機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課件 第二章-3-1

2.3刀具材料1刀具材料；刀具幾何參數(shù)；刀具結(jié)構(gòu)。刀具的切削性能取決于切削部分的：切削加工生產(chǎn)率和刀具耐用度的高低；刀具消耗和加工成本的多少；加工精度和表面質(zhì)量的優(yōu)劣。刀具材料的合理選擇，很大程度上決定了：刀具材料的發(fā)展受工件材料發(fā)展的促進(jìn)和影響。刀具材料的重要性22.3.1刀具材料應(yīng)具備的性能六大性能？常用刀具材料種類？3局部強(qiáng)力作用；高溫；劇烈摩擦；大應(yīng)力。用刀具切削金屬時(shí)，直接負(fù)擔(dān)切削工作的是刀具的切削部分。刀具切削部分的工作條件：由需求反推刀具將迅速磨損和破損。4硬度是刀具材料應(yīng)具備的基本特性。刀具要從工件上切下切屑，其硬度必須高于工件，一般60HRC以上。耐磨性是材料抵抗磨損的能力。一般來說刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。材料組織中硬質(zhì)點(diǎn)（碳化物、氮化物等）的硬度越高，數(shù)量越多，顆粒越小，分布越均勻，耐磨性越高。刀具的耐磨性不僅取決于其硬度，和它的化學(xué)成分，強(qiáng)度，顯微組織，摩擦區(qū)溫度有關(guān)。1）高的硬度和耐磨性5耐熱性是衡量刀具材料切削性能的主要標(biāo)志。指刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性的能力。刀具材料的高溫硬度越高，則刀具的切削性能越好，允許的切削速度越高。除高溫硬度外，刀具材料還應(yīng)具有在高溫下抗氧化、抗粘結(jié)、抗擴(kuò)散能力，即化學(xué)穩(wěn)定性。2）足夠的強(qiáng)度和韌性3）高的耐熱性（熱穩(wěn)定性）要使刀具在承受很大壓力，以及切削過程中通常要出現(xiàn)的沖擊和振動(dòng)的條件下，而不產(chǎn)生崩刃和折斷，刀具材料必須具備足夠的強(qiáng)度和韌性。6刀具材料的導(dǎo)熱性越好，越利于切削區(qū)散熱，從而降低切削溫度。刀具材料耐熱沖擊性能，即抵抗熱沖擊的能力。耐熱沖擊性能越好，刀具越不會(huì)因?yàn)闊釠_擊產(chǎn)生內(nèi)部裂紋而導(dǎo)致刀具斷裂。導(dǎo)熱系數(shù)大，熱量容易散走，刀具表面的溫度梯度降低；熱膨脹系數(shù)小，熱變形減??；彈性模量小，可以降低因熱變形而產(chǎn)生的交變應(yīng)力幅度。耐熱沖擊性能好的刀具材料，切削加工時(shí)可使用切削液。4）良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能7經(jīng)濟(jì)性是刀具材料的重要指標(biāo)之一，刀具材料的發(fā)展應(yīng)結(jié)合本國(guó)資源。有的刀具雖然單件成本很高，但因其使用壽命很長(zhǎng)，分?jǐn)偟矫總€(gè)零件的成本不一定很高。此外，在切削加工中自動(dòng)化和柔性制造系統(tǒng)中，也要求刀具的切削性能比較穩(wěn)定和可靠，有一定的可預(yù)測(cè)性和高度的可靠性。5）良好的工藝性便于刀具制造，要求刀具材料具有良好的工藝性能，如鍛造性能、熱處理性能、高溫塑性變形性能、磨削性能、焊接性能等。6）經(jīng)濟(jì)性8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。碳素工具鋼、合金工具鋼，因?yàn)槟蜔嵝圆?，僅用于一些手工工具及切削速度較低的刀具。高速鋼、硬質(zhì)合金：使用最普遍。陶瓷、立方氮化硼、金剛石：逐漸增多。常用刀具材料92.3.2高速鋼高速鋼定義？高速鋼的特點(diǎn)？高速鋼分類？粉末冶金高速鋼的優(yōu)點(diǎn)？10高速鋼是一種含有較多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具鋼。高速鋼具有較高的熱穩(wěn)定性，在切削溫度高達(dá)500-650℃時(shí)，尚能進(jìn)行切削。與碳素工具鋼和合金工具鋼相比，高速鋼能提高切削速度1-3倍，提高刀具耐用度10-40倍，甚至更多。它可以加工的材料范圍從有色金屬到高溫合金。高速鋼具有高的強(qiáng)度（抗彎強(qiáng)度為一般硬質(zhì)合金的2-3倍，為陶瓷的5-6倍）和韌性，具有一定的硬度（63-70HRC）和耐磨性，適合于各類切削刀具的要求，也可用于在剛性較差的機(jī)床上加工。高速鋼（鋒鋼）11高速鋼工藝性能好：容易磨成鋒利的切削刃，能鍛造，這一點(diǎn)對(duì)形狀復(fù)雜即大型成型刀具非常重要。故在復(fù)雜刀具制造中，高速鋼仍占主要地位。高速鋼材料性能較硬質(zhì)合金和陶瓷穩(wěn)定，在自動(dòng)機(jī)床上使用較可靠。按其性能不同，高速鋼可分為普通高速鋼和高性能高速鋼。按制造工藝方法不同，高速鋼可分為熔煉高速鋼和粉末高速鋼。12含碳量為0.7%～0.9%，按鎢含量不同可分為鎢鋼(12%或18%)、鎢鉬鋼(6%或8%)、鉬鋼(2%或0%)。這類鋼按耐熱性可稱為中等熱穩(wěn)定性高速鋼。經(jīng)4h加熱至615～620℃后，可保持硬度60HRC。由于具有一定的硬度（63～66HRC）和耐磨性，高的強(qiáng)度和韌性，良好的塑性和磨削加工性，因此廣泛用以制造各種復(fù)雜刀具，成為切削硬度在250～280HBS以下的大部分結(jié)構(gòu)鋼和鑄鐵的基本刀具材料，占高速鋼總產(chǎn)量的75%-80%。通用型高速鋼刀具的切削速度一般不太高，加工普通鋼料切削速度不高于40～60m/min。1）通用型高速鋼13鎢鋼：典型牌號(hào)W18Cr4V（簡(jiǎn)稱W18），最基本鋼種?？捎靡灾圃旄鞣N復(fù)雜刀具。磨削加工性好，塑性變形抗力較大。但強(qiáng)度和韌性顯得不夠，不宜做大截面的刀具。鎢鉬鋼：典型牌號(hào)W6Mo5Cr4V2（簡(jiǎn)稱M2），各國(guó)通用?？箯潖?qiáng)度比W18高10%～15%，沖擊韌度高50%～60%，可做尺寸較大、承受沖擊力較大的刀具。14高性能高速鋼在通用型高速鋼成分中再增加一些含碳量、含釩量及添加鈷、鋁等合金元素的新型高速鋼種。硬度可達(dá)67～70HRC，加熱至630～650℃時(shí)仍可保持60HRC的硬度，因此具有良好的切削性能，耐用度約為通用型高速鋼刀具的1.5～3倍。適合于加工奧氏體不銹鋼、高溫合金、鈦合金、超高強(qiáng)度鋼等難加工材料。2）高性能高速鋼15是一種應(yīng)用最廣的含鈷超硬高速鋼，具有良好的綜合性能。這種鋼具有一定的韌性，由于含釩量不高，磨削加工性好。硬度可達(dá)到67-70HRC，600℃時(shí)的高溫硬度55HRC，比W18鋼高6.5HRC，因而允許較高的切削速度。用這種鋼做的刀具在加工耐熱合金、不銹鋼時(shí)，耐用度較W18鋼有明顯提高。W2Mo9Cr4VCo8（M42）16W6Mo5Cr4V2Al（501）一種含鋁的超硬高速鋼，600℃時(shí)的高溫硬度54HRC，但由于不含鈷，仍具有較高的強(qiáng)度和韌性。具有優(yōu)良的切削性能。在多數(shù)場(chǎng)合，其切削性能與M42鋼相同。與W18鋼比較，這種鋼的磨削加工性較差，熱處理溫度也較難控制。17粉末冶金高速鋼（簡(jiǎn)稱粉冶鋼）是用高壓氬氣或純氮?dú)忪F化熔融的高速鋼水，直接得到細(xì)小的高速鋼粉末，然后將這種粉末在高溫高壓下壓制成致密的鋼坯，最后將鋼坯鍛軋成鋼材。粉末冶金是制取金屬粉末或用金屬粉末（或金屬粉末與非金屬粉末的混合物）作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合材料的工藝技術(shù)。由于粉末冶金技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，它已成為解決新材料問題的鑰匙，在新材料的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。3）粉末冶金高速鋼18可有效地解決一般熔煉高速鋼在鑄錠時(shí)要產(chǎn)生的粗大碳化物共晶偏析，得到細(xì)小均勻的結(jié)晶組織。晶粒尺寸小于2-3um，而不是熔煉鋼的8-20um。大變形狀態(tài)下，與熔煉高速鋼相比，強(qiáng)度和韌性分別提高30%～40%和80%～90%。磨削加工性很好，不會(huì)由于增加釩含量（為提高高速鋼的耐磨性而加入）而降低磨削加工性。由于物理力學(xué)性能的高度各向同性，可減小淬火時(shí)的變形（只有熔煉鋼的1/2~1/3）。由于碳化物顆粒均勻分布的表面積較大，且不易從切削刃上剝落，故耐磨性可提高20%～30%。用粉末冶金法制造的高速鋼有下列優(yōu)點(diǎn)：19此外，粉冶鋼熱成型時(shí)具有高的合格率。這種方法還提供了在現(xiàn)有高速鋼成分中加入大量碳化物（為增加鋼的熱穩(wěn)定性和耐磨性而不使力學(xué)性能變壞），制成用舊方法無法生產(chǎn)的新鋼種，和性能介于現(xiàn)有高速鋼與硬質(zhì)合金之間的新材料的可能性。粉末冶金高速鋼適于制造切削難加工材料的刀具及大尺寸刀具（如滾刀、插齒刀），也適于制造精密工具和磨削加工量大的復(fù)雜刀具。對(duì)于高壓動(dòng)載荷下使用的刀具（如斷續(xù)切削刀具）以及小截面、薄刃刀具和成型刀具也適用。202.3.3硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的定義？硬質(zhì)合金的特點(diǎn)？常用硬質(zhì)合金的分類及性能？硬質(zhì)合金的選用準(zhǔn)則？21硬質(zhì)合金是以高硬度、高熔點(diǎn)的難熔金屬碳化物WC、TiC等為基體，以金屬Co、Ni等為粘結(jié)劑，用粉末冶金方法制成的一種合金。硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性都很高。常用硬質(zhì)合金硬度89～93HRA，比高速鋼硬度高。硬質(zhì)合金在800～1000℃時(shí)尚能進(jìn)行切削。硬質(zhì)合金的切削性能比高速鋼高得多，刀具耐用度可提高幾倍到幾十倍，在耐用度相同時(shí)，切削速度可提高4-10倍。硬質(zhì)合金22常用硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度為0.9～1.5GPa，比高速鋼的強(qiáng)度低得多，斷裂韌度也較差。因此，硬質(zhì)合金刀具不能像高速鋼刀具那樣能夠承受大的切削振動(dòng)和沖擊負(fù)荷。硬質(zhì)合金中碳化物含量較高時(shí)，硬度較高，但抗彎強(qiáng)度較低；粘結(jié)劑含量較高時(shí)，抗彎強(qiáng)度較高，但硬度較低。硬質(zhì)合金被廣泛作為刀具材料。絕大多數(shù)車刀和端銑刀都采用硬質(zhì)合金制造；深孔鉆、鉸刀等刀具也廣泛采用了硬質(zhì)合金；就連一些復(fù)雜刀具如拉刀、齒輪滾刀也大量采用硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金刀具還可用于來加工高速鋼刀具不能切削的淬硬鋼等硬材料。23ISO(國(guó)際