高速切削刀具材料的選擇

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上高速切削加工技術(shù)項(xiàng)目作業(yè) 系 別：機(jī)電工程系 班 級(jí)：機(jī)械本111班 組 別：第2組 姓 名：張 震 王傳坤 袁雨辰 崔建恒 指導(dǎo)教師：謝偉東成員分工確定題目：張 震材料整理：王傳坤材料分析：袁雨辰項(xiàng)目排版：崔建恒高速切削刀具材料的選擇張 震 王傳坤 袁雨辰 崔建恒 （齊齊哈爾工程學(xué)院，機(jī)電工程系）摘 要：影響加工質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素是刀具，因此，高速切削加工也不例外，也需要高速的切削刀具技術(shù)來(lái)保證其加工精度和刀具盡可能長(zhǎng)的使用時(shí)間，這包括刀具材料和合理設(shè)計(jì)的刀具系統(tǒng)。關(guān)鍵字：力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性、耐磨損、摩擦系數(shù)引 言：在高速切削過(guò)程中,刀具和切屑之間溫度很高,既有熱的

2、性質(zhì),又有化學(xué)特性,所以刀具材料和工件材料的匹配很重要。高速切削刀具與加工的模具材料必須有較小的化學(xué)親和力、優(yōu)良的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和良好的抗沖擊、耐磨損和抗熱疲勞的特性。一、刀具的選擇選擇刀具的4大要素為：模具材料、刀具材料、工具幾何形狀和切削條件。高速加工的刀具材料必須根據(jù)模具材料和加工性質(zhì)來(lái)選擇。目前,陶瓷、立方氮化硼(CBN)、涂層硬質(zhì)合金等刀具均可作為高速切削模具鋼件的刀具材料現(xiàn)在最流行的高速加工刀具材料包括如下幾種：涂層硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、氧化鋁基或氮化硅基陶瓷、聚晶金剛石、聚晶立方氮化硼等。未來(lái)刀具的研究方向首先集中在開發(fā)新的涂層材料和涂層工藝方面，進(jìn)而減少磨損，其次是研制能加工

3、復(fù)雜曲面外觀的刀具。其中,陶瓷以化學(xué)穩(wěn)定性好,具有良好的耐磨性,能以比硬質(zhì)合金更高的切削速度進(jìn)行切削加工,然而它的硬度、韌性低于CBN,可用于加工硬度<50HRC的模具材料。而CBN以其高硬度、極強(qiáng)的耐磨性、高溫化學(xué)穩(wěn)定性及良好的導(dǎo)熱性,用于銑削淬硬鋼、冷硬鑄鐵、鈦合金等材料;涂層硬質(zhì)合金因涂層不同而具有切削多種材料的能力。PCBN (聚晶立方氮化硼)則是由CBN (立方氮化硼)微粉與少量粘結(jié)相(Co、Ni或TiC、TiN、Al2O3)在高溫高壓下燒結(jié)而成。PCBN組織中的微小晶粒呈無(wú)序排列狀態(tài),因此PCBN硬度均勻,無(wú)方向性,具有一致的耐磨性和抗沖擊性,并具有很高的硬度和耐熱性(130

4、01500)、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性以及較小的摩擦系數(shù),而且與Fe族元素親和性很低,因此它是高速切削黑色金屬較理想的刀具材料。從目前的研究結(jié)果來(lái)看,在所有的模具高速切削刀具材料中, PCBN的性能相對(duì)較好,是進(jìn)行淬硬鋼模具加工的主要刀具材料二、刀具材料的選擇刀具切削性能的好壞，取決于構(gòu)成刀具的材料、幾何參數(shù)及其結(jié)構(gòu)，其中刀具材料對(duì)刀具耐用度、加工效率和加工質(zhì)量等的影響最大。由于高速切削所采用的速度比常規(guī)切削速度高幾倍甚至十幾倍，切削溫度很高。因此，高速切削對(duì)刀具材料提出了更高的要求。高速切削刀具的失效主要是由于刀具材料的熱性能(包括熔點(diǎn)、耐熱性、抗氧化性、高溫力學(xué)性能、抗熱沖擊性能等)不足所

5、引起的。高速干切削和硬切削加工黑色金屬的最高速度主要受限于刀具材料的耐熱性。如:加工鋼和鑄鐵等黑色金屬時(shí)，最高速度只能達(dá)到加工鋁合金的1/3一1/5，原因是切削熱使刀尖發(fā)生熱破損;而高速銑削中則會(huì)產(chǎn)生厚度變化的斷續(xù)切屑，它們都會(huì)導(dǎo)致刀具內(nèi)熱應(yīng)力高頻率地周期變化，加速刀具的磨損。因此，高速切削除了要求刀具材料具備普通刀具材料的一些基本性能之外，還突出要求刀具材料具備高的耐熱性、抗熱沖擊性、良好的高溫力學(xué)性能及高的可靠性。(一)高的可靠性高速切削一般在數(shù)控機(jī)床或加工中心上進(jìn)行，要求刀具材料必須十分可靠，否則，將會(huì)增加換刀時(shí)間，降低生產(chǎn)率，使高速切削失去了意義;另外刀具可靠性差還將產(chǎn)生廢品，損壞機(jī)床

6、與設(shè)備，甚至造成人員傷亡。因此，刀具的可靠性問(wèn)題是高速切削成功應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。(二)高的耐熱性、抗熱沖擊性能和高溫力學(xué)性能高速切削時(shí)切削溫度很高，因此，要求刀具材料熔點(diǎn)高、氧化溫度高、耐熱性好、抗熱沖擊性能強(qiáng)，且具有很高的高溫力學(xué)性能，如:高溫強(qiáng)度、高溫硬度、高溫韌性等。(三)高速切削刀具材料能適應(yīng)難加工材料和新型材料加工的需要隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)工程材料提出了愈來(lái)愈高的要求，各種高強(qiáng)度、高硬度、耐腐蝕和耐高溫的工程材料愈來(lái)愈多的被采用。他們中多數(shù)屬于難加工材料，據(jù)統(tǒng)計(jì)目前難加工材料已占工件的40%以上。因此，高速切削刀具應(yīng)能適應(yīng)難加工材料和新型材料加工的需要。三、高速切削刀具材料國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀（一）國(guó)外高速切削刀具材料現(xiàn)狀主要有涂層刀具、金屬陶瓷(TICN基硬質(zhì)合金)、陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)、聚晶金剛石(PCD)。最常用的高速鋼和硬質(zhì)合金:鉆高速鋼、粉末冶金高速鋼、超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金。（二）國(guó)內(nèi)高速切削刀具材料現(xiàn)狀主要有:涂層刀具、金屬