金屬切削刀具材料PPT

1、關于金屬切削刀具材料第一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 隨著科學技術的發(fā)展，對工程材料提出了愈來愈高的要求，各種新型金屬材料和非金屬材料的應用日益廣泛，面對如此品種繁多的工件材料，如何正確選擇刀具材料來進行切削加工，以提高生產(chǎn)效率、降低成本和減少資源消耗，這是一個十分重要的問題。 不同的刀具材料或同種刀具加工不同的工件材料時刀具壽命往往會存在很大差別，所謂“萬能刀具”是不存在的?！肮び破涫?，必先利其器”這一句中國名言已成為國內外的共識。因此，學習金屬切削原理，掌握各種刀具材料的不同特性，按具體情況解決好刀具材料與加工對象之間的“合理匹配”問題，優(yōu)選切削用量，從而提高應用水平。第二

2、張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月3 目前，中國的機械工業(yè)呈現(xiàn)出快速增長的勢頭，但生產(chǎn)效率低下導致投入與產(chǎn)出相比效益不高，或者說得到回報的比例遠遠低于國外，在國際上的競爭力并不強。要想從“制造大國”走向“制造強國”，制造效率和生產(chǎn)管理水平必需加快提升；要做到這一點首要任務是提升企業(yè)和職工的管理、技術素質。從提高機械加工效率方面考量，普遍提高一線技術工人的刀具應用技術水平是至關重要的，也是企業(yè)增收節(jié)支、降本增效的有效辦法。 為了配合企業(yè)的技術培訓工作，我們以簡明的圖、表及少量文字敘述編寫有關機械加工專項技術培訓資料，力求達到易學、實用、速成的效果。 第三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于202

3、2年6月金屬切削原理與刀具 刀具材料集團職業(yè)技能提升講座明仁 高級技師 主講第四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月5第五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月6一、概 述 刀具材料是指刀具上 參與切削部分的材料。 刀具的切削部分不但 要求具有一定的幾何 形狀，還要求有相應 的刀具材料。目前廣泛應用的刀具材料有高速鋼和普通硬質合金、涂層硬質合金。第六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月（一）高的硬度和良好的耐磨性（二）高的強度和韌性（三）高的耐熱性（四）較好的抗粘結性 (五）良好的工藝性 總之，刀具應具備的性能主要就這四個方面，當然還有經(jīng)濟性、切削性能的可預測性等要求。 二、刀

4、具材料應具備的性能第七張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月8 三、常用刀具材料 目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質合金及陶瓷、涂層刀具等。 一）碳素工具鋼 碳素工具鋼是一種含C量較高的優(yōu)質鋼（含C一般為0.651.35%）。 1、常用牌號有 T7A、T8AT13A等 2、主要性能 淬火后硬度較高，可達HRC6165；紅硬性為200250，價格低廉，不耐高溫，切削速度因此而不能提高，允許切削速度VC10m/min,只能制作低速手用刀具，如板牙、鋸條、銼等。 第八張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月9第九張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月10

5、二）合金工具鋼 在碳素工具鋼中加入一定量的鉻（Cr）、鎢（W）、錳（Mn）等合金元素，能夠提高材料的耐熱性、耐磨性和韌性，同時還可以減少熱處理時的變形。 1、主要牌號有 9SiCr CrWMn 2、主要性能 淬火后的硬度可達HRC6165，紅硬性為300400，允許切削速度Vc=1015m/min,制作低速、形狀比較復雜、要求淬火后變形小的刀具。如板牙、拉刀、手用鉸刀（孔的精加工）等。三、常用刀具材料第十張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月11 三）高速鋼高速鋼是一種高合金工具鋼，鋼中含有W、Mo、Cr、V等合金元素。 (一)高速鋼的性能 三、常用刀具材料第十一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作

6、于2022年6月12（二）高速鋼的分類三、常用刀具材料第十二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2005-4-2213四）硬質合金 硬質合金 = 硬質相（TiC或WC）+ 粘結相（Co、Ni、Mo等，其中Co比較常用）（一）主要性能三、常用刀具材料第十三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月14 （二）分類1、鎢鈷類硬質合金YG： WC + Co常用牌號：YG3、YG6、YG8（3、6、8、代表Co含量占3%、6%、8%）應用： 主要用于加工鑄鐵、青銅等脆性材料，不適合加工鋼料，因為在640時發(fā)生嚴重 粘結，使刀具磨損，耐用度下降。三、常用刀具材料第十四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2

7、022年6月152、鎢鈷鈦類硬質合金（YT）：硬質相（WC+TiC）+粘結相（Co）常用牌號：YT5、YT14、YT15、YT30（數(shù)字表示TiC的百分含量）應用： 主要用于加工鋼材及有色金屬，一般不用與加工含Ti的材料,如1Cr15Ni9Ti,Ti與Ti的親合力較大，使刀具磨損較快。三、常用刀具材料第十五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月163、添加稀有金屬硬質合金 鎢鉭（鈮）鈷類硬質合金（YA）和鎢鈦鉭（鈮）鈷類硬質合金（YW），是在鎢鈷鈦類硬質合金（YT）中加入TaC(NbC),可提高其抗彎強度、疲勞強度和沖擊韌性，提高和金的高溫硬度和高溫強度，提高抗氧化能力和耐磨性。這類合金可

8、以用于加工鑄鐵及有色金屬，也可用于加工鋼材，因此常成為通用硬質合金，他們主要用于加工難加工材料。4、碳化鈦基硬質合金（YN） 這種合金有很高的耐磨性，有較高的耐熱性和抗氧化能力，化學穩(wěn)定性好，與工件材料的親合力小，抗粘結能力較強。主要用于鋼材、鑄鐵的精加工、半精加工和粗加工。三、常用刀具材料第十六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月17 （三）涂層硬質合金的選用涂層硬質合金是采用韌性較好的基體（如硬質合金刀片或高速鋼等），通過化學氣相沉積和真空濺射等方法，對硬質合金表面涂層厚度為512m的涂層材料以提高刀具的抗磨損能力。涂層材料為TiC、TiN、Al2O3等。適合于各種鋼材、鑄鐵的半精加

9、工和精加工，也適合于負荷較小的精加工。三、常用刀具材料第十七張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月18第十八張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月19 （一）陶瓷材料 陶瓷材料主要是以氧化鋁（Al2O3）或氮化硅（Si3N4）等為主要成分，經(jīng)壓制成型后燒結而成的刀具材料。陶瓷的硬度高，化學性能穩(wěn)定，耐氧化，所以被廣泛用于高速切削加工中。陶瓷刀具和傳統(tǒng)硬質合金刀具相比，具有以下優(yōu)點：四、其他刀具材料1.硬度高，可加工硬度高達HRC45以上的難加工材料。2.與被加工工件材料的親和力低，不易產(chǎn)生積屑瘤。3.耐用度提高幾倍至幾十倍。4.切削效率提高310倍，可實現(xiàn)以車、銑代磨。陶瓷材料的優(yōu)點第

10、十九張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月20（二）立方氮化硼 它是一種人工合成的新型刀具材料。它是立方氮化硼在高溫、其硬度很高，可達80009000HV,僅次于金剛石，并具有很好的熱穩(wěn)定性，可承受1000以上的切削溫度，它的最大的優(yōu)點是在高溫12001300時也不會與鐵族金屬起反應。因此既能勝任淬火鋼、冷硬鑄鐵的粗車和精車，又能勝任高溫合金、熱噴涂材料、硬質合金及其他難加工材料的高速切削。第二十張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月21（三）金剛石 分為人造和天然兩種，是目前已知最硬的材料，硬度約為HV10000,故其耐磨性好，不足之處是抗彎強度和韌性差，對鐵的親和作用大，故金剛石刀

11、具不能加工黑色金屬，在800時，金剛石中的碳與鐵族金屬發(fā)生擴散反應，刀具急劇磨損。金剛石價格昂貴，刃磨困難，應用較少。主要用作有色金屬加工、磨具、磨料，有時用于修整砂輪。第二十一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月22五 難加工材料的切削加工高強度、超高強度、高錳鋼、淬硬鋼冷硬鑄鐵、噴涂材料、不銹鋼，高溫合金、鈦合金、高熔點材料、非金屬復合材料（工程陶瓷、石英與寶石碳纖維材料）歸類高硬度；高強度；高塑性和高韌性；低塑性和高脆性；低導熱性；有微觀的硬質或硬夾雜物；化學性能過于活潑。加工特性 工件材料的這些特性常使切削工程中的切削力加大，切削溫度升高，刀具耐用度降低，有時還將使已加工表面質量

12、惡化，切屑難以控制，最終將導致加工效率和加工質量下降。第二十二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月23一、難加工材料的切削加工性，應采用以下有效措施：合理選用刀具材料;合理選擇刀具結構和切削參數(shù)；選擇最佳的切削用量；改進加工方法及加工條件；選擇恰當?shù)那邢饕旱?，對改善加工的難易程度起著重要作用。第二十三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月24二、難加工材料的切削加工的應用： 高強度、超高強度鋼的切削加工 1.1 特性： 與普通碳素結構鋼相比，它們的硬度、強度較高（約比45#鋼高出了一倍或一倍以上），沖擊值較大，導熱系數(shù)偏低，故切削力較大，切削溫度較高。 1.2刀具材料的選用： 與加工

13、普通碳素鋼相同的刀具材料（即YT類硬質合金）：YT15 最好是選用在WC-TiC-CO合金基礎上添加TaC碳化鈦或NbC碳化鈮牌號合金（即YW、YM類）：YW1、YW3在連續(xù)切削粗加工或半精加工30CrMnSiA和35CrMnSiA時，選用TW3合金其效果比YT15合金可提高效率1520%，刀具耐用度提高2-3倍。在工藝系統(tǒng)剛性允許的情況下，前角和主偏角應較小，刀尖圓弧半徑較大，必須采用低于加工中碳正火鋼的切削用量，尤其是切削速度。第二十四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月25 可選用TIC或TICN類金屬陶瓷硬質合金； 北京理工大學做30CRMNSIA和35CRMNSIA（HRC47

14、）高強度鋼切削試驗，曾收集多種牌號合金刀片試切均不理想，只有YN05合金刀片在切削速度V=150M/MIN，F(xiàn)=,0.2MM/R,AP=0.5MM的條件下切削137分鐘，后刀面磨損僅0.17 MM，被認為是目前切削高強度鋼最理想的刀具材料。 選用涂層硬質合金刀片牌號。YBC152、YB6315第二十五張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月262、不銹鋼的切削加工 2.1特性：不銹鋼加入Cr 、Mo、Ti等元素，使其耐磨蝕性能在較高溫度下有較高強度不銹鋼難切削的原因： 1）加工硬化傾向大，高溫強度高。與一般鋼材相比，不銹鋼的強度、硬度并不高，甚至還低些。但由于含有大量Cr、Ni、Mo等元素，

15、塑料與韌性好，高溫強度高，加工硬化傾向大，因此切削負荷重。此外，奧氏體不銹鋼在切削過程中，內部還會析出一些碳化物，加強了對刀具的擦傷作用。 2）導熱系數(shù)低。一般約為中碳鋼的導熱系數(shù)的1/2 1/4，切削溫度高，刀具磨損快。 3）切屑與刀具粘結現(xiàn)象嚴重。切削過程中容易生成積屑瘤，既影響加工表面光潔度，又容易造成刀具表面剝落。 4）切屑不易卷曲、折斷。對封閉及半封閉容屑的刀具，容易造成切屑堵塞現(xiàn)象，使加工表面光潔度下降及刀具崩刃。5）線膨脹系數(shù)大。約為碳素鋼線脹系數(shù)的一倍半，在切削溫度的作用下，工件容易熱變形而影響加工尺寸精度。第二十六張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月27 2.2刀具材料

16、的選擇：選擇高性能非涂層硬質合金。根據(jù)被加工材料難度特性，宜選擇ISO標準K40K10和M40M10合金刀片，其K類合金成分是WC-Co加入TaC（NbC），M類合金成分是WC-TiC-Co-TaC。這兩類合金的特點是，K40和M40具有很高抗彎強度，韌性抗沖擊性好，適于不利條件下的粗加工作業(yè)，不易打刀和崩刀。而K10和M10合金又具有較高的常溫硬度及高溫硬度，抗粘結、抗氧化性強，耐磨損，適于半精加工及精加工，不易與同族金屬材料相互擴散，親和力小，不僅能延長刀具壽命，且能保證被加工工件表面質量。推薦牌號見表。生產(chǎn)廠家K類合金牌號P/M類合金株洲鉆石YG8、 YG8N、 YG6A YD05、 Y

17、S8、 YD15 YS2T、YW1、 YW2、 YW3自貢廠YG813 、YG610YT726選用非涂層硬質合金牌號第二十七張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月28選擇涂層合金刀片。涂層合金刀片使用范圍廣，即有加工各種材料的通用性，同時又具有專用性強的特點。為此，國內外主要硬質合金廠（家）都推出一些切削不銹鋼專用牌號，如用于粗加工瑞典山特維克推出GC235，GC2145；美國肯納推出KC9245；日本三菱推出US735；中國株鉆推出YBM351，YB235等。在半精加工及精加工作業(yè)應用，有山特維克推出GC2025，GC2015；中國株鉆推出YBM251，YBM151是優(yōu)先適用于切削不銹鋼

18、的刀片材料。所以涂層合金刀片材料從粗加工到半精加工及精加工得到匹配使用。 涂層硬質合金刀具，如整體硬質合金立銑刀主要凃覆TiAlN，AlTiN和TiCN化學成分。用于切削不銹鋼在刀具結構上最好是采用奇數(shù)齒，不等齒距，不等螺旋角參數(shù)，其效果更佳。 立方氮化硼的應用。PCBN刀具是一種高效、高耐用度、低粗糙度的先進刀具，但價格比較高，應合理使用。2.3切削用量的選擇： 切削速度不宜過高，一般在40 80米/分； 給進量不宜過大，以免切削負荷過重，但也不要太小，以免切削刃在上次走刀所形成的冷硬層內工作，一般車奧氏體不銹鋼，f不應小于（0.12 0.18）毫米/轉，車削馬氏體或鐵素體不銹鋼，f不應小于

19、（0.07 0.18）毫米/轉； 切削深度盡可能大些，以避開毛坯的外皮或前道工序留下的加工硬化層。第二十八張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月292.4切削加工不銹鋼的應用第二十九張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月303.高錳鋼的切削加工高錳鋼的典型牌號有Mn13、40Mn18G3、50Mn18G等 3.1特性： 塑性大，韌性高，加工硬化的傾向特別大，在加工前硬度一般約為HB220，加工后表面硬度可達HB500 550；其次，高錳鋼的導熱系數(shù)低，約為0.031卡 / 厘米秒，比1Cr18Ni9Ti不銹鋼更低；切削力大，線膨脹系數(shù)也較大，切削溫度高，工件熱變形大，斷屑困難，刀具極易

20、崩刃、磨損。因此，必須從刀具材料、刀具幾何參數(shù)及切削用量三要素方面合理選擇才能實現(xiàn)較順利地切削加工。 3.2刀具材料的選擇： 高錳鋼的粗加工工序，一般牌號的硬質合金和陶瓷刀具，由于抗彎強度，沖擊韌性差是不適合的。必須選擇最高抗彎強度、抗氧化、導熱性能好兼顧較好耐磨性硬質合金。 應選擇ISO標準P30P50的YC35、YC40、YT5R、YC45和YT535硬質合金；半精加工時選用超細晶粒的YS8和加入TaC的YW3牌號合金有較好的抗磨損性。若用Al2O3陶瓷刀片進行高速精加工效果會很好。 銑削時選用在WC-TiC-CO基礎上加入TaC的合金,其牌號有YS30、YS25、YC30S/YC798和

21、YM20，相當于ISO的P25P30和M20類的合金。 刨削時，由于切削速度低，沖擊力較大，宜選用K類抗彎強度高的亞微細晶粒并加入TaC的YD15合金較合適。第三十張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月31第三十一張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月324.淬硬鋼和冷硬鑄鐵的切削加工4.1特性： 淬硬鋼的組織為回火馬氏體，硬度可達HRC60以上。塑性和導熱系數(shù)均極低。冷硬鑄鐵的特點是鑄鐵表面經(jīng)激冷而發(fā)生“白口”（組織為滲碳體加珠光體），特別高鎳鉻合金鑄鐵，其硬度最高可達到HRC68，工件表面夾砂氣孔現(xiàn)象較多，更增加了切削加工的難度。4.2刀具材料的選擇：切削淬硬鋼，其硬度在HRC55

22、以下的，可選用YT05、YC12和YT726，硬度在HRC 58以上，宜選用YS8、YD05、YG600合金，以及氮化硅陶瓷，PCBN刀具。切削冷硬鑄鐵，可采用YS10、YS8、YD15、YG643合金，以及氮化硅陶瓷，PCBN刀具。從技術經(jīng)濟效果分析，立方氮化硼切削效果最佳，刀具壽命和切削效率比硬質合金可提高510倍，但價格較貴，應有針對性選擇。第三十二張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月334.3切削淬硬鋼、冷硬鑄鐵刀具幾何參數(shù) 切削硬材料應選用較小的主偏角及前角，增大刀尖圓弧半徑，并輔以適當?shù)呢撊袃A角。并根據(jù)被加工件硬度及表面狀況來決定參數(shù)，硬度高，表面狀況不佳（除主偏角），其它幾

23、何角度宜取大的參數(shù)值，反之，宜取小的參數(shù)值。被加工材料前角（0）主偏角（Kr）副主偏角（Kr）后角（o）刃傾角（s）刀尖角（r）淬硬鋼-10-5104510 156120-5（斷續(xù)）-10 201.0冷硬鑄鐵-10-510 4510 154 60 -5（斷續(xù)） -10 201.0第三十三張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月344.4切削用量選擇 用硬質合金刀具切削淬硬鋼和冷硬鑄鐵較佳的切削用量推薦見表，其中切削冷硬鑄鐵宜采用低速，大進給量，效果顯著。切削用量冷硬鑄鐵淬 硬 鋼半精車精車切削深度p（毫米）3 60.5 1.00.2 0.3給進量f（毫米/轉）1.5 3.00.2 0.30.

24、05 0.1切削速度V（米/分）5 7（HRC55以下）304030切削用量推薦參值第三十四張，PPT共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月354.5切削淬硬鋼實例 我國從1979年開始就常用硬質合金刀具切削淬硬鋼HRC4050左右，后來合金材料不斷發(fā)展，淬火硬度HRC60以上也能切削，1979年甘肅省刀具隊應邀參加技術交流會，在蘭石廠表演車削淬火軸套HRC46（118.03.30.03），原來在外圓磨床上磨削一件需4045分鐘，改車削時僅2分多鐘就加工一件，提高效率20多倍。當時原全國總工會付主席王崇侖觀看表演時說“這刀不錯” ，詢問哪個廠生產(chǎn)的，并要求送幾粒刀片，有機會做推廣試驗。1983年中國

25、刀協(xié)組織赴新疆技術攻關交流，巧遇新疆聯(lián)合收割機廠制造六套模具淬火硬度HRC63，其外徑800110 mm大了5 mm，無法安裝，找到了攻關小組要求協(xié)助解決，在全國勞模張國良指導下，選用新型刀具材料YS8和加工方法，二個小時就車削一件，順利解決該廠燃眉之急，又傳播了加工技術。如北京市刀具隊成員關其柱師付用一塊高速鋼方刀條（HRC66）選擇最新合金YS8做切削試驗，不僅把方條的車成圓型，而且又車成M121的螺紋一舉成功，在場觀眾贊不絕口地說“這刀倍棒”。工作室在裝備公司成功推薦選用YG610牌號車削板牙（HRC6468）；伊斯卡IC807車削淬硬鋼（HRC55）取得了很好的效果。第三十五張，PPT

26、共三十九頁，創(chuàng)作于2022年6月365.熱噴涂材料的切削加工5.1特性： 熱噴涂材料是將合金粉末（Ni基、Fe基、Co基等）通過加熱至融化狀態(tài)，并在較大壓力和噴涂速度噴到工件表面上，從而形成一層牢固的耐高溫、耐磨損的保護層。熱噴材料的成分，性能和加工性，Ni基噴涂件是Ni基粉末并匹配含有Cr、B、Si元素，一般硬度HRC50-60，較高硬度為HRC60-65，是高硬度材料中最難切削的典型材料。裝備公司新型Ni基合金缸套（HRC65）是該技術的一項典型應用。 公司試制初期該缸套在車序加工時沒有刀具，對生產(chǎn)形成瓶頸。工作室對材料特性進行分析后，選用YT726、YG600及YG610進行車削，均能很好的車削，其中YG610耐磨性效果最佳，經(jīng)