《金属切削原理》第2章刀具材料(精校版本)

I 切削原理部分第1章刀具几何角度及切削要素1、切削加工必备三个条件：刀具与工件之间要有相对运动；刀具具有适当的几何参数，即切削角度；刀具材料具有一定的切削性能2、切削运动：刀具与工件间的相对运动，即表面成形运动。

分为主运动和进给运动。

1）主运动是刀具与工件之间最主要的相对运动，消耗功率最大，速度最高。

有且仅有一个。

运动形式：旋转运动（车削、镗削的主轴运动）直线运动（刨削、拉削的刀具运动）运动主体：工件（车削）；刀具（铣削）。

2）进给运动：使新切削层不断投入切削，使切削工作得以继续下去的运动。

进给运动的速度一般较低，功率也较少。

其数量可以是一个，也可以是多个。

可以是连续进行的，也可以是断续进行的。

可以是工件完成的，也可以是刀具完成的。

运动形式：连续运动：如车削；间歇运动：如刨削。

一个运动，如钻削；多个运动，如车削时的纵向与横向进给运动；没有进给运动，如拉削。

运动主体：工件，如铣削、磨削；刀具，如车削、钻削。

3、切削用量切削用量是指切削速度c v 、进给量f （或进给速度）和背吃刀量p a 。

三者又称为切削用量三要素。

1）切削速度c v （m／s 或m／min）：切削刃选定点相对于工件的主运动速度称为切削速度。

主运动为旋转运动时，切削速度由下式确定1000dn v c π=式中：d-工件或刀具的最大直（mm）n-工件或刀具的转速(r/s 或r/min)2）进给量f：工件或刀具转一周（或每往复一次），两者在进给运动方向上的相对位移量称为进给量，其单位是mm／r（或mm／双行程）。

3）背吃刀量p a （切削深度mm）2m w p d d a -=式中:w d -工件上待加工表面直径（mm）；m d -工件上已加工表面直径（mm）。

4、工件表面：切削过程中，工件上有三个不断变化的表面待加工表面：工件上即将被切除的表面。

过渡表面：正被切削的表面。

下一切削行程将被切除。

己加工表面：切削后形成的新表面。

5、刀具上承担切削工作的部分称为刀具的削部分，刀具切削部分由一尖二刃三面组成。

第二章刀具材料第一节刀具材料应具备的性能刀具的工作条件：高压、高温、强烈摩擦、振动、冲击、热冲击一、刀具材料应具备的性能1、 高硬度和耐磨性硬度》62HRC耐磨性与硬度、化学成分、强度、显微组织、摩擦区温度有关2、 足够的强度和韧性 动静载荷下变形小、不崩刃折断3、高耐热性高温下保持耐磨性、硬度、化学成分、强度、韧性的能力（高温硬度表示）一般以高温硬度表示4、 良好的热物理性能和耐热冲击性能 导热系数热膨胀系数5、 良好的工艺性&经济性二、刀具材料的分类第二节工具钢一、 碳素工具钢含碳量〜％的优质高碳钢T7A T8A T10A T12A工艺性好可热处理 耐磨性好淬火硬度可达HRC5〜64 价格低耐热性差250〜300 C 硬度下降（马氏体分解）碳化物分布不均匀 透性差 v 5 〜10m/mi n锉刀、丝锥、锯条、板牙等低速手动工具二、 合金工具钢高碳钢中加入合金元素（Si 、Cr 、W 、Mn 、V ）总量不超过3〜5%9SiCrCrWM n CrMn CrW5 9Mn2V 提高韧性、耐磨性、耐热性 耐热性 325〜400 C10〜15m/min 工具钢 碳素工具钢合金工具钢咼速钢 硬质合金陶瓷超硬材料人造金刚石 立方氮化硼淬火变形大淬丝锥、板牙、铰刀、搓丝板等低速机用工具三、高速钢（白钢、锋钢、风钢）含有较多合金元素（W、Cr、Mo、V 等）的高合金工具钢HRC63〜67500 〜650 C强度高工艺性好高性能HSS 高耐热性HSSS碳HSS 9W6Mo5Cr4V2（提高耐热、耐磨）高钒HSS W6Mo5Cr4V3钴HSS W2Mo9Cr4VCo8 超硬HSS 铝HSSW6Mo5Cr4V2Al粉末冶金HSS（可加大含碳量、细小均匀结晶组织、磨加工性好、物理力学性能高度各向同性、减小淬火变形、碳化物不易剥落）四、合金元素的作用W、Fe Cr、V与C形成化合物提高耐磨性W 溶于基体，增加高温硬度Mo作用同W （1% Mo = 2% W）并可细化碳化物，提高韧性Co、Al、Si、Nb （铌）提高高温硬度V 提高耐磨性（不宜超过3 %）第三节硬质合金一、组成及特点1 、组成高硬度、高熔点的重金属碳化物（WC、TiC、TaC钽、NbC铌）粉末和金属结合剂（Co、Ni）粉末冶金而成2、特点高硬度HRA89〜91强度韧性低高耐热性800〜1000C热稳定性好v是HSS的4〜10倍二、影响硬质合金性能的因素金属碳化物的种类、性能、数量、粒度、结合剂数量1 、种类和性能硬度TiO WC> TaC熔点TaC> TiC> WC强度WC> TiC> TaC导热WC> TiC> TaC2、数量、粒度、结合剂数量碳化物T-硬度T强度J结合剂T-硬度J强度T粒度J-结合剂层厚度J-硬度T强度J3、碳化物分布均匀T防止热应力和机械冲击产生裂纹Ta—碳化物颗粒细化分布均匀三、种类及牌号1、W C基类（常用）1 ）钨钴类WC－CoYG 数字为Co 含量YG3 YG6 YG8硬度；强度T2）钨钛钴类WC－TiC－CoYT 数字为TiC含量YT5 YT15 YT30硬度T强度J3）钨钴钽（铌）类WC－TaC（NbC）－Co YGAYG6A4）钨钛钴钽（铌）类WC－TiC－TaC（NbC）－Co YW 通用硬质合金YW1 YW22、TiC基类TiC—NiMoYN 钢件精加工YN10 YN053、钢结硬质合金TiC或WC 30〜40%HSS 70 〜60%粉末冶金性能介于HSS与丫之间可锻造、热处理、切削加工、制作复杂刀具四、性能特点1 、硬度、强度Co T-硬度J强度T韧性TCo相同硬度YT> YG强度韧性YG> YT硬度细晶粒>粗晶粒强度细晶粒V粗晶粒含TaC（ NbC）一硬度T强度T2、导热系数YG> YT （因WC> TiC）YG: Co t-#热系数JYT: TiC t—导热系数J3、线膨胀系数YT> YGTiC t—线膨胀系数t第四节 涂层刀具一、材料TiC （灰）：硬度高、耐磨性好、线膨胀系数与基体相近，粘结牢固TiN （金）：硬度稍低、结合稍差、摩擦系数小、抗粘结磨损AI2O3 （亮白）：类刚玉结构，高硬度，高耐磨，高温稳定TiAlN （灰蓝）：AI 含量小于50%，高温AI 渗出，形成耐高温氧化膜AITiN （灰蓝）：AI 含量超过50%TiCN （灰蓝）：金刚石（暗灰）：高硬度，高耐磨，高温不稳定MoS2 （黑灰）：高耐热性，极低摩擦系数WC/C （深灰）：中耐热性，极低摩擦系数AICrN :良好的抗氧化性和热硬度目前商业应用的还有 TiB2、CrSiN ZrN 、CrN 、TiAICN TiN-AIN 、CNx 和NbN 等材料、分类1、 层数分类 单涂层 多涂层2、 厚度分类 微米级涂层 纳米级涂层3、材料性质分类 硬涂层：在韧性较好的刀具材料上涂敷高性能的难熔金属化合物，改善材料性能 软涂层：主要成分为具有低摩擦系数的固体润滑材料，如： MoS2、WC/C 、WS2、BN 、CaF2 和TaS2等。