刀具材料和切削用量

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1、1-3 刀 具 材 料 和 切 削 用 量 金 屬 切 削 過 程 中 的 加 工 質(zhì) 量 、 加 工 效 率 、 加工 成 本 ， 在 很 大 程 度 上 取 決 于 刀 具 合 理 選 擇 。 因此 ， 材 料 、 結(jié) 構(gòu) 和 幾 何 形 狀 是 構(gòu) 成 刀 具 切 削 性 能評 估 的 三 要 素 。 一 、 刀 具 切 削 部 分 應(yīng) 具 備 的 基 本 性 能（ 1） 較 高 的 硬 度（ 2） 較 高 的 耐 磨 性（ 3） 足 夠 的 強 度 和 韌 性（ 4） 較 高 的 耐 熱 性（ 6） 良 好 的 工 藝 性 和 經(jīng) 濟 性（ 5） 較 好 的 導(dǎo) 熱 性 二 、 車 刀

2、 切 削 部 分 常 用 刀 具 材 料工 具 鋼 包 括 碳 素 工 具 鋼 、合 金 工 具 鋼 和 高速 鋼 。硬 質(zhì) 合 金 有 鎢 鈷 類 硬 質(zhì) 合 金 YG（ K類 ） 、 鎢 鈦 鈷 類 硬質(zhì) 合 金 YT（ P類 ） 和 鎢鈦 鉭 （ 鈮 ） 類 硬 質(zhì) 合YW（ M類 ） 。其 他 材 料 推 廣 使 用 新 型 刀 具材 料 如 涂 層 刀 具 、 陶 瓷 刀 具 、 立 方 氮 化 硼 CBN等 。 1 高 速 鋼它 含 有 鎢 W、 鉬 Mo、 鉻 Cr、 釩 V等 合 金 元 素 較 多 的工 具 鋼 。 特 點 ：硬 度 高 （ 63 66HRC） 足 夠 的 強

3、 度 和 韌 性有 較 高 的 熱 穩(wěn) 定 性 、 耐 磨 性 能 承 受 大 的 沖 擊 力可 制 造 復(fù) 雜 的 刀 具 ： 如 成 形 車 刀 、 銑 刀 、 鉆 頭 、切 齒 刀 、 螺 紋 車 刀 和 拉 刀 等耐 熱 性 較 差 （ 500 650 C） 不 能 高 速 切 削 （ 1） 高 速 鋼 的 分 類 按 用 途 可 分 為 ： 通 用 高 速 鋼 和 高 性 能 高 速 鋼按 制 造 工 藝 可 分 為 : 熔 煉 高 速 鋼 、 粉 末 冶 金 高 速 鋼 表 面 涂 層 高 速 鋼按 基 本 化 學(xué) 成 份 可 分 為 : 鎢 系 和 鉬 系 （ 2） 常 用 高

4、速 鋼 的 牌 號 與 性 能v通 用 型 高 速 鋼 W18Cr4V(18-4-1)由 于 鎢 價 高 ， 熱 塑 性差 ， 碳 化 物 分 布 不 均 勻 等 原 因 ， 目 前 國 內(nèi)外 已 很 少 采 用 。注 意 ： 不 適 用 于 高 速 切 削 和 硬 的 材 料 的 切 削 v高 性 能 高 速 鋼 高 性 能 高 速 鋼 是 指 在 通 用 型 高 速 鋼 中 增 加 碳 、釩 、 鈷 或 鋁 等 合 金 元 素 ， 使 其 常 溫 硬 度 可 達 6770HRC， 耐 磨 性 與 熱 穩(wěn) 定 性 進 一 步 提 高 。適 用 于 ： 加 工 不 銹 鋼 、 高 溫 合 金

5、、 耐 熱 鋼 和 高 強 度 鋼 等難 加 工 材 料 。 典 型 牌 號 有 M42等 。 v粉 末 冶 金 高 速 鋼 粉 末 冶 金 高 速 鋼 是 用 高 壓 氬 氣 或 純 氮 氣 霧 化 熔融 的 高 速 鋼 鋼 水 而 得 到 細 小 的 高 速 鋼 粉 末 ， 然 后再 熱 壓 鍛 軋 制 成 。特 點 ： 適 用 于 制 造 精 密 刀 具 、 大 尺 寸 (滾 刀 、 插 齒 刀 )刀 具 、 復(fù) 雜 成 形 刀 具 、 拉 刀 等 。 2 硬 質(zhì) 合 金 硬 質(zhì) 合 金 是 由 高 硬 度 和 高 熔 點 的 金 屬 碳 化 物(碳 化 鎢 WC、 碳 化 鈦 TiC、

6、 碳 化 鉭 TaC、 碳 化 鈮 NbC等 )和 金 屬 粘 結(jié) 劑 (Co、 Mo、 Ni等 )用 粉 末 冶 金 工 藝 制 成 。特 點 ：常 溫 硬 度 為 :89 93HRA化 學(xué) 穩(wěn) 定 性 好熱 穩(wěn) 定 性 好 ， 耐 磨 性 好耐 熱 性 好 （ 800 1000 C）硬 質(zhì) 合 金 刀 具 允 許 的 切 削 速 度 比 高 速 鋼 刀 具 高 5 10倍 。 鎢 鈷 類 （ WC+Co） ；鎢 鈦 鈷 類 （ WC+TiC+Co） ；鎢 鈦 鉭 （ 鈮 ） 鈷 類 TiC+WC+Ni+TaC） 。（ 1） 硬 質(zhì) 合 金 的 分 類 （ 2） 常 用 硬 質(zhì) 合 金 的

7、牌 號 及 其 性 能數(shù) 字 越 小 ， 硬 度 越 高 但 韌 性 越 低鎢鈷類硬質(zhì)合金 代 號 為 YG， 屬 K紅 色 類 。合 金 中 含 鈷 量 愈 高 ， 韌 性 愈 好 ， 適 合 于 粗 加 工 ，反 之 用 于 精 加 工 。 YG(K)類 硬 質(zhì) 合 金 ， 有 較 好的 韌 性 、 磨 削 性 、 導(dǎo) 熱 性 ， 適 合 于 加 工 產(chǎn) 生 崩碎 切 屑 及 有 沖 擊 載 荷 的 脆 性 金 屬 材 料 。 v鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金 代 號 為 YT， 屬 P藍 色類 。 它 以 WC為 基 體 , 添 加 TiC， 用 Co作 粘 結(jié) 劑 燒 結(jié)而 成 。 合 金 中 Ti

8、C含 量 提 高 ， Co含 量 就 低 ， 其 硬 度 、耐 磨 性 和 耐 熱 性 進 一 步 提 高 ， 但 抗 彎 強 度 、 導(dǎo) 熱性 、 特 別 是 沖 擊 韌 性 明 顯 下 降 ， 適 合 于 精 加 工 。 v鎢鈦鉭（鈮）類硬質(zhì)合金 代 號 為 YW，屬 M黃 色 類 。 它 在 YT(P)類 硬 質(zhì) 合 金 中 加 入 TaC或NbC， 這 樣 可 提 高 抗 彎 強 度 、 疲 勞 強 度 、 沖 擊 韌 性 、抗 氧 化 能 力 、 耐 磨 性 和 高 溫 硬 度 等 。 它 既 適 用 于加 工 脆 性 材 料 ， 又 適 用 于 加 工 塑 性 材 料 。 以 氧

9、化 鋁 或 以 氮 化 硅 為 基體 再 添 加 少 量 金 屬 ， 在 高 溫下 燒 結(jié) 而 成 的 一 種 刀 具 材 料 。其 優(yōu) 點 是 硬 度 高 ， 耐 磨 性 、耐 高 溫 性 能 好 ， 有 良 好 的 化學(xué) 穩(wěn) 定 性 和 抗 氧 化 性 ， 與 金屬 的 親 合 力 小 、 抗 粘 結(jié) 和 抗擴 散 能 力 強 ；其 缺 點 是 脆 性 大 、 抗 彎 強度 低 ， 沖 擊 韌 性 差 ， 易 崩 刃 ，所 以 使 用 范 圍 受 到 限 制 ；可 用 于 鋼 、 鑄 鐵 類 零 件 的車 削 、 銑 削 加 工 。 2000度（ 1） 陶 瓷 刀 具 材 料 （ 2） 金

10、 剛 石 刀 具 材 料 碳 的 同 素 異 形 體 ， 在 高 溫 、 高 壓 下 由 石 墨轉(zhuǎn) 化 而 成 ， 是 目 前 人 工 制 造 出 的 最 堅 硬 物 質(zhì) 。由 于 硬 度 極 高 ， 耐 磨 性 好 ， 切 削 刃 口 鋒 利 ，刃 部 表 面 摩 擦 系 數(shù) 較 小 ， 不 易 產(chǎn) 生 粘 結(jié) 或 積屑 瘤 ， 可 用 于 加 工 硬 質(zhì) 合 金 、 陶 瓷 等 硬 度 達65 70HRC的 材 料 。 800度 也 可 用 于 加 工 高 硬 度 的 非 金 屬 材 料 ， 如 石材 、 壓 縮 木 材 、 玻 璃 等 ， 還 可 加 工 有 色 金 屬 ，如 鋁 硅 合

11、 金 材 料 以 及 復(fù) 合 難 加 工 材 料 的 精 加工 或 超 精 加 工 。缺 點 是 熱 穩(wěn) 定 性 差 ， 強 度 低 、 脆 性 大 ，對 振 動 敏 感 ， 只 宜 微 量 切 削 ， 與 鐵 有 強烈 的 化 學(xué) 親 合 力 ， 不 能 用 于 加 工 鋼 材 。 3 其 它 刀 具 材 料 （ 3） 立 方 氮 化 硼立 方 氮 化 硼 （ CBN） 是 一 種 人 工 合成 的 新 型 刀 具 材 料 ， 它 由 六 方 氮 化 硼在 高 溫 、 高 壓 下 加 入 催 化 劑 轉(zhuǎn) 化 而 成 。它 有 很 高 的 硬 度 及 耐 磨 性 ， 熱 穩(wěn) 定性 好 ， 化

12、學(xué) 惰 性 大 ， 與 鐵 系 金 屬 在1300 時 不 易 起 化 學(xué) 反 應(yīng) ， 導(dǎo) 熱 性 好 ，摩 擦 系 數(shù) 低 。因 此 可 用 于 高 溫 合 金 、 冷 硬 鑄 鐵 、淬 硬 鋼 等 難 加 工 材 料 的 加 工 。 （ 4） 涂 層 刀 具 材 料 在 韌 牲 較 好 的 刀 具 基 體 上 ，涂 覆 一 層 耐 磨 性 好 的 難 熔金 屬 化 合 物 ， 既 能 提 高 刀具 材 料 的 耐 磨 性 ， 又 不 降低 其 韌 性 。 常 用 的 涂 層 材料 有 TiC、 TiN、 Al203及 其復(fù) 合 材 料 等 , 涂 層 厚 度 隨刀 具 材 料 不 同 而

13、異 。 TiC涂 層 硬 度 高 、 耐 磨 性 好 、抗 氧 化 性 好 ， 切 削時 能 產(chǎn) 生 氧 化 鈦 膜 ，減 小 摩 擦 及 刀 具 磨損 。 TiN涂 層 在 高 溫 時 能 產(chǎn) 生 氧 化膜 ， 與 鐵 基 材 料 摩 擦 系 數(shù) 較 小 ， 抗 粘 結(jié) 性能 好 ， 并 能 有 效 降 低切 削 溫 度 。 TiCTiN復(fù) 合 涂 層 第 一 層 涂 TiC， 與 刀具 基 體 粘 牢 不 易 脫落 。 第 二 層 涂 TiN,減 少 表 面 層 與 工 件間 的 摩 擦 。 TiC-Al203復(fù) 合 涂 層 第 一 層 涂 TiC, 與 刀 具基 體 粘 牢 不 易 脫

14、落 。 第二 層 涂 Al203可 使 刀 具 表面 具 有 良 好 的 化 學(xué) 穩(wěn) 定性 和 抗 氧 化 性 能 。 目 前 單 涂 層 刀 片 已 很 少 應(yīng) 用 ， 大 多 采 用 TiC-TiN復(fù) 合 涂 層 或 TiC-Al 2O3-TiN三 復(fù) 合 涂 層 。 應(yīng) 當 指 出 ， 加 工 一 般 材 料 大 量 使用 的 仍 是 普 通 高 速 鋼 及 硬 質(zhì) 合 金 ，只 有 在 加 工 難 加 工 材 料 時 ， 才 考 慮選 用 新 牌 號 合 金 或 高 性 能 高 速 鋼 ，在 加 工 高 硬 度 材 料 或 精 密 加 工 時 ，才 考 慮 選 用 超 硬 材 料 。

15、切 削 用 量 是 表 示 主 運 動 及 進 給 運 動 大 小的 參 數(shù) ，是 背 吃 刀 量 、 進 給 量 和 切 削 速 度 三 者 的 總稱 。故 又 把 這 三 者 稱 為 切 削 用 量 三 要 素 。三 、 切 削 用 量 三 要 素 1.背 吃 刀 量 ap 工 件 上 已 加 工 表 面 和 待 加 工 表 面間 距 離 。 2.進 給 量 f 工 件 每 轉(zhuǎn) 一 周 ， 車 刀 沿 進 給 方 向 移 動 的 距 離 稱為 進 給 量 。 單 位 為 mm/r分 類 ： 縱 向 進 給 沿 車 床 床 身 導(dǎo) 軌 方 向 的 進 給 量 橫 向 進 給 垂 直 于 車

16、床 床 身 導(dǎo) 軌 方 向 的 進 給 量 3.切 削 速 度 Vc 車 削 時 ， 刀 具 切 削 刃 上 某 選 定 點 相 對 于 待 加 工 表 面 在主 運 動 方 向 上 的 瞬 時 速 度 ， 稱 為 切 削 速 度 。 也 為 車 刀 在1min內(nèi) 車 削 工 件 表 面 的 理 論 展 開 直 線 長 度 。 Vc= m/minVc-切 削 速 度 （ m/min） ;d-工 件 （ 或 刀 具 ） 的 直 徑 （ mm） 一 般 取 最 大 直 徑 ；n-車 床 主 軸 轉(zhuǎn) 速 （ r/min） .1000dn 318dn 例 2： 車 削 直 徑 為 60mm的 工 件 的 外 圓 ， 選 定 的 車 床 主 軸 轉(zhuǎn) 速 為600r/min， 求 切 削 速 度 。解 ： Vc= = (3.14x60 x600)/1000 = 113m/min 1000dn 今 天 作 業(yè)1、 粗 加 工 切 削 用 量 的 選 擇 原 則 ？2、 刀 具 材 料 有 那 些 ？3、 刀 具 按 結(jié) 構(gòu) 分 類 可 分 為 幾 類 ？