金属切削原理切削刀具材料PPT.ppt

1,答疑信箱：,第二章切削刀具材料,金属切削原理,2,第一节刀具材料应具备的性能,一、高的硬度和耐磨性二、足够的强度和韧性-抗冲击、振动、不崩刃、折断。三、高的耐热性-高温下保持硬度、耐磨、强度、韧性的能力。四、良好的热物理性能和耐热冲击性能-导热系数、热膨胀系数是常用衡量指标五、良好的工艺性能六、经济性,3,第二节 高速钢,一、特点：1、热稳定性提高2、具有高强度和韧性3、工艺性能好：磨削加工性好；应用：易制成复杂刀具；大型成形刀具。二、分类：以用途分：通用型高速钢；高性能高速钢。以制造工艺分：熔炼高速钢；粉末冶金高速钢。,4,5,三、典型高速钢材料牌号（一）、通用型高速钢1、钨钢W18Cr4V(W18)(HRC63-66，抗弯强度可达3500MPa,可磨性好)优点：含V少，磨削性能好；热处理性能好；抗塑性变形能力强。缺点：碳化物分布不均；不宜作大尺寸刀具；热塑性差。,6,2、钨钼钢 W6Mo5Cr4V2（M2）,W9Mo3Cr4V(碳化物细小分布均匀，耐磨性高，成本低,热处理硬度同W18Cr4V，抗弯强度达4700MPa，韧性及热塑性比w18Cr4V提高50%。)优点：抗弯比W18高10%15%；韧性比W18高50%60%；（不受大截面影响）热塑性好，可适合热成形加工；（如轧、扭制麻花钻；缺点：热处理脱碳性倾向大；易氧化，淬火温度范围窄；热稳定性稍低于W18；在较高速切削时，切削性能稍低于W18。,7,W9Mo3Cr4V(钨钼钢)中国近几年发展起来的新品种;强度及热塑性略高于W6Mo5Cr4V2;硬度为HRC63-64;脱碳敏感性小;易轧制、锻造，热处理工艺范围宽;成本更低。常见普通高速钢中国市场的比例:W18Cr4V:16.5%；W6Mo5Cr4V2:69%;W9Mo3Cr4V:11%。,8,（二）高性能高速钢通常是指在通用高速钢中加有：碳、钒、钴、铝等元素形成的特殊性能的高速钢：又分为：高碳高速钢：9W18Cr4V(9W18)高钒高速钢：W6Mo5Cr4V3钴高速钢：W6Mo5Cr4V2Co5 W18Cr4VCo5超硬高速钢：W2Mo9Cr4VCo8(M42)铝高速钢W6Mo5Cr4V2Al（501）通常国际标准，只有含钴量在2%以上的高速钢才称为高性能高速钢，代号为HSS-E。其它如铝高速钢等，虽然性能较普通高速钢有所提高，但尚未有证据表明可以达到钴高速钢的同等性能。,9,1.高碳系高速钢 9w18Cr4V 含碳量高0.9%；硬度、耐磨性及热硬性比较好；抗弯强度为3000MPa，冲击韧性相对较低；热处理工艺要求严格。应用：切削不锈钢、耐热合金等难加工材料2.高钒系高速钢：W12Cr4V4Mo及W6Mo5Cr4V3(M3)，含钒量达3-4%，耐磨性大大提高；可磨性变差。应用：需要依赖于磨削工艺及砂轮技术的发展。,10,3.钴高速钢 W2Mo9Cr4VCo8(M42)。钴能促使碳化物更多地溶解在基体内，提高基体硬度、耐磨性 热处理硬度可达67-70HRC，（特殊热处理方法，67-68HRC）硬度、热硬性、耐磨性高；可磨性好；提高冲击韧性高；钴高速钢价格昂贵，约为普通高速钢的5-8倍应用：可制成各种刀具，用于切削难加工材料，可制成复杂刀具。4.铝高速钢 W6Mo5Cr4V2Al、W6Mo5Cr4V5SiNbAl铝(Al)、硅(Si)、铌(Nb)元素能提高热硬性、耐磨性。价格较低；（国际市场使用量已经超过普通高速钢25-30%）热处理硬度可达到68HRC，热硬性较高；易氧化及脱碳，可塑性、可磨性稍差；,11,（三）、粉末冶金高速钢制作工艺：高压氩气雾化熔融高速钢水得粉末冶金制坯（真空(0.04Hg)状态下，密闭烧结达到密度65%；再在1100高温、300MPa高压下制成密度100%的钢坯，），钢坯轧制成材或轧成刀具形状。特点：1、消除碳化物偏析；2、磨削加工性好；3、物理力学性能各向同性；4、耐磨性好；5、提高合格率及生产新品种的可能。,12,第三节 硬质合金,一、制造工艺 硬质合金是由难熔金属碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）和金属粘结剂（如Co、Ni等）以比例混合，高温高压烧结压制成型。二、特点 1、常温硬度高 8993HRA；2、热稳定性 8001000；3、切削速度比高速钢提高47倍；4、抗弯强度比高速钢低一半。,13,硬质合金制造工艺,14,硬质合金应用,15,三、分类及性能ISO将切削用硬质合金分为三类：P类：用于加工长切屑的黑色金属，相当于我国的YT类；K类：用于加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料，相当于我国的YG类 M类：用于加工长或短切屑的黑色金属和有色金属，相当于我国的YW类。,16,（一）、WC-Co（YG类）K类 特点：1、抗弯、冲击性能较好；2、磨削加工性能好；3、导热性能好。4、加工塑性材料时耐磨性差。应用：适宜切削切屑呈崩碎状的铸铁、青铜等脆性材料。常用的牌号有YG3、YG6、YG8等。其中：数字表示Co含量的百分比，Co含量少者，较脆、较耐磨。,17,（二）、WC-TiC-Co（YT类）P类特点1.硬度、耐磨性、耐热性比YG类高；2.导热性随TiC增加而差；3.抗弯、冲击性能性比YG类差；应用：主要用于切削普通碳钢及合金钢等塑性材料 常用的牌号有YT5、YT15、YT30等。其中数字表示TiC含量的百分比,TiC的含量越多，韧性越小，而耐磨性和耐热性越高。,18,（三）、WC-TiC-TaC（NbC)-Co（YW类）M类特点：抗弯性能提高，能承受加工中冲击负荷主要用于不锈钢、耐热钢、高锰钢的加工，也适用于碳钢和铸铁的加工，因此称为通用型硬质合金。常用的牌号有 YW1、YW2等（四）、TiC（N）基硬质合金 制造工艺：以TiC为主要成份（有些加入少量WC、NbC）加粘结剂制成。特点：1、硬度高 9094 HRA；2、耐磨性高；3、耐热性、抗氧化性提高；4、摩擦系数小，抗粘结能力强。,19,常用硬质合金的选用：YG类用于：1、铸铁、有色金属及非金属材料；2、低中速时切铸铁；3、含Ti不锈钢。YT类用于：1、钢料或塑性材料；2、中高速、高速切钢及铸铁。YW类用于：1、耐热钢、高温钢、高温合金、不锈钢；2、适合一般钢材和铸铁及有色金属的精加工。,20,第四节 涂层刀具,工艺：在韧性好的基体上涂一层耐磨性高的难熔金属化合物常用基体：硬质合金、高速钢。涂层材料：TiC、TiN、Al2O3 厚度：25微米制作方法：气相沉积法（CVD法及PVD法）。特点：1、保持原基体的硬度和韧性；2、外表层高硬度；3、耐磨性及寿命长；4、通用性好；5、锋利程度减小；6、低速切削易剥落崩刃。,21,PVD物理镀层方法,22,第五节 其它刀具材料一.陶瓷材料：成分：三氧化二铝（Al2O3)特点：硬度高（9194HRA）耐磨性好；耐热性高；价格低廉；性脆，怕冲击。牌号：AM、AMF、AMT、AMMC,23,二.金刚石分类：三种（天然单晶、人造聚晶、金刚石复合刀具）人造金刚石硬度极高(接近10000HV,而硬质合金仅达10002000HV)耐热性为700800金刚石大颗粒可制成一般切削工具,单晶微粒主要制成砂轮。金刚石除可以加工高硬度而且耐磨的硬质合金、陶瓷、玻璃等外,还可以加工有色金属及其合金。不宜于加工铁族金属.,24,三、立方氮化硼(CBN)是人工合成的又一种高硬度材料硬度(73009000HV)仅次于金刚石.它的耐热性和化学稳定性都大大高于金刚石,能耐13001500的高温.与铁族金属的亲和力小,因此,可加工铁族金属。,25,立方氮化硼的一些图片,26,答疑信箱：,第三章金属切削的变形过程,金属切削原理,27,第一节 研究金属切削变形过程的意义研究金属切削变形的实验方法：1、侧面变形观察法 2、高速摄形法 3、快速落刀法 4、在线瞬态体视摄形系统 5、扫描电镜 6、光弹，光塑性试验,28,一、变形区的划分：第一变形区I：近切削刃切削层内产生的塑性变形；第二变形区II：与前刀面接触的切屑层内产生的变形区；第三变形区III：近切削刃处已加工表面内产生的变形区。OA：始滑移线OM：终滑移线剪切角：剪切面和切削速度方向夹角。,29,二、第一变形区内金属的塑性变形；,30,剪切过程视频,31,三、变形程度的表示方法：1、以剪切角表示2、以相对滑移表示3、以变形系数表示变形系数是大于1的数。,32,第二节 前刀面的挤压与摩擦意义一、作用在切屑上的力 摩擦角：Fn 和F 的夹角。是剪切角；o是刀具前角；Fz 切削运动方向的切削分力；Fy切削运动方向垂直的切削分力。,33,二、剪切角与前刀面摩擦角的关系 李和谢弗（Lee and Shaffer)公式：1、当前角增大时，剪切角随之增大，变形减小。所以增大刀具前角对改善切削过程是有利的。2、当摩擦角增大时，剪切随之减小，变形增大。所以施加切削液以减小前刀面上的摩擦对切削是有利的。,34,三、前刀面上的摩擦分为：内摩擦-（切屑与刀尖附近处）形成粘结，“冷焊”。它与材料流动应力特性有关，与粘结面积大小有关，摩擦系数为一个变数。外摩擦-（切屑离刀尖较远处）它仅与摩擦系数以及压力有关，与接触面积无关。,35,影响前刀面摩擦系数的主要因素 1、工件材料的影响 工件材料的强度和硬度愈大，则摩擦系数略有减小。2、切削厚度的影响切削厚度增加，正应力随之增大，则摩擦系数略减小。（参见P42 表3-1 数据，P43 图3-18）3、切削速度的影响切削速度愈高30m/min时，v 愈高，摩擦系数愈小。（参见P43 图3-18）4、刀具前角的影响前角愈大，摩擦系数愈大。（参见P43 图3-19）,36,第四节 积屑瘤的形成及对切削的影响积屑瘤-在切削速度不高连续切钢料或其它塑性材料时，在前刀面处粘着的硬块。产生原因切削速度不高；切钢料或塑性材料；达到一定温度、压力时；发生粘结，形成“冷焊”。积屑瘤对切削过程的影响 1、实际前角增大 2、增大切削厚度 3、使加工表面粗糙度增大 4、对刀具寿命的影响,37,防止积屑瘤的主要方法1、降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易发生；2、采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的相应温度；3、采用润滑性能好的切削液，减小摩擦；4、增加刀具前角，以减小切屑与前刀面接触区的压力；5、适当提高工件材料硬度，减小加工硬化倾向。,38,第四节 切屑变形的变化规律1、工件材料对切屑变形的影响 工件材料愈强，切屑变形愈小。2、刀具前角对切屑变形的影响 刀具前角愈大，切削变形愈小。3、切削速度对切屑变形的影响 切削速度愈大，变形系数愈小。4、切削厚度对切屑变形的影响 切削厚度愈大，变形系数愈小。,39,第六节 切屑类型及其变化 1、带状切屑 2、挤裂切屑 3、单元切屑 4、崩碎切屑,40,第七节 切屑的卷曲与折断切屑的各种形状：带状屑、C形屑、崩碎屑、宝塔状屑、长紧卷屑、发条状切屑、螺卷屑切屑的折断使用断屑器进行断屑实用断屑槽：1、直线圆弧型：适用于切削碳素钢，合金结构钢；2、直线型：适用于切削碳素钢，合金结构钢；3、全圆弧型：适用于切削紫铜，不锈钢等高塑性材料。,