稱為白鋼或鋒鋼。特點(diǎn)：與碳素工具鋼、合金工具鋼相比，高速鋼的熱硬性很高，在切削溫度高達(dá)500650時，仍能保持60HRC的高硬度，因此允許切削速度可提高l2倍(25m/min30m/min)。同時，高速鋼還具有較高的耐磨性以及較高的強(qiáng)度和韌性。ppt課件.5硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金

2、是將一些難熔的、高硬度的合金碳化物微米數(shù)量級粉末與金屬黏結(jié)劑按粉末冶金工藝制成的刀具材料。常用的合金碳化物有WC、TiC、TaC、NbC等，常用的黏結(jié)劑有Co以及Mo、Ni等。 硬質(zhì)合金具有高硬度、高熔點(diǎn)和化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。因此，硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性均超過高速鋼，其缺點(diǎn)是抗彎強(qiáng)度低，沖擊韌性差，；由于硬質(zhì)合金的常溫硬度很高，很難采用切削加工方法制造出復(fù)雜的形狀結(jié)構(gòu)，故可加工性差。ppt課件.6常用硬質(zhì)合金的分類性能及應(yīng)用 硬質(zhì)合金按化學(xué)成分可分為四類：鎢鈷類(YG類)、鎢鈷鈦類(YT類)、 含添加劑的硬質(zhì)合金(YW類)、TiC基硬質(zhì)合金(YN類)。其中前面三類的主要成分為WC，可統(tǒng)

3、稱為WC基硬質(zhì)合金。 (1) 鎢鈷類硬質(zhì)合金。YG3、YG6X和YG8等。YG代表鎢鈷類硬質(zhì)合金，后面數(shù)字表示Co的含量，細(xì)顆粒的硬質(zhì)合金有較高的抗彎強(qiáng)度和耐磨性。 應(yīng)用：加工形成短切屑的鑄鐵、有色金屬及非金屬等脆性材料。加工鑄鐵等脆性材料時，切屑呈崩碎狀，對切削刃的沖擊較大，切削力與切削熱都集中在刀尖附近。而YG類硬質(zhì)合金抗彎強(qiáng)度和韌性及導(dǎo)熱性較高，故可滿足要求。ppt課件.7常用硬質(zhì)合金的分類性能及應(yīng)用(2) 鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金。YT5、YT14、YT15、YT30等。YT表示鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金，數(shù)字表示TiC的含量。與YG類硬質(zhì)合金相比，YT類硬質(zhì)合金中由于含有硬度較高的TiC，故該類硬質(zhì)合

4、金的硬度、耐磨性和抗氧化能力較高，但其導(dǎo)熱性能、抗彎強(qiáng)度和韌性、可磨削性和可焊性卻有所降低。 應(yīng)用：加工形成長屑的鋼材等塑性材料。 注意：當(dāng)加工淬硬鋼、高強(qiáng)度鋼和奧氏體不銹鋼等難加工材料時，由于切削力大，且集中在切削刃附近，如選用YT類硬質(zhì)合金易造成崩刃，故選用YG類硬質(zhì)合金更為合適。ppt課件.8常用硬質(zhì)合金的分類性能及應(yīng)用 (3) 含添加劑的硬質(zhì)合金。是在YG類、YT類硬質(zhì)合金的基礎(chǔ)上加入適當(dāng)?shù)奶砑觿?合金碳化物TaC、NbC)所形成的硬質(zhì)合金新品種。如：YA6、YW1和YW2等幾種，其中YW類又稱為通用硬質(zhì)合金。 特點(diǎn)：有更高的硬度、高溫硬度、韌性和耐磨性。 應(yīng)用：用于鋼料和難加工材料的

5、半精加工和精加工。 (4) TiC基硬質(zhì)合金。TiC基硬質(zhì)合金是以TiC為主體，Ni與Mo為黏結(jié)劑，并加入少量其他碳化物而形成的一種硬質(zhì)合金。如：YN10和YN05。其具有比WC基硬質(zhì)合金更高的耐磨性、耐熱性和抗氧化能力，但熱導(dǎo)率低和韌性較差。 應(yīng)用：適用于工具鋼的半精加工和精加工及淬硬鋼的加工ppt課件.9按加工刀具分類 車刀 孔加工刀具 銑刀 拉刀 螺紋刀具 齒輪加工工具 自動線與數(shù)控機(jī)床刀具ppt課件.切削三要素背吃刀量（ ap ）進(jìn)給量（f）切削速度（Vc）11 背吃刀量背吃刀量也叫切削深度，是指切削時已加工表面與待加工表面之間的垂直距離，用符號 ap 表示，單位為mm。2mwpdda

6、wd：待加工表面直徑mmmd：已加工表面直徑mm：待加工表面直徑：待加工表面直徑：已加工表面直徑：已加工表面直徑背吃刀量的選擇： 余量不大，一次走刀切除多余的材料，只留下精加工余量。 1、粗加工 余量太大，可分多次切削，但第一次的背吃刀量盡可能大。 2、精加工 粗加工后留下的余量，精加工時應(yīng)一次進(jìn)給切削完成。背吃刀量的選擇：1、粗加工余量不大，一次走刀切除多余余量。余量太大，可分多次切削，但第一次進(jìn)刀量盡量大。2、精加工：粗加工后留下的余量，精加工時一次進(jìn)給完成切削。ppt課件.12進(jìn)給量（f）進(jìn)給量是指刀具在進(jìn)給方向上刀具相對的位移量,即工件每轉(zhuǎn)一圈刀具沿進(jìn)給方向移動的距離。用符號f表示，單

7、位為mm/r。進(jìn)給量的選擇：1、為了縮短加工時間，提高效率，粗加工時應(yīng)選用較大的進(jìn)給量；2、為了保證表面質(zhì)量和加工精度，精加工時應(yīng)選用較小的進(jìn)給量。ppt課件.13切削速度 切削速度是指切削刃上選定點(diǎn)相對于工件主運(yùn)動的瞬時速度，用符號表示單位為m/min。當(dāng)主運(yùn)動是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，切削速度是指圓周運(yùn)動的線速度，即: 切削速度，m/min n 主軸轉(zhuǎn)速，r/min d 工件待加工表面直徑，mm 圓周率， 3.14cvdvnc1000cvppt課件.刀具的失效形式15刀具常見的失效種類 磨粒磨損 后刀面磨損熱失效積屑瘤（前刀面、后刀面）熱裂紋月牙洼磨損熱變形機(jī)械失效崩刃（前刀面、后刀面）切深處溝槽破損

8、斷裂ppt課件.16磨粒磨損 在刀具后刀面處觀測 由后刀面摩擦引起 在高溫/高速/高壓下會惡化后刀面磨損后刀面磨損ppt課件.17磨損的過程磨損過程（如下圖所示）（1）磨合階段（區(qū)，OA）（2）正常磨損階段（區(qū)，AB）（3）快速磨損階段，也稱嚴(yán)重磨損階段（區(qū)，BC）*磨損是一定會發(fā)生的，我們的分析與研究只是為了盡可能延長“正常磨損階段”（即區(qū)）的時間，并能對B點(diǎn)的到來作出準(zhǔn)確的預(yù)測。ppt課件.18熱失效 積屑瘤 熱斷裂 月牙洼磨損 熱變形ppt課件.19積屑瘤 工件材料熔結(jié)到刀具切削刃 前刀面積屑瘤 后刀面積屑瘤 通常在加工軟性、粘性材料 時發(fā)生前刀面后刀面ppt課件.20熱裂紋 平均分布并

9、垂直與切削刃的裂紋 一般發(fā)生在銑削和間斷切削中 是由切削刃上反復(fù)的冷熱循環(huán)的冷熱沖擊引起ppt課件.21月牙洼 在刀具的前刀面觀察到 通常在高速加工碳鋼的情況下出現(xiàn) 由切屑極高的熱量和壓力引起 刀具材料向切屑的擴(kuò)散或融合ppt課件.22熱變形 刀刃上的褶皺或鈍化刀具軟化使得硬質(zhì)合金顆粒流動由于高溫高壓引起 通常在加工合金鋼時產(chǎn)生ppt課件.23機(jī)械失效 崩刃后刀面崩刃前刀面崩刃 切深處溝槽磨損 斷裂ppt課件.24后刀面崩刃小 大大 微觀崩刃微觀崩刃 減少刀桿的長度減少刀桿的長度 選擇帶有更大負(fù)前角的刀具選擇帶有更大負(fù)前角的刀具 使用更大的倒棱或者倒圓的這種切削刃使用更大的倒棱或者倒圓的這種切

10、削刃 選擇更強(qiáng)的刀具材料選擇更強(qiáng)的刀具材料 降低進(jìn)給速度降低進(jìn)給速度 切削力切削力ppt課件.25前刀面崩刃作用力作用力 小面積 大面積大面積 微崩微崩刃刃 減少切深減少切深 切深不變，切削速度不變，就要將進(jìn)給變慢切深不變，切削速度不變，就要將進(jìn)給變慢 刃口強(qiáng)壯一些刀片刃口強(qiáng)壯一些刀片 減小主偏角減小主偏角 如果是斷續(xù)切削，那么刀片材質(zhì)韌性好，檢查系統(tǒng)系統(tǒng)剛性等如果是斷續(xù)切削，那么刀片材質(zhì)韌性好，檢查系統(tǒng)系統(tǒng)剛性等 ppt課件.26切深處的破損 在切深高度處的局部失效局部崩刃局部月牙洼 高溫合金、所有的硬化材料中 在工件有氧化皮或者淬硬表面時也會出現(xiàn)該磨損ppt課件.27斷裂 兩側(cè)有同樣的崩刃

11、或斷裂 在斷續(xù)車削或裝夾剛性不夠的情況下發(fā)生 許多因素引起,良好的應(yīng)用條件是必需ppt課件.如何正確的選擇刀具涂層29刀具涂層的選擇對小型圓形刀具進(jìn)行正確的表面處理可以提高刀具壽命，減少加工循環(huán)時間，提升加工表面質(zhì)量。但是，根據(jù)加工需要正確選擇刀具涂層有可能是一件令人困惑和費(fèi)勁的工作。每一種涂層在切削加工中都既有優(yōu)勢又有缺點(diǎn)，如果選用了不恰當(dāng)?shù)耐繉樱锌赡軐?dǎo)致刀具壽命低于未涂層刀具，有時甚至?xí)霰韧繉右郧案嗟膯栴}。所以，選擇正確的涂層才是對加工最為有益的，涂層的每一種特性都有著十分重要的作用。ppt課件.30硬度硬度 涂層帶來的高表面硬度是提高刀具壽命的最佳方式之一。一般而言，材料或表面的

12、硬度越高，刀具的壽命越長。氮碳化鈦(TiCN)涂層比氮化鈦(TiN)涂層具有更高的硬度。由于增加了含碳量，使TiCN涂層的硬度提高了33%，其硬度變化范圍約為Hv30004000(取決于制造商)。表面硬度高達(dá)Hv9000的CVD金剛石涂層在刀具上的應(yīng)用已較為成熟，與PVD涂層刀具相比，CVD金剛石涂層刀具的壽命提高了1020倍。金剛石涂層的高硬度和切削速度可比未涂層刀具提高23倍的能力使其成為非鐵族材料切削加工的不錯選擇。ppt課件.31表面耐磨性 高摩擦系數(shù)會增加切削熱，導(dǎo)致涂層壽命縮短甚至失效。而降低摩擦系數(shù)可以大大延長刀具壽命。細(xì)膩光滑或紋理規(guī)則的涂層表面有助于降低切削熱，因?yàn)楣饣谋砻?/p>

13、可使切屑迅速滑離前刀面而減少熱量的產(chǎn)生。與未涂層刀具相比，表面潤滑性更好的涂層刀具還能以更高的切削速度進(jìn)行加工，從而進(jìn)一步避免與工件材料發(fā)生高溫熔焊。ppt課件.32氧化溫度 氧化溫度是指涂層開始分解時的溫度值。氧化溫度值越高，對在高溫條件下的切削加工越有利。雖然TiAlN涂層的常溫硬度也許低于TiCN涂層，但事實(shí)證明它在高溫加工中要比TiCN有效得多。TiAlN涂層在高溫下仍能保持其硬度的原因在于可在刀具與切屑之間形成一層氧化鋁，氧化鋁層可將熱量從刀具傳入工件或切屑。與高速鋼刀具相比，硬質(zhì)合金刀具的切削速度通常更高，這就使TiAlN成為硬質(zhì)合金刀具的首選涂層，硬質(zhì)合金鉆頭和立銑刀通常采用這種 PVD TiAlN涂層。ppt課件.33抗粘結(jié)性 涂層的抗粘結(jié)性可防止或減輕刀具與被加工材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，避免工件材料沉積在刀具上。在加工非鐵族金屬(如鋁、黃銅等)時，刀具上經(jīng)常會產(chǎn)生積屑瘤(BUE)，從而造成刀具崩刃或工件尺寸超差。一旦被加工材料開始粘附在刀具上，粘附就會不斷擴(kuò)大。例如，用成型絲錐加工鋁質(zhì)工件時，加工完每個孔后絲錐上粘附的鋁都會增加，以至最后使得絲錐直徑變得過大，造成工件尺寸超差報廢。