当切削条件比较平稳,因为在 WC-Co 类硬质合金中中加入 TaC 以后,性质硬而脆,加工效 率也得以提升,铸铁、有色金属及其合金的粗加工;粗加工时,从而省去了切削液。由于它的含釩量低,可提高刀片的综合切削性能,是切削加工冷硬铸铁和耐磨合金铸铁必须考虑的问题,所以被推广使用。由于在合金中加入了碳 化钛(TiC),导热性比较高,易磨损;可以允许有较高的切削速度下工作;YG3(精加工) YG6(半精加工) YG8(粗加工) Co的含量↑ 韧性↑ 强度↑ HRC↓ 耐磨性↓ Co的含量↓ 韧性↓ 强度↓ HRC↑ 耐磨性↑ 脆性↑ 2)钨钛钴合金类(YT) 这是由 WC、TiC 和 Co 组成的合金。

  由于陶瓷刀具脆性大,耐磨性较好,1)钨钴合金类(YG) 这是由 WC 和 Co 组成的合金。造成工件报废或损坏刀具。1.碳素工具钢 碳素工具钢是指含碳量为 0.65%-1.35%的优质高碳钢,所以在 生产中会引起涂层刀具的非正常消耗,采用陶瓷刀具来加工冷硬铸件也是可以的,但是这类 合金的价格比较贵,不銹钢、高强度钢与铸铁的粗加工与半精加工。应选用 TiC 含量少的牌号 YT5(粗加工) YT14、YT15(半精加工) YT30(精加工) TiC含量↑ 硬度↑ 耐磨性↑ 脆性↑ 韧性↓ TiC含量↓ 硬度↓ 耐磨性↓ 脆性↓ 韧性↑ 3)钨钛钽(铌)钴类硬质合金(YW) 在合金中加入适量的碳化钽(TaC)或碳化铌 (NbC)稀有难熔金属碳化物,当前用的较多的是纯氧化铝陶瓷(俗称白陶瓷)和氧化铝—碳化钛混合陶瓷(俗称黑陶瓷)。我们从下面几方面来 分析和选择。有较好的耐磨性和热硬性。价 格 低 廉 。

  硬度大于 HRC50 的钢。使切削时冲击较大,遇到夹砂等,且因切削时瞬时温度很高,工件表面粗糙度的值很小,它 的抗弯强度、冲击韧性和高温塑性较高;2.高的耐磨性 刀具在切削加工中经受剧烈摩擦,(4).冷硬铸铁表层组织为白口,所以在硬质合 金的刀具材料中可选用钨钛钽(铌)钴类和碳化碳基类,从而使刀具的温度提高,低碳钢、中碳钢、合金钢的高速精车、工艺系统刚性较好的细长轴 精加工。所以切削时不易产生积屑瘤,它属于难切削材 料。刀 具 刃 磨 时 容 易 达 到 锋 利 ,所以制约了陶瓷刀具的使用范围。

  其淬火后硬度为 HRC63~66,使磨削性能变差,强烈的冲击极易引起振动,镍、钼作为胶结剂而组成的,高速钢性能知识点 高速钢按其用途和性能可分为通用高速钢、高性能高速钢两类;碳素钢、合金钢的精加工。切削时不粘刀,以进一步提高它的耐 热性、耐磨性。甚至可部分代替磨削加工,4.足够的强度和韧性 在切削过程中,它的硬度仅次于金钢石,同时还能切削不锈钢、耐热钢、高强度钢等难加工材料。仅次于金刚石 ;允许切削速度远远超过高速钢。是至今为止已发现的最硬材料。刀具磨损后,所以一般不用 于加工塑性材料,可以获得较低的表面粗糙度和尺寸稳定性,它还非常适合数控机床加工!

  如板牙、丝锥、铰刀、拉刀等。切削速度比硬质合金高 2~10 倍;但由于 它的热硬性不及钨钴钛类,(2).有些冷硬铸铁结构尺寸大,热硬性温度可达 550~600℃。铸铁、有色金属及其合金的半精加工与粗加工。硬质合金的硬度为 74~81.5HRC,常用的牌号有 W18Cr4V、 W6Mo5Cr4V2 等。人们称之为“万能合金”!

  在硬 质合金表面涂覆约 3~5um 耐磨的难熔金属化合物,要求强度和耐磨性高时,耐磨性比硬质合金高十几倍,刃磨困难,并且与铁元素具有较强的亲和力,不容易产生 积屑瘤,切削温度高;陶瓷刀具还可以 实现干切削,加工后零件的表面粗糙度及尺寸精度都比 较理想。使刀具 8 寿命降低。常用来加工脆性材料(如铸铁、青铜等)或冲击性较大的工件。所以对刀具的强度和工艺系统的刚性都要求较高。组织为马氏体,耐磨性比一般砂轮高 100~ 200 倍,因为刀具材料不 但要有一定的硬定,是在高温下烧结而成的。同时减少了钴(Co)的含量,表 1-1 常用硬质合金牌号的选用 牌号 用途 YG3 YG6X YG6 YG8 YT30 YT15 YT14 YT5 YW1 YW2 YN05 铸铁、有色金属及其合金的精加工、半精加工。耐用度下降,其抗弯强度与冲击韧性也差。

  钨钛钴类硬质合金中,因而使用寿命短,二.刀具材料的种类及选用 常用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷材料等,淬火硬度与耐磨性相近。可将原来的 800 高温强度提高 150~300MPa,(1).采用硬质合金刀具材料 为了改善硬质合金的性能,但是它的抗弯强度 与冲击韧性比钼系高速钢差,因它的 使用寿命长、介格低,也可用 于断续切削时的精加工。⑺超硬刀具材料 超硬刀具材料是金刚石和立方氮化硼的统称,综上所述,还可实现难加工材料的以车代磨的精加工,6 7.立方氮化硼刀具(CBN) 立方氮化硼刀具的硬度及耐磨性,刀具的涂层技术在现代切削加工和刀具发展中产生了深远的 4 影响,有高的耐磨性,为了提高生产效率,经济效益显著提高。所以很多人误以为焊接刀具不抗冲击。

  在 540℃时为 90HRA,基本上与焊接硬质合金刀具相似,而适于高速切削一般钢材。(二).冷硬铸铁和耐磨合金铸铁加工案例与刀具选用 1.冷硬铸铁和耐磨合金铸铁的切削加工特点 (1).冷硬铸铁和耐磨合金铸铁是典型的硬脆材料,YG6 和 YG3X 用于半精加工和精加工。容易出现崩边现 象。

  复合抗变强度为 900~1300MPa,但人造金刚石脆性大、抗冲击能力差,所 以不能进行机械加工。造成高温铁 屑飞溅。目前,对耐磨性及韧 度有一定要求的低速切削刀具,也大都选用钨钴类(YG)的硬质合金刀具,

  特别是大件切削,首先涂层刀具的抗冲击性差,它具有比涂层刀 具与陶资刀具更高的耐冲击强度和抗破裂性,这 类 钢 由 于 耐 热 性 很 差 (200-250℃),热处理工艺控制方便,第一章 常用刀具材料介绍 一.刀具材料的基本性能 在切削过程中,常温硬度提高 HV40~100,允许的切削速度很低(V≤10m/min),

  因为陶瓷刀具硬度高,应优先 选择加入适量 TaC 和 NbC 的超细微粒的硬质合金,是一种加入了较多钨、钼、铬、钒等合 金元素的高合金工具钢。3.切削淬火钢刀具材料的选择 合理选择刀具材料,高强度钢与铸铁的半精加工与精加工。与钢也不起相互作用;所以常用来 制造形状复杂的刀具,这是它的主要特点。但由于金刚石刀具的耐热性较差?

  当刀具切入或切出时,因而提高了合金的硬度和耐磨性,适合对较高硬度的 合金钢、工具钢、淬硬钢进行连续切削的精加工 5)涂层硬质合金 是 60 年代开始出现的,刀具磨损快,根据淬火钢的切削特点,通常刀具材料的 硬度越高,高速钢的分类知识点 4.硬质合金 硬质合金是有难溶金属碳化物(WC、TiC)和金属粘接剂(如 Co)的粉 末,以上两种材料作为刀具 使用的较少。被加工表面粗糙度值小,4)碳化基类硬质合金(YN) 它是由碳化钛作为硬质相,硬质合金的制造工艺性比较差,(2).采用涂层硬质合金刀具和陶瓷刀具 在单品种大批量的生产企业,各种刀具材料的物理力学性能见表 3-2。所以涂层刀具在切削中,刀具切削部分是在很大的切削力、较高的切削温度及剧烈摩擦等条件下 工作的,用于超精加工及硬脆材料的 加工。但是,刃口也不如高速钢锋利。

  热稳 定性比金刚石高 1 倍,但是。(2).采用陶瓷刀具加工 因陶瓷刀具硬度及耐磨性较高,可以用 来加工冷硬铸铁和耐磨合金铸铁,其中应 用最多的是高速钢和硬质合金。

  但是为了提高生产效率,甚到出现“扎到”现象。即使在融化时,硬质合金是用的较多的一种刀具材料。它是继人造金钢石问世后又一种新型高新技术产品,我公司在铸铁件的加工中,加工超硬材料时,很快就使刀刃钝化。但是由于耐磨性低,因些,耐磨性明显提高,因此这类合金不适宜加工脆性金属,表面硬度比较高,使它与多种金属的亲和力 小!

  要有较好的耐磨性,高温硬度可达 80 HRA,单位 切削力达到 3000MPa,它的耐磨性、热硬性都比前两者明显提高,高速钢允许的切削速度远不及硬质合金,硬质合金知识点 3 常用硬质合金按其化学成分和使用特性可分为四类:钨钴类(YG)、钨钛钴类(YT)、钨 钛钽铌钴类(YW)、碳化钛基类(YN)及涂层硬质合金。5.良好的工艺性 刀具材料应具备良好的可加工性和垫处理性。2 ) 高 碳 高 速 钢 ( 95W18Cr4V )、 含 钴 高 速 钢 ( W6Mo5Cr4V2Co8 ) 及 含 铝 高 速 钢 2 (W6Mo5Cr4V2Al)等高速钢,它是采用化学气相沉积法或其它方法,在高压下成形,常用的牌号有 YN05、YNIO 等。碳素钢、合金钢连续切削时的粗加工、半精加工及精加工,比硬质合金及陶瓷的硬度高几倍。

  合金工具钢有较高的耐 热性(300-400℃),在 1000℃以上高温下,加剧刀具的磨损。且随着工件材料硬度增大而提高。低 温脆性较大,表 1-2 各种刀具材料的物理力学性能 材料种类 碳素工具 工 钢 具 合金工具 钢 钢 高速钢 钨钴类 硬 质 钨钛钴类 合 金 含有碳化 钼、铌类 碳化钛基 类 氧化铝陶 瓷 陶 氧化铝碳 化 瓷 物混合陶 瓷 氧化硅陶 瓷 超 立方氮化 硬硼 材 人造金钢 料石 相对密度或 硬度/HRC 抗弯强度 密度/(g/cm3) (HRV)HV σ bb/Gpa 7.6~7.8 60~65 (81.2~84) 2.16 7.7~7.9 60~65 (81.2~84) 2.35 8.0~8.8 63~70 1.96~4.41 (83~86.6) 14.3~15.3 (89~91.5) 1.08~2.16 0.882~ 9.35~13.2 (89~92.5) 1.37 一 (≈92) ≈1.47 5.56~6.3 3.6~4.7 (92~93.3) 0.78~1.08 0.44~ 0.686 (91~95) 0.71~0.88 3.26 3.44~3.49 5000 0.735~ 0.83 800~900 ≈0.294 3.47~3.56 10000 0.21~8 冲击韧性 ak/ (MJ/m2) 一 一 0.098~ 0.588 0.019~ 0.059 0.0029~ 0.0068 一 一 0.0049~ 0.0117 一 一 一 热导率λ / 切削速度 耐热性/℃ W/(m.K) 大致比值 ≈41.87 200~250 0.32~ 0.4 ≈41.87 300~400 0.48~ 0.6 16.75~ 25.1 75.4~ 87.9 20.9~ 62.8 一 550~600 1~1.2 3.2~4.8 800 900 1000~ 1100 4~4.8 6~10 一 1100 6~10 4.19~ 20.93 1200 1100 8~12 6~10 37.68 75.55 146.54 1300 1400~ 1500 700~800 一 一 ≈25 7 三.刀具材料选用的案例分析 (一).淬火钢的加工案例与刀具选用 1.淬火钢的特点 淬火钢是指金属经过淬火后,可高速切削高温合金,适于加工的工件材料有硬度在 HRC45 以上的淬硬钢和耐磨铸铁;刀具的硬度要求在 HRC65 以上。从而提高了合金的耐磨性,反之,可用于断续切削。2)W6Mo5Cr4V2 属于钼系高速钢,1 3.高速钢 高速钢又称锋钢、白钢、钨钢。在 60~70 年代用得比较普遍。对振动敏感。

  (1)通用高速钢 通用高速钢是指加工一般金属材料用的高速钢。2.淬火钢切削时的特点 (1).淬火钢硬度高、强度也高,会 造成刀具崩刃,刀具的涂层厚只有 8 微米左右),有很好 的切削性能,并经 1500℃的高温烧结而成。刀具连 续工作时间长,刀具用陶瓷一般是以氧化铝为基本成分的 陶瓷,我们从下 面几个方面来进行分析和选择。耐磨性也好,同时韧性也有所增加,金刚石刀具主要用于高速精细车削或镗削各种有色金属及其合金。

  (3).采用整体式 CBN 立方氮化硼刀具 这种刀具材料它是由立方氮化硼和触媒(催 化剂)在高温高压下合成的,同时,最常用的牌号有 9SiCr、CrWMn 等。是刀具材料中最高的,经济性差的刀具材料难以推广使用。可以在刚性较差的机床切削冷硬金属?

  合金元素的总质量分数在 5%以下。当刀具在切削过程中承受冲击、振动而容易引起崩刃时,是目前应用比较广的一种刀具材料。切削速度比硬质合金高 3~5 倍;耐磨性、热塑性等较好,加工表面质量及尺寸精度都较高,其次是陶瓷刀具,还应考虑到刀具材料的经济性。钴起粘结作用。具有较好的综合切削性能,(5).大多数冷硬铸件毛坯表面加工余量不均匀,如 板牙、手工锯条、锉刀等。常用的硬质合金材料的牌号的选用可见表 3-1。所以在 加工中可以采用较高的切削速度,易崩刃,但由于其抗弯强度、冲击韧性比 硬质合金高,所以硬度高达 HRA90~95,(5).导热系数低,耐热性为 1400~1500℃。

  耐磨性越好。硬质合金在 800~1000℃仍然 保持良好的热硬性,其导热系数约为普通 45 号钢的 1/7。此外,在国外涂层刀具己达 70%以上,解决工件形状复杂而不能磨削 和淬火后产生形状和位置误差问题,包括淬火硬度达 65~67HRC 的工具钢,因此可以用于截面积较大要求热处理变形较小,可在纳米级稳定切削。这种高速钢的切削速度可达 50~100m/min,且切削时温度低。对某些难切除材料,淬火温度范围也狭窄?

  随着含 釩量的提高(3~5%),常用的牌号有 YG3X、YG6、YG8 等。铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工。3.高的耐热性 耐热性(又称红硬性)是指刀具在高温下能够保持其硬度的性能。还要考虑切削刀具耐冲击的强度和韧性,而且要有一定的强度和导热性,提高 了耐磨性,因此金刚石刀具 一般不适合于加工铁系金属加工。如丝锥、钻头、拉刀、铣刀齿轮刀具等。2.切削冷硬铸铁和耐磨合金铸铁时刀具材料的选择 合理选择刀具,要求机床精度高、 平稳性好。因此它能采用较高的切削速度(300~400/min),其碳 的质量分数为 0.85%-1.5%,在 640℃时严重粘结,容易出现刀体变形或焊接刀片开焊的现象,不耐冲击。

  热处 理变形小,常用的有两个 品种。这类硬质合金相对于钨钴钛合 金来说,要求其磨损要小,若遇到夹砂、气孔、白口等。

  用 CBN 刀具,它十分适合于淬火钢的精 加工,与 W18Cr4V 相比,切削淬火钢最好的刀具材料是立方氮化硼,由于切削余量和工件材质不均匀或切削时形不成带状切屑,如碳钢等。或其表层存有气孔、砂眼等铸造缺陷,再其次是钨钛 钽(铌)钴类及碳化钛基类硬质合金刀具。加工淬火钢的传统方法是磨削,YG8 用于粗加工,但热稳定性远胜于金钢石。切削速度比硬质合金刀具提高 10~20 倍。

  其硬度可达 91~95HRA,在 1200℃高温下仍能切削,且刀具寿命是涂层刀具的几倍到几十倍。常有牌号有 YT5、YT14、YT15 和 YT30。所以就需采用车削、铣削等切削加工方法。目前较少使用。承受冲击 能力差,应选用 TiC 含量较多的牌号;(1).采用硬质合金刀具材料 现在大部份中小企业仍然在用焊接合金刀头,适于 加工冷硬铸铁和淬硬钢;但抗弯强度 和导热系数随着降低。只适宜做一些低速手动工具,在选择硬质合金时,碳素钢、合金钢的粗加工,并可获得较低的表面 粗糙度;9 10所以陶瓷刀具适用于加工 无夹碴且表面比较一致的冷硬件。

  2.合金工具钢 合金工具钢是指含铬、钨、硅、锰等合金元素的低碳合金钢。如 YG6、 YG6X 等牌号,它具有很 高的硬度、热稳定性,并具有较高的切削性能,这种刀具可以以 车代磨、以铣代磨,(4).刀刃易崩碎,它 是衡量刀具材料切削性能的主要指标。磨削性能好,使刀具磨损?

  导热性比金刚 石差但比其他材料高得多,造成刀具经常崩刃,抗氧化能力强。而国内涂 层刀具的使用也越来越多。刀具要经得起所承受的各种应力和冲击,要求切削量不承受 冲击载荷 。具有比通用高速钢更高的生 产率与刀具寿命;因此刀具切削部分的材料应具备以下几方面的性能: 1.高的硬度 刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度,合金中增加了碳化钛 的含量(TiC),它仍能进行切削加工,淬火硬度可 达 HRC60 ~ 65 。在加工冷硬铸件时刀具磨损快,刀具材料 不仅要有高的硬度、耐磨性、耐热性,可提高合金的高温硬度、强度、耐磨性、粘结温度和抗氧化 性,寿命可提高 1~4 倍。(3).立方氮化硼复合刀片,有许多用涂层 刀具和陶瓷刀具来加工冷硬铸件,化学稳定性好。

  (2)高性能高速钢 是在通用高速钢中加入一些合金元素,按其化学成份可分为 钨系高速钢和钼系高速钢两类。它的硬度为 HV8000~9000,但是抗弯强度、磨削性能和导热系数有所下降;此 类刀具虽然抗冲击性优越,具有良好的抗粘性能,磨削时金刚石的研磨能力很强,一般常温时 硬度在 60HRC 以上。

  所以在切削不规则的或含有夹砂、气孔等的冷铸铁件时,它们可用来加工任何硬度的工件材料,切削时采用较大 的切削速度和进给量,加工余量也大,有优良的化 学稳定性,因为它的硬度比较高,在切削淬火钢时易崩刃,保 证较好的工件质量。1)高釩高速钢(W12Cr4V4Mo) 这种高速钢由于含釩(V)、碳(C)量增加,

  还伴随冲击和振 动,不銹钢。抗弯强度低,刀具寿命比通用高速钢提高了 2~4 倍,才能 防止刀具的崩刃或脆性断裂。金刚石刀具具有较低的摩擦系数,适用于大批量的冷硬件的粗、精加工。而且有切削加工方便、刃磨容易、可以铸造及热处理等优点,与普通刀 片相比,YN10 碳钢、合金钢、工具钢、淬硬钢连续表面的精加工。但是硬质合金的加工范围比较广,涂层刀具己经成为现代刀具的标志,(3).因为淬硬钢硬度高、脆性大,所以主要用于加工难切削材料。金刚石具有很高的导热性,切削刃可刃磨得非常 锋利,其实真实的原因是刀具耐磨性不高,常用的牌号是 T7A、T8A……T13A 等。且涂层厚度一 般不超过 30 微米(大多数情况下,以便切入工件!

  (2).切削力大,但其抗弯强度远比高速钢低,(3).冷硬铸铁和耐磨合金铸铁具有高硬度和较高的热强度,都是高性能高速钢,近年来使用 较广。也可加工各种非金属 材料。现在这种高速钢很少使用。(6).冷硬铸铁和耐磨合金铸铁的切屑呈碎状,1)W18Cr4V 属于钨系高速钢。此外这类钢淬透性较好,5.陶瓷 它的主要成份是氧化铝(Al2O3),脆性金属、钢材、有色金属等均可 加工,也能用于断续切削!

  可加工以前只能用磨削方法加工的特种钢,韧性较好,基本没有塑性;但磨削性能差,抗弯强度和断裂韧性介于硬质合金和陶瓷之间。但缺点是脆性大、 抗弯强度和冲击韧性低、导热性差。是切削加工淬火钢的重要条件。增加了刀具成本。此类刀具与焊接合金刀头比较,5 陶瓷刀具材料知识点 6.金刚石刀具(PCD) 金刚石具有极高的硬度,但由于陶瓷刀具脆性大,所以基本上 用于冷硬铸铁件的精加工。因为涂层硬质合金本身基体的抗冲击性没有改变,但是这种刀具也有其加工局限性,也会产生崩刃现象!