刀具基礎(chǔ)知識介紹及涂層選用

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整理課件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：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500℃～650℃時，仍能保持60HRC的高硬度，因此允許切削速度可提高l～2倍(25m/min～30m/min)。同時，高速鋼還具有較高的耐磨性以及較高的強度和韌性。整理課件5硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是將一些難熔的、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、高熔點和化學(xué)穩(wěn)定性好等特點。因此，硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性均超過高速鋼，其缺點是抗彎強度低，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。整理課件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)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，細顆粒的硬質(zhì)合金有較高的抗彎強度和耐磨性。

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)合金抗彎強度和韌性及導(dǎo)熱性較高，故可滿足要求。整理課件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：當加工淬硬鋼、高強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。整理課件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?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：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整理課件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)控機床刀具整理課件切削三要素背吃刀量（ap）進給量（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。：待加工表面直徑mm：已加工表面直徑mm：待加工表面直徑：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，精加工時一次進給完成切削。整理課件12進給量（f）進給量是指刀具在進給方向上刀具相對的位移量,即工件每轉(zhuǎn)一圈刀具沿進給方向移動的距離。用符號f表示，單位為mm/r。進給量的選擇：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)選用較小的進給量。整理課件13切削速度切削速度是指切削刃上選定點相對于工件主運動的瞬時速度，用符號表示單位為m/min。當主運動是旋轉(zhuǎn)運動時，切削速度是指圓周運動的線速度，即:

——切削速度，m/minn——主軸轉(zhuǎn)速，r/mind——工件待加工表面直徑，mm

π

——圓周率，3.14整理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械失效崩刃（前刀面、后刀面）切深處溝槽破損斷裂整理課件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整理課件17磨損的過程磨損過程（如下圖所示）（1）磨合階段（Ⅰ區(qū)，O~A）（2）正常磨損階段（Ⅱ區(qū)，A~B）（3）快速磨損階段，也稱嚴重磨損階段（Ⅲ區(qū)，B~C）*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Ⅱ區(qū)）的時間，并能對B點的到來作出準確的預(yù)測。整理課件18熱失效積屑瘤熱斷裂月牙洼磨損熱變形整理課件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)生前刀面后刀面整理課件20熱裂紋平均分布并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)的冷熱沖擊引起整理課件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散或融合整理課件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)生整理課件23機械失效崩刃——后刀面崩刃——前刀面崩刃切深處溝槽磨損斷裂整理課件24后刀面崩刃小

大

微觀崩刃

減少刀桿的長度

選擇帶有更大負前角的刀具

使用更大的倒棱或者倒圓的這種切削刃

選擇更強的刀具材料

降低進給速度

切削力整理課件25前刀面崩刃作用力

小面積

大面積

微崩刃

減少切深

切深不變，切削速度不變，就要將進給變慢

刃口強壯一些刀片

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

整理課件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)該磨損整理課件27斷裂兩側(cè)有同樣的崩刃或斷裂在斷續(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)用條件是必需整理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，如果選用了不恰當?shù)耐繉?，有可能?dǎo)致刀具壽命低于未涂層刀具，有時甚至會引出比涂層以前更多的問題。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。整理課件30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Hv3000～4000(取決于制造商)。表面硬度高達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10～20倍。金剛石涂層的高硬度和切削速度可比未涂層刀具提高2～3倍的能力使其成為非鐵族材料切削加工的不錯選擇。整理課件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。細膩光滑或紋理規(guī)則的涂層表面有助于降低切削熱，因為光滑的表面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行加工，從而進一步避免與工件材料發(fā)生高溫熔焊。整理課件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PVDTiAlN涂層。整理課件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，粘附就會不斷擴大。例如