機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) (6)

1、2.2 刀具材料刀具材料刀具的工作條件：局部強(qiáng)力作用，高溫，劇烈摩刀具的工作條件：局部強(qiáng)力作用，高溫，劇烈摩擦。擦。影響：影響： 加工效率，加工成本，加工質(zhì)量加工效率，加工成本，加工質(zhì)量 。 n刀具材料刀具材料n刀具角度和刀具結(jié)構(gòu)刀具角度和刀具結(jié)構(gòu)2.2.1 刀具材料應(yīng)具備的性能刀具材料應(yīng)具備的性能n高的硬度高的硬度基本特性，硬度高于工件，一般基本特性，硬度高于工件，一般60HRC以上。以上。n高的耐磨性高的耐磨性材料抵抗磨損的能力。刀具材料硬度越高，耐磨材料抵抗磨損的能力。刀具材料硬度越高，耐磨性越好。性越好。n高的耐熱性高的耐熱性刀具在高溫下仍能保持硬度、強(qiáng)度、韌性和耐磨刀具在高溫下仍能保

2、持硬度、強(qiáng)度、韌性和耐磨性的能力。性的能力。衡量刀具材料切削性能的主要標(biāo)志。衡量刀具材料切削性能的主要標(biāo)志。熱穩(wěn)定性，化學(xué)穩(wěn)定性。熱穩(wěn)定性，化學(xué)穩(wěn)定性。n足夠的強(qiáng)度和韌性足夠的強(qiáng)度和韌性承受切削力以及切削時(shí)產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)，以防承受切削力以及切削時(shí)產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)，以防刀具脆性斷裂和崩刃。刀具脆性斷裂和崩刃。n良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能導(dǎo)熱性越好，越利于切削區(qū)散熱，而降低切削溫導(dǎo)熱性越好，越利于切削區(qū)散熱，而降低切削溫度。度。耐熱沖擊性能越好，刀具越不因?yàn)槭軣釠_擊產(chǎn)生耐熱沖擊性能越好，刀具越不因?yàn)槭軣釠_擊產(chǎn)生內(nèi)部裂紋而導(dǎo)致刀具斷裂。內(nèi)部裂紋而導(dǎo)致刀具斷裂。n良

3、好的工藝性能良好的工藝性能切削性能、磨削性能、焊接性能、熱處理性能等。切削性能、磨削性能、焊接性能、熱處理性能等。便于制造。便于制造。n經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性n性能矛盾，合理選擇。性能矛盾，合理選擇。2.2.2 常用刀具材料常用刀具材料碳素工具鋼，合金工具鋼，高速鋼，硬質(zhì)合金，碳素工具鋼，合金工具鋼，高速鋼，硬質(zhì)合金，陶瓷，金剛石，立方氮化硼等。陶瓷，金剛石，立方氮化硼等。工具鋼：耐熱性差，手工工具等。工具鋼：耐熱性差，手工工具等。高速鋼、硬質(zhì)合金：使用最普遍。高速鋼、硬質(zhì)合金：使用最普遍。陶瓷、金剛石、立方氮化硼：逐漸增多。陶瓷、金剛石、立方氮化硼：逐漸增多。n碳素工具鋼碳素工具鋼含碳量最高的優(yōu)質(zhì)鋼（

4、含碳量含碳量最高的優(yōu)質(zhì)鋼（含碳量0.70.71.2%1.2%）。）。T8AT8A、 T10AT10A、T12AT12A等。等。硬度：硬度：636365HRC65HRC（818183HRA83HRA）耐熱性：耐熱性：200200250250抗彎強(qiáng)度：抗彎強(qiáng)度：2.2GPa2.2GPa工藝性能：可冷熱加工成形，磨削性好，可進(jìn)工藝性能：可冷熱加工成形，磨削性好，可進(jìn)行熱處理。行熱處理。用途：手動(dòng)工具，如手動(dòng)絲錐、板牙、鉸刀、用途：手動(dòng)工具，如手動(dòng)絲錐、板牙、鉸刀、鋸條、銼刀等。鋸條、銼刀等。n合金工具鋼合金工具鋼碳素工具鋼中加入少量的碳素工具鋼中加入少量的CrCr、W W、MnMn、SiSi等合金等

5、合金元素。元素。9SiCr9SiCr、CrWMnCrWMn等。等。硬度：硬度：636366HRC66HRC（818183HRA83HRA）耐熱性：耐熱性：300300400400抗彎強(qiáng)度：抗彎強(qiáng)度：2.4GPa2.4GPa工藝性能：可冷熱加工成形，磨削性好，可進(jìn)工藝性能：可冷熱加工成形，磨削性好，可進(jìn)行熱處理。行熱處理。用途：手動(dòng)或低速機(jī)動(dòng)工具，如絲錐、板牙、用途：手動(dòng)或低速機(jī)動(dòng)工具，如絲錐、板牙、拉刀等。拉刀等。 碳素工具鋼和合金工具鋼碳素工具鋼和合金工具鋼n高速鋼（鋒鋼或風(fēng)鋼）高速鋼（鋒鋼或風(fēng)鋼）含有較多含有較多W W、CrCr、V V等合金元素的高合金工具鋼。等合金元素的高合金工具鋼。W

6、18Cr4VW18Cr4V、W6Mo5Cr4V2AlW6Mo5Cr4V2Al、W10Mo4Cr4V3AlW10Mo4Cr4V3Al等。等。硬度：硬度：636370HRC70HRC（828287HRA87HRA）耐熱性：耐熱性：600600650650抗彎強(qiáng)度：抗彎強(qiáng)度：2.52.54GPa4GPa工藝性能：可冷熱加工成形，磨削性好，可進(jìn)行工藝性能：可冷熱加工成形，磨削性好，可進(jìn)行熱處理。熱處理。用途：中速切削及形狀復(fù)雜刀具，如鉆頭、絲錐、用途：中速切削及形狀復(fù)雜刀具，如鉆頭、絲錐、鉸刀、銑刀、拉刀、齒輪刀具、成形刀具等。鉸刀、銑刀、拉刀、齒輪刀具、成形刀具等?？杉庸た杉庸?50250280HB

7、280HB以下的大部分結(jié)構(gòu)鋼和鑄鐵。以下的大部分結(jié)構(gòu)鋼和鑄鐵。l與工具鋼相比，允許切削速度提高與工具鋼相比，允許切削速度提高13倍，刀倍，刀具耐用度提高具耐用度提高1040倍。類別：倍。類別：1）通用型高速鋼）通用型高速鋼鎢鋼鎢鋼 W18Cr4VW18Cr4V（W18W18）：最基本鋼種）：最基本鋼種鎢鉬鋼鎢鉬鋼 W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2（M2M2）：各國(guó)通用）：各國(guó)通用2 2）高性能高速鋼）高性能高速鋼增加合金元素或含量，提高刀具切削性能，用于增加合金元素或含量，提高刀具切削性能，用于加工難加工材料。加工難加工材料。3 3）粉末冶金高速鋼）粉末冶金高速鋼消除碳化物偏析，細(xì)化晶

8、粒，提高材料硬度韌性，消除碳化物偏析，細(xì)化晶粒，提高材料硬度韌性，減小熱處理變形，用于制造高精度刀具。減小熱處理變形，用于制造高精度刀具。高速鋼鉆頭、鉸刀高速鋼鉆頭、鉸刀高速鋼球頭銑刀高速鋼球頭銑刀n硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金以高硬度、高熔點(diǎn)的難熔金屬碳化物以高硬度、高熔點(diǎn)的難熔金屬碳化物 WCWC、TiCTiC 為為基體，以金屬基體，以金屬 CoCo、Ni Ni 等為粘結(jié)劑，用粉末冶等為粘結(jié)劑，用粉末冶金方法制成的一種合金。金方法制成的一種合金。硬度：硬度：898994HRA94HRA耐熱性：耐熱性：80080010001000抗彎強(qiáng)度：抗彎強(qiáng)度：0.90.92.4GPa2.4GPa工藝性能：壓制燒結(jié)

9、后使用，多鑲片使用，不能工藝性能：壓制燒結(jié)后使用，多鑲片使用，不能冷熱加工，無(wú)需熱處理。冷熱加工，無(wú)需熱處理。用途：切削速度高于高速鋼刀具，常以形狀簡(jiǎn)單用途：切削速度高于高速鋼刀具，常以形狀簡(jiǎn)單的刀片形式，經(jīng)焊接或機(jī)械夾固用于車刀、銑的刀片形式，經(jīng)焊接或機(jī)械夾固用于車刀、銑刀、鉆頭、滾刀、絲錐等。刀、鉆頭、滾刀、絲錐等。l與高速鋼相比，允許切削速度提高與高速鋼相比，允許切削速度提高4 41010倍，倍，刀刀具耐用度提高具耐用度提高1040倍，承受切削振動(dòng)和沖擊倍，承受切削振動(dòng)和沖擊載荷的能力差。載荷的能力差。lISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）分類：（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）分類：1 1）P P（YTYT）類：

10、基體由）類：基體由WCWC、TiCTiC和和CoCo組成。組成。常用牌號(hào)常用牌號(hào)YT5YT5、YT15YT15、YT30YT30等，數(shù)字代表等，數(shù)字代表TiCTiC含量。含量。硬度高，耐熱性好，切削韌性材料時(shí)耐磨性較好，硬度高，耐熱性好，切削韌性材料時(shí)耐磨性較好，韌性較差。主要用于加工鋼類材料。韌性較差。主要用于加工鋼類材料。2 2）K K（YGYG）類：基體由）類：基體由WCWC和和CoCo組成。組成。常用牌號(hào)常用牌號(hào)YG3YG3、YG6YG6、YG8YG8等，數(shù)字代表等，數(shù)字代表CoCo含量。含量。韌性較好，切削韌性材料時(shí)耐磨性較差。韌性較好，切削韌性材料時(shí)耐磨性較差。主要用主要用于加工鑄

11、鐵、有色金屬及合金材料于加工鑄鐵、有色金屬及合金材料。3 3）M M（YWYW）類硬質(zhì)合金：在）類硬質(zhì)合金：在YTYT類增添碳化鉭類增添碳化鉭（TaCTaC）、碳化鈮（）、碳化鈮（NbCNbC），使硬質(zhì)合金既有高），使硬質(zhì)合金既有高的硬度又有好的韌性。的硬度又有好的韌性。常用牌號(hào)常用牌號(hào)YW1YW1、YW2YW2等。通用性硬質(zhì)合金。等。通用性硬質(zhì)合金。主要用于加工不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼等難加工主要用于加工不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼等難加工鋼類材料，也適用于加工一般鋼類、鑄鐵、有鋼類材料，也適用于加工一般鋼類、鑄鐵、有色金屬材料。色金屬材料。4 4）TiCTiC（N N）基硬質(zhì)合金（金屬陶瓷）：以）

12、基硬質(zhì)合金（金屬陶瓷）：以TiCTiC為為主要成分的主要成分的TiCTiC-Ni-Mo-Ni-Mo合金，硬度提高，耐熱合金，硬度提高，耐熱性好。性好。主要用于鋼和鑄鐵的高速精加工。主要用于鋼和鑄鐵的高速精加工。碳化物含量，鈷含量。碳化物含量，鈷含量。硬質(zhì)合金牌號(hào)選用：硬質(zhì)合金牌號(hào)選用：金屬切削原理金屬切削原理表表2-42-4。P(YT)類硬質(zhì)合金類硬質(zhì)合金ISO牌號(hào)P30P20P10P01中國(guó)牌號(hào)YT5YT14YT15YT30TiC(%)5141530Co(%)10864硬度HRA89.590.59192.5強(qiáng)度GPa1.401.21.150.9適用范圍粗加工半精加工半精加工精加工K(YG)類

13、硬質(zhì)合金類硬質(zhì)合金ISO牌號(hào)K01K05K10K20中國(guó)牌號(hào)YG3XYG6XYG6YG8Co(%)3668硬度HRA91.59189.589強(qiáng)度GPa1.11.41.451.5適用范圍精加工精加工半精加工粗加工M(YW)類硬質(zhì)合金類硬質(zhì)合金ISO牌號(hào)M10M20中國(guó)牌號(hào)YW1YW2Co(%)68硬度HRA91.590.5強(qiáng)度GPa1.21.35適用范圍精加工半精加工硬質(zhì)合金機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具硬質(zhì)合金機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具n涂層刀具涂層刀具在刀具基體表面上涂覆金屬化合物等材料薄膜，在刀具基體表面上涂覆金屬化合物等材料薄膜，以獲得遠(yuǎn)高于基體的表面硬度和優(yōu)良的切削以獲得遠(yuǎn)高于基體的表面硬度和優(yōu)良的切削性能。性能

14、。硬度（耐磨性）硬度（耐磨性）韌性（強(qiáng)度）韌性（強(qiáng)度）刀具基體材料：高速鋼、硬質(zhì)合金等。刀具基體材料：高速鋼、硬質(zhì)合金等。涂層材料：涂層材料：TiCTiC、TiNTiN、TiCNTiCN、陶瓷、立方氮化、陶瓷、立方氮化硼、金剛石以及復(fù)合涂層等。硼、金剛石以及復(fù)合涂層等。涂層方法：涂層方法：物理氣相沉積（物理氣相沉積（PVDPVD）：高速鋼基體）：高速鋼基體化學(xué)氣相沉積（化學(xué)氣相沉積（CVDCVD）：硬質(zhì)合金基體）：硬質(zhì)合金基體刀具耐用度提高刀具耐用度提高2-52-5倍，切削速度提高倍，切削速度提高20%-40%20%-40%。硬質(zhì)合金涂層機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片硬質(zhì)合金涂層機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片n陶瓷材料陶瓷材

15、料以氧化鋁（以氧化鋁（AlAl2 2O O3 3）或氮化硅（）或氮化硅（SiSi3 3N N4 4）等為主要）等為主要成分，經(jīng)壓制成形后燒結(jié)而成的刀具材料。成分，經(jīng)壓制成形后燒結(jié)而成的刀具材料。硬度：硬度：919195HRA95HRA耐熱性：耐熱性：1200 1200 抗彎強(qiáng)度：抗彎強(qiáng)度：0.450.450.8GPa0.8GPa工藝性能：類似于硬質(zhì)合金工藝性能：類似于硬質(zhì)合金性能及用途：硬度高，耐熱性好，強(qiáng)度低，韌性性能及用途：硬度高，耐熱性好，強(qiáng)度低，韌性差?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好，與金屬材料親合力小，摩差?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好，與金屬材料親合力小，摩擦系數(shù)小，適合于硬鑄鐵和淬硬鋼的較高速精擦系數(shù)小，適合于硬

16、鑄鐵和淬硬鋼的較高速精加工，切削速度比硬質(zhì)合金提高加工，切削速度比硬質(zhì)合金提高2-52-5倍。倍。超硬材料（立方氮化硼和人造金剛石）超硬材料（立方氮化硼和人造金剛石）n立方氮化硼（立方氮化硼（CBNCBN）由立方氮化硼在高溫高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)變而成。由立方氮化硼在高溫高壓下加入催化劑轉(zhuǎn)變而成。硬度：硬度：800080009000HV9000HV耐熱性：耐熱性：1400140015001500抗彎強(qiáng)度：抗彎強(qiáng)度：0.3GPa0.3GPa工藝性能：壓制燒結(jié)而成，可用金剛石砂輪磨削。工藝性能：壓制燒結(jié)而成，可用金剛石砂輪磨削。用途：適合于硬度、強(qiáng)度較高的黑色金屬材料用途：適合于硬度、強(qiáng)度較高的黑色金

17、屬材料（淬硬鋼、冷硬鑄鐵等）以及難加工材料的高（淬硬鋼、冷硬鑄鐵等）以及難加工材料的高速切削。速切削。CBN機(jī)夾刀片機(jī)夾刀片n人造金剛石人造金剛石通過合金觸媒的作用，在高溫高壓下由石墨轉(zhuǎn)化通過合金觸媒的作用，在高溫高壓下由石墨轉(zhuǎn)化而成。而成。硬度：硬度：10000HV10000HV耐熱性：耐熱性：700700800800抗彎強(qiáng)度：抗彎強(qiáng)度：0.210.210.49GPa0.49GPa工藝性能：用天然金剛石砂輪刃磨。工藝性能：用天然金剛石砂輪刃磨。用途：適合于有色金屬以及非金屬材料的高速切用途：適合于有色金屬以及非金屬材料的高速切削和精密加工。由于熱穩(wěn)定性差，而且與鐵元削和精密加工。由于熱穩(wěn)定性

18、差，而且與鐵元素有很強(qiáng)的化學(xué)親合力，因此不適于加工鋼鐵素有很強(qiáng)的化學(xué)親合力，因此不適于加工鋼鐵類材料。類材料。金剛石焊接刀具金剛石焊接刀具 刀具材料特性刀具材料特性種類種類碳素碳素工具鋼工具鋼合金合金工具鋼工具鋼高速高速鋼鋼硬質(zhì)硬質(zhì)合金合金陶瓷陶瓷立方立方氮化硼氮化硼金剛石金剛石硬度硬度81-8381-83HRAHRA81-8381-83HRAHRA82-8782-87HRAHRA89-9489-94HRAHRA91-9591-95HRAHRA8000-8000-9000HV9000HV1000010000HVHV耐熱耐熱性性()()200-200-250250300-300-40040060

19、0-600-650650800-800-10001000120012001400-1400700-800800強(qiáng)度強(qiáng)度(GPa(GPa) )2.22.22.42.42.5-42.5-4 0.9-0.9-2.452.450.45-0.45-0.80.80.30.30.21-0.21-0.490.49思考題思考題1、刀具材料應(yīng)具備哪些性能？常用刀具材料有哪些？各、刀具材料應(yīng)具備哪些性能？常用刀具材料有哪些？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？有何優(yōu)缺點(diǎn)？2、硬質(zhì)合金的主要種類及用途是什么？、硬質(zhì)合金的主要種類及用途是什么？3、超硬材料、超硬材料（立方氮化硼和人造金剛石）的特點(diǎn)及（立方氮化硼和人造金剛石）的特點(diǎn)及用途用途是什么？是什么？4、試選擇合理的刀具材料及牌號(hào)：、試選擇合理的刀具材料及牌號(hào)： 1 1）4545鋼鍛件粗車；鋼鍛件粗車； 2 2）