中国西部科技
２０１０年０１月（下旬）第０９卷第０３期 总 第２００期
硬质合金高速切削铝合金时刀具材料 和切削用量的选择
刘楚玉 熊建武 周 进
（湖南铁道职业技术学院，湖南 株洲 ４１２００１） 摘 要：硬质合金是切削有色金属的主要刀具材料之一。本文阐述了硬质合金高速切削加工铝合金时硬质合金刀具材 料、切削用量的选择。 关键词：硬质合金；铝合金；高速切削；刀具材料；切削用量 The Choice of Cutting-tool Material of Cemented Carbide and Cutting Dosage When Aluminum Metal Alloy Be High-speed Cutted with Cemented Carbide LIU Chu-yu ，XIONG Jian-wu ，ZHOU Jin (Hunan Railway Professional-Technology College,Hunan 412001,China) Abstract:The cemented carbide is one kind of cutting-tools to cut the color metals.This paper elaborated the characteristic of cemented carbide cutting-tools,the choice of cutting-tool material of cemented carbide and cutting dosage when aluminum metal alloy be high speed cutted with cemented carbide. Key words:Cemented carbide;The aluminum alloy;High speed cutting;Cutting-tool material;Cutting dosage
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Ｋ类和Ｍ类硬质合金刀具适合于高速切削加工铝合金
磨性、抗弯强度和抗崩刃性，而且高温硬度也将提高。超 细晶粒硬质合金比同样成分的普通硬质合金的硬度可提高 ２ＨＲＡ以上，抗弯强度可提高６００～１５００ＭＰａ。超细晶粒硬质 合金含ｗ（Ｃ）为９％～１５％，硬度达到９０～９３ＨＲＡ，抗弯强度 Ｏ 达２０００～３５００ＭＰａ。早期，超细晶粒多用于Ｋ类合金，近年 来Ｍ类和Ｐ类也向晶粒细化方向发展。目前，各国都研制出 了多种牌号的细晶粒和超细晶粒硬质合金。我国生产的细 晶粒硬质合金有ＹＳ２、ＹＭ０５１及ＹＤ０５等牌号。株洲硬质合金 厂等企业对超细晶粒硬质合金也实现了批量生产。 ＩＳＯ（国际标准化组织）将切削用硬质合金分为三类： ①Ｋ类，包括Ｋ１０～Ｋ４０，相当于我国的ＹＧ类（主要成分为 ＷＣ－Ｃ Ｏ）。②Ｐ类，包括Ｐ０１～Ｐ５０，相当于我国的ＹＴ类（主要 成分为ＷＣ－ＴＩＣ－ＣＯ）。③Ｍ类，包括Ｍ１０～Ｍ４０，相当于我国的 ＹＷ类（主要成分为ＷＣ－ＴＩＣ－ＴａＣ（ＮｂＣ）－Ｃ）。 Ｏ １．２ 硬质合金刀具的特性 与其他刀具相比，硬质合金刀具的特性如下：（１）高 硬度：硬质合金刀具是由硬度和熔点很高的碳化物（称硬 质相）和金属粘结剂（称粘接相）经粉末冶金方法而制成 的，其硬度达８９～９３ＨＲＡ，远高于高速钢，在５４００Ｃ时硬度仍 可达８２～８７ＨＲＡ，与高速钢常温时硬度（８３～８６ＨＲＡ）相同。 硬质合金的硬度值随碳化物的性质、数量、粒度和金属粘 接相的含量而变化，一般随粘接金属相含量的增多而降 低。（２）抗弯强度和韧性：常用硬质合金的抗弯强度在 ９００～１５００ＭＰａ范围内。金属粘接相含量越高，则抗弯强度 也就越高。硬质合金是脆性材料，常温下其冲击韧度仅为 高速钢的１／３０～１／８。（３）导热系数：由于ＴｉＣ的导热系数
１．１ 硬质合金刀具的种类 按主要化学成分区分，硬质合金可分为碳化钨基硬质 合金和碳（氮）化钛（ＴｉＣ（Ｎ））基硬质合金。碳化钨基硬 质合金包括钨钴类（ＹＧ）、钨钴钛类（ＹＴ）和添加稀有碳 化物类（ＹＷ）三类，它们各有优缺点，主要成分为碳化钨 （ＷＣ）、碳化钛（ＴｉＣ）、碳化钽（ＴａＣ）、碳化铌（ＮｂＣ） 等 ， 常 用 的 金 属 粘 接 相 是 ＣＯ。 在 ＹＴ类 硬 质 合 金 中 加 入 ＴａＣ（ＮｂＣ）可提高其抗弯强度、疲劳强度、冲击韧度、高温 硬度、高温强度、抗氧化能力和耐磨性。常用牌号有ＹＷ１和 ＹＷ２（ 国 际 上 为 Ｍ类）。ＹＷ类合金兼具ＹＧ、ＹＴ类合金的性 能，综合性能好，它既可用于加工钢料，又可用于加工铸 铁和有色金属，常被称为通用合金。碳（氮）化钛基硬质 合金是以ＴｉＣ为主要成分（有些加入了其他碳化物或氮化 物）的硬质合金，常用的金属粘接相是ＭＯ 和Ｎｉ。 按晶粒大小区分，硬质合金可分为普通硬质合金、细 晶粒硬质合金和超细晶粒硬质合金。硬质合金晶粒细化 后，硬质相尺寸小，增加硬质相晶粒表面积、晶粒间的结 合力，粘接相更均匀地分布在其周围，可以提高硬质合金 的硬度与耐磨性；如果适当提高钻含量，还可以提高抗弯 强度。超细晶粒硬质合金是由晶粒极小的ＷＣ粒子和Ｃ粒子构 Ｏ 成，是一种高硬度、高强度兼备的硬质合金，它具有硬质 合金的高硬度和高速钢的强度。普通硬质合金晶粒度为３～ ５μｍ，一般细晶粒硬质合金的晶粒度为１．５μｍ左右，亚微 细粒合金为０．５～１μｍ，而超细晶粒硬质合金ＷＣ的晶粒度在 ０．５μｍ以下。晶粒细化后，不但可以提高合金的硬度、耐
收稿日期：２００９－１２－１４ 修回日期：２０１０－０１－０５ 基金项目：２００６年湖南省高等学校研究项目（编号０６Ｄ０６２）和湖南铁道职业技术学院课题（编号Ｋ２００６０１６）资助。 作者简介：刘楚玉（１９６５－），男，湖南株洲籍，本科，讲师、高级技师，研究方向为机械设计与制造。 熊建武（１９６４－），男，湖南安化籍，工学硕士，教授、高级工程师，研究方向为机械设计与制造。
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高速切削加工中刀具材料的选用 [摘要]简要地介绍了在高速切削加工中，根据不同的工艺及被加工零件的不同材料，选用刀具材料的问题。 关键词：高速切削刀具材料选用 1 引言 随着科技工业的飞速发展，切削加工技术的应用也越来越广泛，新型刀具材料也不断涌现，高速切削加工技术的应用也越来越广泛，高速切削加工设备在生产中的优势正在日益发挥，在切削过程中，刀具的切削部分是在较大的切削力、较高的切削温度和剧烈的摩擦条件下进行工作的。刀具材料对刀具耐用度、加工效率、加工质量和加工成本影响极大。因此，应当重视刀具材料的正确选择和合理使用。 刀具材料的基本要求 刀具在高温下进行切削工作，同时还要承受切削力、冲击和振动，因此刀具材料必须具备以下基本要求： 1、高硬度 刀具材料必须具有高于工件材料的硬度，常温硬度必须在HRC62以上，对于某些难以切削的材料，刀具硬度更高。 2、高的耐磨性 耐磨性表示抵抗磨损的能力，通常刀具材料的硬度越高、耐磨性就越好。
3、足够的强度和韧性 为了承受切削力、冲击和振动，刀具材料应该具有足够的强度和韧性。一般用抗弯强度σbb和冲击韧性αk来衡量。 4、高的耐热性 耐热性（又称红硬性）是指材料在高温下保持其硬度的性能，是衡量刀具材料切削性能的主要指标。 5、良好的工艺性 为了便于刀具的制造，要求刀具材料具有良好的可加工性和热处理性能（如淬透性好，淬火变形小，脱碳层浅等）。 6、良好的经济性 经济性差的刀具材料难以推广使用。 刀具材料种类及选用 刀具材料种类很多，常用的金属材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢及硬质合金；非金属材料有陶瓷、金刚石（天然和人造）、立方氮化硼等。 1、碳素工具钢 含碳量在～％的优质碳素钢称碳素工具钢，用来制造刀具的常用牌号有T8A、T10A等。一般用于制造低速、手用刀具，如手用锯条、锉刀等。 2、合金工具钢 在碳素工具钢中加入适量的合金元素如Mn、Cr、W、Si等即成合金工具钢，常用牌号有9SiCr、CrWMn、GCr5等。与碳素工具钢相比，硬度相近，耐磨性、耐热性略高，热处理性能较好，主要用于制造低速、手用刀具，如手用丝锥、手用铰刀及硬质合金钻头的刀体等。 3、高速钢 高速钢是一种含Cr、W、Mo、V等合金元素较多的工具钢，与碳素工具钢、合金工具钢相比，硬度有所提高，耐热性显著提高，允许的切
干切削是切削加工的发展方向 就在二十年前，切削液曾是非常便宜，在大多数加工过程的成本中，其所占比例不到3%。以至没有谁会对此多加注意。可是，现在不一样了，切削液在车间生产成本中所占比例上升为15%，这就不得不引起生产经营者的极大关注。 特别是那些含油的切削液已经成为一项很大的支出。更重要的是它的排放污染环境，国外环保部门要监控这些混合制剂的处理。而且，许多国家和地区也把它们划归为危险废物，如果其中含有油和某些合金，还要采取更为严厉的控制措施。再有，许多高速加工工序加了切削液会产生烟雾，环保部门也限制切削液烟雾释放量要在允许范围内，职业安全和职工健康管理部门为了降低切削液烟雾排放允许值，正在考虑一项咨询委员会的建议。其中包括制定比较高的切削液的价格政策。因此，越来越多的厂家开始采用干切，以避免这笔费用和与切削液处理相关连的麻烦。 以前，金属加工行业使用切削液已形成"习惯"，所以推广干式切削的主要障碍是这种习惯势力，他们认为切削液是取得良好加工表面、提高刀具寿命所必须的。也有许多人认为变湿切为干切，费用可能会更高。其实两种看法都不对。对于多数金切件，干切应该是"标准加工环境"。在高速下干车、干铣淬硬材料不仅可能，而且更经济。关键是要知道如何正确地选择刀具、机床和切削方法。尽管切削液在有些场合还是需要的，可是研究表明：由于今天的刀具材料有了很大发展，情况也在不断的变化。新的硬质合金牌号特别是那些涂层牌号，在高速、高温的情况下不用切削液，切削效率更高。事实上，对于间断切削，切削区温度越高，越不适合用切削液。 先来看看铣削，假定切削液能克服高速旋转的铣刀引起的离心力，那它在到达切削区之前也就已经蒸发了，它的冷却效果是很小的甚至没有。而应用切削液刀具会产生温度的激烈变化，铣刀刀片自工件切出时冷却，再切入时温度又上升。尽管在干切削时也有类似的加热和冷却循环产生，但是加了切削液这种温度变化要大得多。温度急剧变化在刀片中产生应力，会导致裂纹的产生。 类似的情况在车削中也会出现，例如用非涂层硬质合金，在速度高于130m/min时，车削中碳钢，刀尖切入工件不到40秒，然后暴露在冷却液中，就能很明显地表现出热冲击的损害。这种热冲击加快了月牙洼磨损和后面磨损，从而大大地缩短刀具寿命。对于大多数车削加工，干切通常能延长刀具寿命。 然而，对于钻削则是另一种情况。钻削时切削液是必要的，因为它提供了润滑和从孔中冲出切屑。没有切削液，切屑可能粘在孔内，并且表面粗糙度平均值(Ra)可能达到湿钻时的两倍。在这种情况下，切屑液也能减少所需的机床扭矩，因为钻头边缘上与孔壁接触的点得到润滑。尽管涂层钻头也能够起到类似切削液的润滑效果，涂层还能减少切削力并能使磨擦阻力趋向最小。从总的效果来看，目前还不能完全代替切削液。用哪种型号的切削液要根据具体情况，润滑性切削液用于低速加工难加工材料以及表面粗糙度要求较高时比较好。而冷却能力较高的切削液，可以增强易切削材料高速加工性能，可以用于有产生积屑瘤倾向或有严格的尺寸公差的情况下。 可是许多时候用了切削液取得了某些效果，但它需要很高的额外费用，也带来非常有害
常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、已加工表面质量和加工成本等，所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要容之一。 1.刀具材料应具备的性能 金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相接触，承受着很大的切削压力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦，产生很高的切削温度，即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此，刀具切削部分材料应具备以下基本性能。 1.1 高的硬度和耐磨性 硬度是刀具材料应具备的基本特性。刀具要从工件上切下切屑，其硬度必须比工件材料的硬度大。 耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。组织中硬质点（碳化物、氮化物等）的硬度越高，数量越多，颗粒越小，分布越均匀，则耐磨性越高。但刀具材料的耐磨性实际上不仅取决于它的硬度，而且也和它的化学成分、强度、纤维组织及摩擦区的温度有关。 1.2 足够的强度和韧性 要使刀具在承受很大压力，以及在切削过程常要出现的冲击和振动的条件下工作，而不产生崩刃和折断，刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。 1.3 高的耐热性 耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。它是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。 1.4 导热性好 刀具材料的导热性越好，切削热越容易从切削区散走，有利于降低切削温度。刀具材料的导热性用热导率表示。热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。
1.5 具有良好的工艺性和经济性 既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理性能、焊接性能等要好，且又要资源丰富，价格低廉。 2.常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、瓷和超硬材料等五大类。常用刀具材料的主要性能及用途见表2-1。
一、刀具分类 刀具材料的种类很多，常用的材料有工具钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料四大类。 1、碳素工具钢 碳素工具钢是指碳的质量分数为0.65％～1.35％的优质高碳钢。用做刀具的牌号一般是T10A和T12A。常温硬度60～64HRC。当切削刃热至200～250℃时，其硬度和耐磨性就会迅速下降，从而丧失切削性能。碳素工具钢多用于制造低速手用工具，如锉刀、手用锯条等。 2、合金工具钢 为了改善碳素工具钢的性能，常在其中加入适量合金元素如锰、铬、钨、硅和钒等，从而形成了合金工具钢。常用牌号有9SiCr、GCrl5、CrWMn等。合金工具钢与碳素工具钢相比，其热处理后的硬度相近，而耐热性和耐磨性略高，热处理性也较好。但与高速钢相比，合金工具钢的切削速度和使用寿命又远不如高速钢，使其应用受到很大的限制。因此，合金工具钢一般仅用于取代碳素工具钢，作一些低速、手动刀具，如手用丝锥、手动铰刀、圆板牙、搓丝板等。 3、高速钢 高速钢是一种含钨、铝、铬、钒等合金元素较多的高合金工具钢。高速钢主要优点是具有高的硬度、强度和耐磨性，且耐热性和淬透性良好，其允许的切削速度是碳素工具钢和合金工具钢的两倍以上。高速钢刃磨后切削刃锋利，故又称之为“锋钢”和“白钢”。高速钢是一种综合性能好、应用范围较广的刀具材料，常用来制造结构复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、铰刀。拉刀、齿轮刀具等。 高速钢按其用途和性能不同，可分普通高速钢和高性能高速钢；按其化学成分不同，又可分为钨系高速钢和钨钼系高速钢。 1) 普通高速钢是指加工一般金属材料用的高速钢。常用牌号有W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。 ① W18Cr4V属钨系高速钢，它具有性能稳定，刃磨及热处理工艺控制方便等优点，但因钨价较高，且使用寿命短故使用较少。 ② W6Mo5Cr4V2属钨钼系高速钢，它的碳化物分布均匀，抗弯强度，冲击韧度和高温塑性都比W18Cr4V好，但磨削工艺略差。因其使用寿命长、价格低，故被广泛使用。 2) 高性能高速钢是在普通高速钢中再加入一些合金元素，以进一步提高它的耐热性、耐磨性。其切削速度可达50～lOOm／min。主要用于不锈钢、耐热钢、高强度钢等难加工材料的切削加工。有高钒高速钢和超硬高速钢等。 ①高矾高速钢(W12Cr4V4Mo)由于钒、碳含量的增加提高了耐磨性，刀具寿命比普通高速钢提高2～4倍，但是随着钒含量的提高使其磨削性能变差。故使用较少。 ②超硬高速钢是为了加工一些难以加工的材料而发展起来的。其常温硬度。高温硬度、耐热性和耐磨性都比普通高速钢高，具有良好的综合性能，可以加工
重型车床刀具及切削用量的选择 1.引言 重型机械加工行业的特点是被加工件的尺寸很大，重量很重（有的可达上百吨），因此重型加工用卧式车床的回转直径可达到6米，立式车床更可达到10余米。与普通切削加工相比，由于重型切削加工具有切削深度大、切削速度低、进给速度慢等特点，因此其加工工艺与普通的机械切削加工工艺有很大不同，这些工艺问题包括刀具的选择、刀具的安装、切削用量的选择以及工件的装夹等各个方面。本文对重型车床切削加工不同加工阶段的特点分别作如下论述。 2.刀具的选择 机械加工中常用的刀具材料主要有高速钢、硬质合金、立方氮化硼（cbn）、陶瓷等。由于重型切削的特点（切削深度大，余量不均，表面有硬化层），刀具在粗加工阶段的磨损形式主要是磨粒磨损。由于切削温度高，尽管切削速度处于积屑瘤发生区，但高温可以使切屑与前刀面的接触部位处于液态，减小了摩擦力，抑制了积屑瘤的生成，所以刀具材料的选择应要求耐磨损、抗冲击，刀具涂层后硬度可达80hrc，具有高的抗氧化性能和抗粘结性能，因而有较高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。硬质合金涂层具有较低的摩擦系数，可降低切削时的切削力及切削温度，可以大大提高刀具耐用度（涂层硬质合金刀片的耐用度至少可提高1倍）等优点，但由于涂层刀片的锋利性、韧性、抗剥落和抗崩刃性能均不及未涂层刀片，故不适用高硬度材料和重载切削的粗加工。陶瓷类刀具硬度高，但抗弯强度低，冲击韧性差，不适用于余量不均的重型切削，cbn刀具同样也存在这个问题。综合以上分析，只有硬质合金刀具适合于重型切削的粗加工。硬质合金分为钨钴类（yg）、钨钴钛类（yt）和碳化钨类（yw）。加工钢料时，由于金属塑性变形大，摩擦剧烈，切削温度高，yg类硬质合金虽然强度和韧性较好，但高温硬度和高温韧性较差，因此在重型切削中很少应用。与之相比，yt类硬质合金刀具适于加工钢料，由于yt类合金具有较高的硬度和耐磨性，尤其是具有高的耐热性，抗粘结扩散能力和抗氧化能力也很好，在加工钢料时刀具磨损较小，刀具耐用度较高，因此yt类硬质合金是重型加工时较常用的刀具材料。然而在低速切削钢料时，由于切削过程不太平稳，yt类合金的韧性较差，容易产生崩刃，而且在加工一些高强度合金材料时，它的耐用度下降很快，无法满足使用要求。如电站用机械产品工作于高温、高压、高转速的环境中，对材料（如26cr2ni4mov、mn18cr18）机械性能的要求非常高；而一些高硬度轧辊，表面硬度在淬火后可达hs90，yt类刀具在加工此类产品时就无法胜任，在这种情况下应选用yw类刀具或细晶粒、超细晶粒合金刀具（如643等）。细晶粒合金的耐磨性好，更适用于加工冷硬铸铁类产品，效率较yw类刀具可提高一倍以上。 精加工阶段同样要求刀具耐磨损，但是精加工阶段的磨损形式是以粘蚀磨损为主，这时的切削速度虽然有了很大提高（可达到40m/r），但由于工件材质等原因，仍然会产生积屑瘤，当积屑瘤增长到一定高度时会从刀具上剥离，将接触部位的刀具材料带走一部分，形成刀具的磨损。同时，剥离的积屑瘤会扎进工件表面，形成硬点，降低加工表面质量。因此，如果精加工时仍然采用普通硬质合金刀具，则刀具磨损非常快，换刀次数增多，不仅影响加工效率，也易在工件表面形成接刀痕迹，影响外观质量。解决这个问题的办法就是改变刀具材料。在实际加工中发现涂层刀具比较适合重型切削的精加工，刀具的涂层减小了切屑与刀面间的摩擦，减少了积屑瘤的发生，降低了刀具的磨损，延长了刀具的寿命。实际加工中，我们采用瓦尔特公司的涂层硬质合金刀片，在加工45cr4nimov支撑辊时，刀具耐用度提高了一倍；但使用陶瓷刀具未达到预期效果，当切削速度达到100m/min时，刀片的磨损显著加快，这是因为陶瓷刀具与金属材料之间由于亲和作用加剧了刀具的磨损。高速钢刀具在精加工阶段得到了广泛的应用，由于高速钢刀具的锋锐性较好，经常用于精加工阶段的光整工序以去除微小余量，目前来看，其它刀具还无法完全取代高速钢刀具的作用。 3.刀具角度的选择
高速钢是加入了钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等合金元素的高合金工具钢。按重量计，钨和钼占10—20％，铬约占4％，钒占1％以上，它们都是强烈的碳化物形成元素，在熔炼与热处理过程中与碳形成了高硬度的碳化物，从而提高了钢的耐磨性。另外，高速铜采用了接近熔点的淬火温度，得到细晶粒的合金化的马氏体组织，它在低温回火(约560℃)时又使合金碳化物析出，从而进一步提高了硬度与耐磨性。在高速钢中，钼和钨的作用基本相同，1％的钼可代替2％的钨。钼并能减少钢中碳化物的不均匀性，细化碳化物晶粒，提高韧性。 另外，在某些高速钢中，为了提高高温硬度，添加钴、铝、硅、铌等元素；为了提高耐磨性，可适当增加含钒量。但是，随着含钒量的增加，可磨削性变差，因此钒的含量不宜超过3％。表2—1、2—2分别列出了主要高速钢的成分和性能。从表中可见，高速钢在600℃时，仍能保持切削加工所要求的硬度，切削中碳钢时，切削速度可0.5m／s(30m／min)左右。 高速钢的强度、韧性和工艺性能均较好，能进行锻造，磨出的切削刃比较锋利，熔炼质量稳定，使用比较可靠。各种刀具都可用高速钢制造；尤其是形状复杂的刀具和小型刀
具，均大量使用着高速钢。目前，高速钢占刀具材料总使用量的60％以上。 按基本化学成分，高速钢可分为钨系、钨钼系和钼钨系。按切削性能分，则有普通高速钢和高性能高速钢。按制造方法分，则有熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。 通高速钢的特点是工艺性好，切削性能可满足一般工程材料的常规加工，常用品种有： 1．W18Cr4V 属钨系高速钢。它的历史悠久，至今尚在普遍使用。其综合机械（力学）性能和可磨削性好，可用以制造包括复杂刀具在内的各类刀具． 2．W6Mo5Cr4V2 属钨铝系高速钢；其碳化物分布的均匀性、韧性和高温塑性均超过W18Cr4V，但是，可磨性比W18Cr4V略差，切削性能则大致相同。国外由于资源关系，已淘汰所谓传谓传统高速钢W18Cr4V而以W6Mo5Cr4V2代替。这一钢种目前我国主要用于热轧刀具（如麻花钻），也可用于制作大尺寸刀具。 3．W14Cr4VMn-RE
高速钢刀具项目 申报材料 规划设计/投资方案/产业运营
摘要 该高速钢刀具项目计划总投资6086.55万元，其中：固定资产投资5047.77万元，占项目总投资的82.93%；流动资金1038.78万元，占项目 总投资的17.07%。 达产年营业收入8391.00万元，总成本费用6686.40万元，税金及附 加111.16万元，利润总额1704.60万元，利税总额2050.88万元，税后净 利润1278.45万元，达产年纳税总额772.43万元；达产年投资利润率 28.01%，投资利税率33.70%，投资回报率21.00%，全部投资回收期6.26年，提供就业职位175个。 提供初步了解项目建设区域范围、面积、工程地质状况、外围基础设 施等条件，对项目建设条件进行分析，提出项目工程建设方案，内容包括：场址选择、总图布置、土建工程、辅助工程、配套公用工程、环境保护工 程及安全卫生、消防工程等。 高速钢又名风钢或锋钢，意思是淬火时即使在空气中冷却也能硬化， 并且很锋利。它是一种成分复杂的合金钢，含有钨、钼、铬、钒等碳化物 形成元素。合金元素总量达10%～25%左右。它在高速切削产生高热的情况 下(约500℃)仍能保持高的硬度，HRC能在60以上。这就是高速钢最主要 的特性“红硬性”。而碳素工具钢经淬火和低温回火后，在室温下虽有很 高的硬度，但当温度高于200℃时，硬度便急剧下降，在500℃硬度已降到 与退火状态相似的程度，完全丧失了切削金属的能力，这就限制了碳素工
具钢制作切削工具用。而高速钢由于红硬性好，弥补了碳素工具钢的致命缺点，可以用来制造切削工具。所以高速钢常用于钻头、丝锥、锯条以及滚刀、插齿刀、拉刀等精密刀具，尤适用于制造复杂的薄刃和耐冲击的金属切削刀具。 报告主要内容：项目总论、背景、必要性分析、市场调研预测、产品规划、选址规划、项目土建工程、项目工艺说明、环保和清洁生产说明、职业安全、风险评价分析、项目节能评价、实施方案、投资方案说明、项目经济效益、综合评估等。
一、高速切削的原始定义1931年，德国切削物理学家萨洛蒙 (Carl.J.Salomon)博士提出了一个假设，即同年申请了德国专利(Machine with high cutting speeds)的所罗门原理： 被加工材料都有一个临界切削速度V0，在切削速度达到临界速度之前，切削温度和刀具磨损随着切削速度增大而增大，当切削速度达到普通切削速度的5～6倍时，切削刃口的温度开始随切削速度增大而降低，刀具磨损随切削速度增大而减小。 切削塑性材料时，传统的加工方式为“重切削”，每一刀切削的排屑量都很大，即吃刀大，但进给速度低，切削力大。 实践证明随着切削速度的提高，切屑形态从带状、片状到碎屑状演化，所需单位切削力在初期呈上升趋势，而后急剧下降，这说明高速切削比常规切削轻快，两者的机理也不同。 二、现代高速切削技术的概念所罗门原理出发点是用传统刀具进行高速度切削，从而提高生产率。 到目前为止，其原理仍未被现代科学研究所证实。 但这一原理的成功应该不只局限于此。 高速切削技术是切削技术的重要发展方向之一，从现代科学技术的角度去确切定义高速切削，目前还没有取得一致，因为它是一个相对概念，不同的加工方式，不同的切削材料有着不同的高速切削速度和加工参数。 这里包含了高速软切削、高速硬切削、高速湿切削和高速干切削等等。 事实上，高速切削技术是一个非常庞大而复杂的系统工程，它涵盖了机床材料的研究及选用技术，机床结构设计和制造技术，高性能CNC控制系统、通讯系统，高速、高效冷却、高精度和大功率主轴系统，高精度快速进给系统，高性能刀具夹持系统，高性能刀具材料、刀具结构设计和制造技术，高效高精度测试测量技术，高速切削机理，高速切削工艺，适合高速加工的编程软件与编程策略等等诸多相关的硬件和软件技术。
刀具的材料及其应具备的性能 刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。使用碳工具钢作为刀具材料时，切削速度只有10m/min左右；20世纪初出现了高速钢刀具材料，切削速度提高到每分钟几十米；30年代出现了硬质合金，切削速度提高到每分钟一百多米至几百米；当前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出现，使切削速度提高到每分钟一千米以上；被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。 一刀具材料应具备的性能 性能优良的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作，应具备如下的基本要求。 高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。 足够的强度与冲击韧性 强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。 高耐热性 耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。 良好的工艺性和经济性 为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵，但其使用寿命很长，在成批大量生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。 二常用刀具材料 常用刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料，目前用得最多的为高速钢和硬质合金。 高速钢 高速钢是一种加人了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃；锻造、热处理变形小，目前在复杂的刀具，如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。高速钢可分为普通高速钢和高性能高速钢。 普通高速钢，如W18Cr4V广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高，切削普通钢料时为40-60m/min。 高性能高速钢，如W12Cr4V4Mo是在普通高速钢中再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素冶炼而成的。它的耐用度为普通高速钢的1.5-3倍。 粉末冶金高速钢是70年代投入市场的一种高速钢，其强度与韧性分别提高30%-40%和80%-90%．耐用度可提高2-3倍。目前我国尚处于试验研究阶段，生产和使用尚少。
熊建武周进陈湘舜 （湖南铁道职业技术学院机电工程系，湖南株洲 412001） 摘要：金刚石是切削有色金属的优选刀具材料。本文阐述了金刚石刀具材料的特性，切削加工铝合金时PCD刀具材料粒度和复合片厚度、几何角度、切削用量的选择。 关键词：金刚石；刀具材料；粒度；切削用量；选择 The Choice of the Material and the Cutting Parameter when Aluminum Alloy Cutted by Diamond Cutting-tools XIONG Jian-wu,ZHOU Jin,CHEN Xiang-shun (Department of Machine and Electricity Enginerring,Hunan Railway Professional-Technology College,Zhuzhou 412001 China) Abstract：Diamond is the best material of cutting-tools to cut nonferrous metals.This paper discussed the specific property of diamond cutting-tools,the choice of the size and thickness of PCD cutting-tools,the choice of degree of cutting-tools and cutting parameter,when the aluminum alloy cutted by diamond cutting-tools. Key words：diamond;material of cutting-tools;size;cutting parameter;choice 1 金刚石刀具材料的特性适合于切削加工铝合金 金刚石的热稳定性比较差，切削温度达到8000C时，其硬度就会大大降低。金刚石刀具不适合于加工钢铁类材料，因为，金刚石与铁有很强的化学亲合力，在高温下铁原子容易与碳原子相互作用使其转化为石墨结构，刀具极容易损坏。金刚石刀具主要适合于加工非金属材料、有色金属及其合金。采用单晶金刚石刀具，在超精密车床上可实现镜面加工。 单晶金刚石刀具是目前超精密切削加工领域中最主要的刀具，其刃口可磨得非常锋利，刃口钝圆半径可达20～30nm，加工工件表面粗糙度极小，可达Ra为0.01μm的镜面水平，且刀具寿命很高，刃磨一次可以使用几百个小时。目前，单晶金刚石刀具广泛应用于加工计算机磁盘基片、录像机磁鼓、激光反射镜、各种天文望远镜、显微镜、光学仪器。 聚晶金刚石（PCD）刀具主要用于加工耐磨有色金属及其合金和非金属材料，与硬质合金刀具相比，能在很长的切削过程中保持锋利刃口和切削效率，使用寿命远远高于硬质合金刀具。PCD刀具应用领域分布为：车削占37.6％、镗削占27.1％、面铣占20％、铰削占14.1％、钻削占1.2％。目前，PCD刀具已经广泛应用于汽车、摩托车、航空航天工业、国防工业中一些难加工的有色金属及其合金零部件的高速精密加工。据统计，在PCD刀具的使用领域中，汽车、摩托车占53%，飞机占10%，木材及塑料加工占26%，其他占11％。
高速切削和干切削技术刀具 为保证高速精密切削时的加工精度和可靠性，刀具装夹到机床主轴上之前须先进行动平衡，以确保加工系统的安全性2010年04月16日<> 为保证高速精密切削时的加工精度和可靠性，刀具装夹到机床主轴上之前须先进行动平衡，以确保加工系统的安全性2010年04月16日 高速切削和干切削已发展成为现代切削加工技术的重要趋势，有力推动着刀具材料和结构，以及刀具装夹结构等先进切削技术的日新月异和推广应用随着数控机床和加工中心等高效设备应用的日渐普及，在航空航天、汽车、高速列车、风电、电子、能源、模具等装备制造业的空前发展推动下，切削加 工已迈入了一个以高速、高效和环保为标志的高速加工发展的新时期—现代切削技术阶段高速切削、干切削和硬切削作为当前切削技术的重要发展趋向，其重要地位和角色日益凸显对这些先进切削技术的应用，不仅令加工效率成倍提高，亦着实推动了产品开发和工艺创新的进程例如，精密模具硬质材料的型腔，采用高转速、小进给量和小吃深加工，既可获得很高的表面质量，又能够省却磨削、EDM和手工抛光或减少相应工序的时间，从而缩短生产工艺流程，提高生产率过去一些企业制作复杂模具时，基本上都需要3~4个月才能交付使用，而现在采用高速切削加工后，半个月便可完成据调查，一般的工模具，有60%的机加工量可用高速加工工艺来实现高速加工时，不但要求刀具可靠性高、切削性能好、能稳定地断屑和卷屑、还要能达成高精度，并能实现快换或自动更换等因此，对刀具材料、刀具结构、以及刀具的装夹都提出了更高要求 对刀具材料的要求 高速加工刀具最突出的要求是，既要有高的硬度和高温硬度，又要有足够的断裂韧性为此，须选用细晶粒硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、聚晶金刚石(PDD)和聚晶立方氮化硼(PDBN)等刀具材料—它们各有特点，适应的工件材料和切削速度范围也都不同例如，高速加工铝、镁、铜等有色金属件，主要采用PDD和DVD金刚石膜涂层刀具高速加工铸件、淬硬钢(50~67HRD)和冷硬铸铁主要用陶瓷刀具和PDBN刀具 上海大众汽车有限公司采用Seco刀具(上海)公司生产的立方氮化硼DBN300刀片面铣刀，在柔性生产线上高速铣削发动机缸体平面(铸件)，切削速度高达1600m/min，进给速度5000mm/min用PDD刀具加工铝合金的切削速度一般为3000-4000m/min，最高更可达7500m/min而用陶瓷和PDBN刀具加工淬硬钢和冷硬铸铁时的切削速度已达200m/min 1. 硬质合金已迈入细晶粒超细晶粒阶段 涂层硬质合金刀具(如TiN、TiD、TiDN、TiBlN等)虽其加工工件材料范围广，但抗氧化温度一般不高，所以通常只宜在400-500m/min的切削速度范围内加工钢铁件对於Inconel 718高温镍基合金可使用陶瓷和PDBN刀具据报道，加拿大学者用SiD晶须增韧陶瓷铣削Inconel 718合金，推荐最佳的切削条件为：切削速度700m/min，吃深为1-2mm，每齿进给量为0.1-0.18mm/z
金属基本原理及刀具习题 一. 填空题 1.普通外圆车刀的刀头是由（ 3 ）个面（2 ）个刃（1 ）个尖组成的。 2.正交平面参考系由3各平面组成，分别是（切削平面）、（基面）、（正交平面）。 3.标注刀具角度时，静止状态所指的三个假设条件分别是：1.（进给速度为零）2.（刀尖 与工件中心线等高）3.（刀杆安装成与工件中心线平行或垂直）。 4.静止状态下定义的刀具角度称为刀具的（标注）角度，它是刀具设计、制造、测量的 依据。 5.组成普通外圆车刀的三个平面应标注的6个独立角度分别是：（γo、αo、κr、λs 、 αoˊ、κrˊ）。 6.在车刀的6各独立角度中，（γo、λs）确定前刀面的方位；（αo、κr）确定后刀面 的方位；确定副后刀面方位的角度是（αoˊ、κrˊ）。 7.在车削多头螺纹或大螺距螺纹时，因（纵向进给量）值较大，则必须考虑由此引起的角 度变化对加工过程的影响。 8.在车床上用切断刀切断时，越到工件中心，刀具的前角越大，后角越（小）。 9.在车床上车外圆时，刀尖相对于工件中心线安装的越高，车削半径越小，车刀的工作后 角就越（小）。 10.按整体结构，车刀可以分为四种：（整体式）、（焊接式）、（机夹式）、（可转位式）。 11.在机床上加工零件时，最常用的刀具材料是（高速钢）、（硬质合金）。 12.积屑瘤是在（中等偏低）切削速度加工（塑性）材料条件下的一个重要物理现象。 13.由于切削变形复杂，用材料力学、弹性、塑性变形理论推倒的计算切削力的理论公式与 实际差距较大，故在实际生产中常用（经验公式）计算切削力的大小。 14.在切削塑性材料时，切削区温度最高点在前刀面上（距离刀尖有一定距离）处。 15.刀具的磨损形态包括（前刀面磨损或月牙洼磨损）、（后刀面磨损）、（边界磨损）。 16.切削用量三要素为（切削速度υC）、（进给量f）、（背吃刀量ap）。 17.切削运动一般由（主运动）和（进给运动）组成。 18.切削层参数包括：（切削厚度）、（切削宽度）、（切削面积）。 二.选择题 单选 1.在正交平面内测量的基面与前刀面的夹角为（A）。 A前角；B后角；C主偏角；D刃倾角； 2.刃倾角是主切削刃与（B ）之间的夹角。 A切削平面；B基面；C主运动方向；D进给方向； 3.背吃刀量是指主刀刃与工件切削表面接触长度（D ）。 A在切削平面的法线方向上测量的值；B在正交平面的法线方向上测量的值； C在基面上的投影值；D在主运动及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的值； 4.切削塑性材料时，切削区温度最高点在（B ）。 A刀尖处；B前刀面上靠近刀刃处；C后刀面上靠近刀尖处；D主刀刃处； 5.车削加工时，车刀的工作前角（D）车刀标注前角。 A大于；B等于；C小于；D有时大于，有时小于； 6.在背吃刀量ap和进给量f一定的条件下，切削厚度与切削宽度的比值取决于（C ）。
技师评审论文 专业：数控车工 浅谈数控加工中刀具选择和切削用量的确定 姓名：刘胜华 班级：074101 学号：07 指导老师：陈兵 单位：江苏省盐城技师学院邮编：224002 2010-3-17
浅谈数控加工中刀具选择和切削用量的确定【摘要】：在切削加工中不仅要确定刀具的几何参数，还需选择切削用量的参数。本文从加工零件的形状入手简单的讨论了数控加工中刀具的选择，从零件的加工质量和刀具的耐用度入手简单的讨论了切削用量的选择。在切削深度A p和进给量F c初步选定后，合理的选择切削速度对切削效率和加工成本也有很大的影响。 【关键词】：数控加工；刀具选择；切削用量等。 无论在普通车床加工还是在数控加工中，刀具选择和切削用量的确定不仅影响加工效率，而且直接影响零件加工精度和表面粗糙度。现在我们使用的许多机械设计与制造软件都提供自动编程功能，只要选择好所用的刀具、切削用量等有关的加工参数，就可以自动生成程序并传输至数控机床完成其加工。这与普通车床的加工形成鲜明的对比，也是最大的不同点。因此，本文在数控编程中必须面对的刀具如何选择和切削如何用量确定问题进行了论述。 一、数控加工常用刀具材料的类型及性能
数控加工刀具必须适应数控机床高速旋转、高效率的特点，还需有较好的工艺性、经济性。工具钢还应具有比较好的热处理工艺性。在选择刀具材料时，很难找到各方面都很好的，因为材料硬度与韧性之间、综合性能和刀具价格之间都是相互制约的。 ㈠、数控刀具的分类有多种方法具体如下。 1、根据结构可分为：整体式、镶嵌式。 2、根据制造刀具所用的材料可分为：高速钢刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具、陶瓷刀具等。 3、从切削工艺上可分为：车削刀具、钻削刀具、铣削刀具等。 各类常用刀具材料的物理力学能如表1： 表1各类常用刀具材料的物理力学性能 材料种类相对 密度 硬度 H R C 抗弯 能力 冲击 韧度 导热 率 耐热 性 切削速度 大体比值 碳素钢7.6-8 .1 60-6 5 2.16-----41.8 7 200- 250 0.32-0.4 合金7.5-760-6 2.35----41.8300-0.48-0.6
第三章 一、选择题 1．31210111下面是关于常用刀具材料硬度的比较，那个选项的论述是正确的（A）A金刚石>CBN>硬质合金>高速钢B金刚石>CBN>高速钢>硬质合金 C金刚石>硬质合金>高速钢>CBN D金刚石>高速钢>硬质合金>CBN 2. 31210122下面属于性质脆、工艺性差的刀具材料是（C） A碳素工具钢 B 合金工具钢 C 金刚石D 硬质合金钢 3. 31210113 目前使用最为广泛的刀具材料是（B） A陶瓷B高速钢和硬质合金 C 碳素工具钢 D CBN 4．31210114 W18Cr4V是：（C） A碳素钢 B 硬质合金钢 C 普通高速钢D 高性能高速钢 5．31210125 W18Cr4V比W6Mo5Cr4V2 好的性能是：（D） A硬度 B 韧性 C 切削性能D可磨性 6．31210116 WC—Co类属于哪一类硬质合金：（A） A YG类 B YT类 C YW类 D YM类 7．31210127 应用于切削一般钢料的硬质合金刀具是（B） A YG类 B YT类 C YW类 D YM类 8．31210128 在加工高温合金（如镍基合金）等难加工材料时，刀具材料可首选：（A） A CBN B 硬质合金 C 金刚石 D 陶瓷 9．31210129 在粗车铸铁时，选用：（B） A YG3 B YG8 C YT5 D YT30 10．3121012A碳素钢、合金钢的连续精加工，应选用：（D） A YG3 B YG8 C YT15 D YT30 11. 3121012B 在连续粗加工、不连续精加工碳素钢时，应选用：(B) A YT5 B YT15 C YT30 D YW2 12．31310121 在数控机床和自动线上，一般采用：（C） A整体式刀具 B 装配式刀具 C 复合式刀具D焊接装配式刀具 13. 32210111 增大前角，下面正确的是：（D） A增大粗糙度 B 增大切削效率 C 切削刃与刀头的强度增大 D 减小切削的变形 14．32210122 对于不同的刀具材料，合理前角（γopt）也不同，硬质合金刀具的γopt （B） 要____ 高速钢刀具的γ opt A大于 B 小于 C 等于 D 都有可能 15 32210113 增大前角可以（B） A减小切削力，导热面积增大B减小切削力，导热面积减小 C增大切削力，导热面积增大D增大切削力，导热面积减小1632210114 下面有关刀具前面的卷屑槽宽度的说法，正确的是：（D） A愈小愈好 B 愈大愈好 C 无所谓 D 根据工件材料和切削用量决定 17 32310111 增大后角（A） A减小摩擦 B 增大摩擦 C 切削刃钝园半径越大 D 刀头强度增强1832310121 加工下面哪种材料时，应该采用较小的后角（C） A工件材料塑性较大B工件材料容易产生加工硬化 C 脆性材料 D 硬而脆的材料