发布时间 : 星期三 文章1、金属切削机床与原理与刀具讲稿 - 图文更新完毕开始阅读
机械制造工程2-1教案 天津职业技术师范大学机械制造教研室 霍文国
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机械制造工程2-1教案 天津职业技术师范大学机械制造教研室 霍文国
1 金属切削的基本要素
课 次 章节 教学目的 第7、8次 学时 4 课 型 理论课 1 金属切削的基本要素 1.5 刀具材料 了解刀具材料应具备的性能； 掌握刀具材料的种类及各种刀具材料的性能； 能够合理选用刀具材料并正确使用。 教学 刀具材料应具备的性能及高速钢、硬质合金的性能与选用 重 点 教学 本课题难点为在不同条件下刀具材料的合理选择 难 点 教学 讲授法、问答法 方 法 授 课 班 级 1.5常用刀具材料
1刀具材料应具备的性能
1.高硬度
刀具材料的硬度必须高于被切工件的硬度，常温硬度必须在HRC62以上。 2.高耐磨性
刀具在切削时承受着剧烈摩擦，因此刀具材料应具有较强的耐磨性，它取决于材料本身的硬度、化学成分和金相组织。
3.足够的强度和韧度
刀具切削时要承受很大的压力、冲击和振动，刀具材料必须具有足够的抗弯强度σb和冲击韧度αK。
4.高耐热性 指在高温下保持材料硬度的性能，用高温硬度或红硬性表示。耐热性越好，允许的切削速度越高。因此它是衡量刀具材料性能的重要指标。
5.具有良好的工艺性和经济性 即要求刀具材料本身的可切削性能、磨削性能、热处理性能、焊接性能等要好，且又要资源丰富，价格低廉。
刀具材料的种类：有工具钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料四大类，其主要物理力学性能 见表2-1。
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教 具 挂 图 授 课 日 期 机械制造工程2-1教案 天津职业技术师范大学机械制造教研室 霍文国 表1 各类刀具材料的物理力学性能 材料种类 密度ρ /g/cm3 硬度HRC 冲击韧度 导热系数耐热性 抗弯强度 切削速度 αK / K /[W / / （HRA） σbb/GPa 大致比值 [HV] (MJ / m2) （m·K）] ℃ - - ～- ～41.87 ～41.87 200～0.32～0.4 250 300～0.48～0.6 400 工 合金工具60～65 2.35 具 7.7～7.9 钢 (81.2～84) 钢 63～70 1.96高速钢 8.0～8.8 (83～86.6) 4.41 钨钴类 14.315.3 ～～(89～91.5) (89～92.5) (～92) 1.082.16 0.8821.37 ～1.47 碳素工具60～65 2.16 7.6～7.8 钢 (81.2～84) 16.75～600～1～1.2 25.1 700 ～75.487.9 ～20.962.8 ～～800 900 3.2～4.8 4～4.8 ～0.0980.588 ～0.0190.059 9.35硬 钨钛钴类 13.2 质 合 含有碳化- 金 钽、铌类 0.0029～- 0.0068 ～- - 1000～6～10 1100 1100 1200 6～10 8～12 碳化钛基0.785.56～6.3 (92～93.3) 1.08 类 氧化铝陶瓷 0.44～- 0.686 氧化铝碳3.6～4.7 (91～95) 陶0.71化物混合0.88 瓷 陶瓷 氮化硅陶3.26 瓷 超 硬 材 料 立方氮化3.443.49 硼 人造金刚3.473.56 石 [5000] 0.7350.53 4.19～～0.0049～ 20.93 1100 0.0117 ～- - - 37.68 75.55 146.54 1300 6～10 - ～[8000～～0.294 9000] ～[1000] 0.210.48 ～1400～- 1500 700～～25 800 2 刀具材料
刀具材料种类很多，常用的有工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。 1)高速钢
高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。 特点：
1）强度高，抗弯强度为硬质合金的2～3倍； 2）韧性高，比硬质合金高几十倍；
3）硬度HRc63以上，且有较好的耐热性； 4）可加工性好，热处理变形较小。
应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。 加工材料范围广泛，如钢、铁和有色金属等。
高速钢按化学成分可分为钨系、钼系（含Mo的质量分数2%以上）；按切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢。 普通高速钢
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指用来加工一般工程材料的高速钢，常用的牌号有：
(1)W18Cr4V 属钨系高速钢，具有较好的切削性能，使用最为普遍。
(2)W6Mo5Cr4V2 属钨钼系高速钢、碳化物分布均匀性、韧性和高温塑性均超过W18Cr4V，但磨削性能较差，目前主要用于热轧刀具，如麻花钻等。
(3)W9Mo3Cr4V 它是国内新近使用的一种高速钢，综合性能好，刀具耐用度有所提高，可代替W6Mo5Cr4V2使用。
普通高速钢具有一定的硬度和耐磨性，较高的强度和韧性，较好的塑性，可制造各种刀具，尤其是复杂刀具。 高性能高速钢
在普通高速钢内增加C、V的含量和添加Co、Al等合金元素就得到高性能高速钢。它可进一步提高耐热性和耐磨性。
(1)钴高速钢（W2Mo9Cr4VCo8）具有良好的综合性能，加入钴可提高它的高温硬度，在600℃时硬度为HRC55，故允许的切削速度较高，有一定韧性，可磨削性好，加工耐磨合金钢、不锈钢时，刀具耐用度明显提高。但钴含量较多成本较贵。
(2)铝高速钢（W6Mo5Cr4V2Al、W10Mo4Cr4V3Al）加入了少量的铝不但提高了钢的耐热性和耐磨性，而且还能防止含碳量高引起的强度和韧性下降。加工HRC30~40的调质钢时，刀具耐用度提高3~4倍，但磨削性能差，热处理温度控制困难。
(3).粉末冶金高速钢 将高频感应炉熔炼的钢液用高压惰性气体（如氩气）雾化成粉末，再经冷压或热压（同时烧结）制成刀坯或钢坯，最后经轧制成锻制成材。优点是韧性、硬度较高，可磨削性能好，材质均匀，热处理变形小，质量稳定可靠，故刀具耐用度高，可切削各种难加工材料，特别适宜制造精密刀具和复杂刀具。粉末冶金化，表面处理及涂层等
常用高速钢牌号及其应用范围 普通高速钢
W18Cr4V: 广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等
W6Mo5Cr4V2: 用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等 W14Cr4VmnRe: 用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等 高性能高速钢
高碳——95W18 Cr4V：用于制造对韧性要求不高，但对耐磨性要求较高的刀具 高矾——W12Cr4V4 Mo：用于制造形状简单，对耐磨性要求较高的刀具 超硬——①W6Mo5Cr4V2Al：用于制造复杂刀具和难加工材料用的刀具
②W10Mo4Cr4V3Al：耐磨性好，用于制造加工高强度耐热钢的刀具
③W6Mo5Cr4V5SiNbAl：用于制造形状简单的刀具，如加工铁基高温合金的钻头 ④W12Cr4V3 Mo3Co5Si：耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢的刀具
⑤W2Mo9Cr4VCo8（M42）：用作难加工材料的刀具，因其磨削性好可作复杂刀具，价格昂贵 2) 硬质合金
金属碳化物(WC、TiC、TaC、 NbC等)＋金属粘接剂 (Co、Ni等) 高压成形后，高温烧结而成。
硬度、耐热性、耐磨性很高，切削速度远高于高速钢 抗弯强度低、脆性大，抗冲击振动性能差
分类：
YG (K) 类 YT (P)类 YW (M)类 短切屑黑色金属 加工长切屑的 钢材、铸铁等 有色金属非金属 黑色金属 有色金属非金属
WC+ Co WC+ TiC+ Co WC+ TiC+ TaC+ Co
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