数控刀具材料的选用PPT推荐.ppt

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刀具材料应能适应难加工材料和新型材料加工的需要。

1.3金刚石刀具1.3.1金刚石刀具的种类（p73）1.3.2金刚石刀具的性能特点极高的硬度和耐磨性。

天然金刚石显微硬度达10000HV，是自然界已经发现的最硬物质。

天然金刚石的耐磨性为硬质合金的80120倍，人造金刚石的耐磨性为硬质合金的6080倍。

加工高硬度材料时，金刚石刀具的寿命为硬质合金刀具的10100倍，甚至高达几百倍。

各向异性。

其前后刀面的选择是设计单晶金刚石的关键。

很低的摩擦系数。

金刚石与一些有色金属之间的摩擦系数比其他刀具都低，通常在0.10.3之间，摩擦系数低，导致加工时变形小，可减小切削力。

切削刃非常锋利。

切削刃钝圆半径一般可达0.10.5。

天然单晶金刚石刀具可高达0.0020.008。

因此，天然金刚石刀具能进行超薄切削和超精密加工，称“镜面切削”。

具有很高的导热性能。

金刚石的导热系数为硬质合金的1.59倍，为铜的26倍。

故刀具切削部分温度低。

具有较低的热膨胀系数。

金刚石的热膨胀系数比硬质合金小几倍，约为高速钢的1/10。

这对尺寸精度要求很高的精密和超精密加工来说尤为重要。

（p74）（p82）1.4.1CBN刀具的种类单晶CBN多晶CBN1.4立方氮化硼（CBN）刀具（p86）1.4.2CBN刀具的主要性能特点CBN的硬度略次于金刚石，但却远远高于其他高硬度材料。

CBN的突出优点是热稳定性比金刚石高得多，化学惰性大。

高的硬度和耐磨性。

具有与金刚石相近的硬度和强度，在切削耐磨材料时其耐磨性为硬质合金刀具的50倍，可实现“以车代磨”。

具有很高的热稳定性。

CBN在1370以上由立方晶体变为六方晶体而开始软化。

优良的化学稳定性。

具有较好的热导性。

具有较低的摩擦系数。

1.5陶瓷刀具1.5.1陶瓷刀具材料的种类国内外应用最为广泛的陶瓷刀具材料大多数为复相陶瓷，采取不同的增韧补强机制来进行设计，其中以氧化铝基和氮化硅基陶瓷刀具材料应用最为广泛。

（P93）1.5.2陶瓷刀具的性能特点硬度高、耐磨性能好。

减少换刀次数。

“以车代磨”。

适合于高速切削和硬切削。

耐高温、耐热性好。

可以干切削。

化学稳定性好摩擦系数低原料丰富1.6涂层刀具1.6.1涂层刀具的种类化学气相沉积（CVD）涂层刀具物理气相沉积（PVD）涂层刀具1.6.2涂层刀具的特点力学和切削性能好。

切削速度高。

通用性强。

涂层厚度。

重磨性差。

适于刚性高的数控机床。

涂层材料。

不同涂层材料的刀具，切削性能不一样。

低速切削时，TiC涂层占有优势；

高速切削时，TiN较合适。

1.7硬质合金刀具1.7.1硬质合金刀具的种类按晶粒大小区分，分为普通硬质合金、细晶粒硬质合金和超细晶粒硬质合金。

按主要化学成分区分，分为碳化钨基硬质合金和碳（氮）化钛基硬质合金。

1.7.2硬质合金刀具的性能特点高硬度。

其硬度达8993HRA，远高于高速钢。

抗弯强度和韧性。

9001500MPa。

金属粘结相含量越高，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1/301/8。

导热系数。

WC-TiC-Co合金导热系数比WC-Co合金低，并随着TiC含量的增加而下降。

热膨胀系数。

硬质合金的热膨胀系数比高速钢小得多，WC-TiC-Co合金的线膨胀系数大于WC-Co合金，并随着TiC含量的增加而加大。

抗冷焊性。

硬质合金与钢发生冷焊的温度高于高速钢。

1.8高速钢刀具1.8.1高速钢刀具的种类和特点按用途不同，分为通用型高速钢和高性能高速钢。

按制造工艺不同，分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。

高速钢具有高的综合力学性能，能满足通用切削刀具的要求。

易于磨出锋利的切削刃，对机床专项要求不高。

1.8.2通用型高速钢刀具通用型高速钢约占高速钢总产量的7580。

一般可分钨钢、钨钼钢两类。

通用型高速钢具有一定的硬度（6366HRC）和耐磨性、高的强度和韧性、良好的塑性和加工工艺性，广泛用于制造各种复杂刀具。

典型牌号有W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2（M2）。

1.8.3高性能高速钢刀具高碳高速钢（如95W18Cr4V）高钒高速钢（如W12Cr4V4Mo）钴高速钢（如W2Mo9Cr4VCo8）铝高速钢（W6Mo5Cr4V2Al）1.8.4粉末冶金高速钢刀具的特点没有碳化物偏析的缺陷。

碳化物晶粒细小均匀。

在化学成分相同的条件下，与熔炼高速钢相比，粉末冶金高速钢的常温硬度能提高11.5HRC，热处理后硬度可达6770HRC，耐磨性比熔炼钢提高2030。

可磨削性能较好由于物理力学性能各向同性，可减小热处理变形和应力。

第二部分第二部分数控刀具材料的选用数控刀具材料的选用2.1数控刀具材料的选用原则2.2金刚石刀具材料的选用2.3立方氮化硼刀具材料的选用2.4陶瓷刀具材料的选用2.5涂层刀具材料的选用2.6硬质合金刀具材料的选用2.7高速钢刀具材料的选用2.1数控刀具材料的选用原则2.1.1切削刀具材料与加工对象的力学性能匹配主要是指刀具与工件材料的强度、韧性和硬度等力学性能参数要相匹配。

具有不同力学性能的刀具材料所适合加工的工件材料有所不同。

刀具材料的硬度：

金刚石刀具立方氮化硼刀具陶瓷刀具硬质合金高速钢。

刀具材料的抗弯强度：

高速钢硬质合金陶瓷刀具金刚石和立方氮化硼刀具。

刀具材料的断裂韧度：

高速钢硬质合金立方氮化硼、金刚石和陶瓷刀具。

高硬度的工件材料，必须用更高硬度的刀具来加工。

（p135）2.1.2切削刀具材料与加工对象的物理性能匹配主要是指刀具与工件材料的熔点、弹性模量、导热系数、热膨胀系数、抗热冲击性能等物理性能参数要相匹配。

加工导热性差的工件时，应采用导热较好的刀具材料，以使切削热得以迅速传出而降低切削温度。

由于导热系数及热扩散速率高，切削热容易散出，故刀具切削温度低。

2.1.3切削刀具材料与加工对象的化学性能匹配刀具的磨损是机械磨损和化学磨损综合作用的结果。

机械磨损主要表现为磨料磨损，化学磨损主要是指高温下的刀具材料的组分与工件材料发生的化学反应、化学溶解以及刀具和工件间元素的扩散等。

切削刀具材料与加工对象的化学性能匹配问题主要是指刀具材料与工件材料化学亲和性、化学反应、扩散和溶解等化学性能参数要相匹配。

2.1.4数控刀具材料的合理选择一般而言，PCBN、陶瓷刀具、涂层硬质合金及TiC（N）基硬质合金刀具适合于钢铁等黑色金属的数控加工；

而PCD刀具适合于对Al、Mg、Cu等有色金属材料及其合金和非金属材料的加工。

（p139）2.2金刚石刀具材料的选用2.2.1金刚石刀具适合加工的工件材料金刚石主要适合加工非金属材料、有色金属及其合金。

金刚石的热稳定性比较差，切削温度达到800时，就会失去其硬度。

金刚石刀具不适合加工钢铁类材料，因为，金刚石与铁有很强的化学亲和力，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。

采用单晶金刚石刀具，在超精密车床上可实现镜面加工。

（p140）2.2.2PCD刀具粒度的选择PCD刀具的性能主要与金刚石粒度有关。

PCD刀片粒度大致可分为3类，即粗粒度（2050um）、中粒度（1020um）和细粒度（0.510um）。

通常粗粒度PCD中金刚石含量较高，耐磨性好，但用该类材料制成的刀具刃口总有微小崩刃，难以制作高精度刀具。

细粒度PCD制成的刀具刃口锋利性好、形状精度高，但耐磨性不如粗粒度PCD，多用于精加工场合。

中粒度PCD刀具介于两者之间。

2.2.3金刚石刀具应用实例加工有色金属及其合金。

木工刀具，如PCD圆锯片和铣刀是PCD刀具在木工工业的主要应用方向，CVD金刚石以其高耐磨性，在木工刀具方面也广受欢迎。

加工非金属复合材料。

金刚石薄膜涂层刀具适合于加工非铁基金属和非金属材料。

（p151）PCD木工刀具和YG类硬质合金刀具经济性对比（p154）金刚石薄膜涂层刀具适宜和不适宜加工的材料2.2.4金刚石刀具的刃磨PCD刀具的硬度一般在45008000HV之间，其刃磨问题是PCD刀具成功应用的关键。

目前有两种常用刃磨方法：

金刚石砂轮刃磨法。

电蚀刃磨法。

电蚀刃磨是将工件（PCD刀具）和电蚀轮形成正负电极，通过正负电极间放电，达到去除PCD的效果。

金刚石刀具的刃磨一般采用树脂、陶瓷和金属结合剂的金刚石砂轮。

在满足刀具刃口加工质量的前提下，应选择较粗粒度的砂轮。

2.3立方氮化硼刀具材料的选用2.3.1立方氮化硼刀具对数控机床和被加工零件的要求由于PCBN刀具的脆性大于硬质合金，因此，使用时对机床的工艺系统有较高的要求。

首先要求机床主轴偏摆要小、刀架及整个加工系统刚性要高，而且要求机床的振动小。

PCBN刀具多用于加工淬硬钢和高硬铸铁等难加工材料。

2.3.2立方氮化硼刀具适合加工的工件材料PCBN刀具有高硬度（仅次于金刚石）、良好的热硬性、抗氧化性等优点。

非常适合于干式切削、硬态和高速切削加工工艺，并能加工金刚石刀具所不能加工的黑色金属材料，特别适合数控设备及自动化生产线的使用。

PCBN刀具适合加工的工件材料有：

硬度在45HRC以上的淬硬钢和耐磨铸铁、35HRC以上的耐热合金以及30HRC以下而其它刀片很难加工的珠光体灰口铸铁。

PCBN刀具既能胜任淬硬钢、轴承钢、高速钢、工具钢、冷硬铸铁的高速半精车和精车，又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其它难加工材料的切削加工。

被加工材料的硬度越高越能体现PCBN刀具的优越性。

目前，60的PCBN刀具用于汽车制造业，包括用于汽车发动机箱体、刹车盘、传动轴、气缸孔、发动机进出气阀座等；

20的PCBN刀具用于重型设备、喷焊材料的切削加工。

据日本切削液和切削技术学会统计，按加工工序来分，PCBN刀具用于车削占60、镗削占32.5、铣削占7.5。

按被加工材料来分，用于加工淬火钢的占65、铸铁占28、耐热钢占7，PCBN刀片还运用到加工灰铸铁的高速切削领域，PCBN不适合加工较软（45HRC）的黑色金属材料。

2.3.3PCBN刀具CBN含量、CBN粒度和结合剂的选择对PCBN刀具性能影响最大的因素有：

CBN含量、CBN粒径和结合剂。

CBN的含量对PCBN刀具性能的影响PCBN的硬度主要取决于CBN的含量，CBN含量主要影响PCBN的硬度和热导率，PCBN刀具寿命与CBN含量并非呈线性关系，采用陶瓷刀具PCBN刀具均可切削硬度达60HRC以上的工件材料，实现“以车代磨”。

CBN的晶粒尺寸对PCBN刀具性能的影响CBN晶粒大小影响PCBN刀具的强度和抗破损性能。

细晶粒可使晶粒的界面积增加，提高烧结强度和抗裂纹扩展的能力，CBN晶粒尺寸越小，PCBN刀具的抗破损能力越强，刀具切削刃锋利性越好。

小颗粒的CBN晶粒能提供较大的反应表面积，产生诱发转变和晶体外延生长，得到显微结构完全致密的PCBN。

PCBN的结合剂