铜合金的高速切削.ppt

Ch12 12-1　切削加工用刀具材料 12-1-1　刀具材料必須具備的基本性質 常溫硬度或稱冷硬度 指刀具材料在常溫時的硬度，硬度愈高時，刀具耐磨耗性愈佳。 高溫硬度或稱熱硬度 高溫硬度亦愈高，愈能夠從事於高速切削及重切削。 韌性 衝擊強度愈高，代表其韌性愈佳。 高溫耐氧化性 1000℃以上高溫時，很容易產生氧化反應。 高溫耐擴散性 切屑滑移通過刀具斜面時，很容易因為原子相互擴散而造成凹坑磨耗。 熱傳導係數 切刃損傷大多是切削時所產生的熱量所造成。 12-1-2　主要刀具材料演變及選用原則 新工件材料的陸續開發，工具機剛性的不斷提高；為了配合生產效率，高金屬移除率要求，刀具材料亦不斷地演進。由圖12-3可看出，其演變過程是由碳工具鋼→高速鋼→燒結碳化物→陶瓷→鑽石及CBN。 高碳工具鋼 為含碳量約 0.9～1.5%高碳工具鋼(high carbon tool steel)，經由淬火硬化處理，使其硬度達到HRC60左右。其特性為未硬化處理前加工成形性佳，具有良好韌性，切削時可承受較大衝擊負荷。但缺點則為高溫硬度低，受熱時易於軟化，因此不適合使用於高速及重負荷切削，僅適合使用於軟材料切削及低速切削。車刀已甚少採用此材料製造，高碳工具鋼一般均用於製造鑽頭、銑刀、鋸條及木工刀具等。 合金工具鋼 高碳工具鋼中添加鉻(Cr)、鎢(W)、鉬(Mo)、釩(V)、錳(Mn)等合金元素。可以增加工具鋼之硬化能及回火軟化抵抗；並經由特殊碳化物析出，以增加刀具的耐磨耗性，一般均用於螺絲攻、鋸條、銼刀。 3.　高速鋼 是鎢、鉬、釩、鈷及鉻含量比較多的合金工具鋼，鎢可以提高刀具高溫硬度，增加耐磨耗性，提高切削性能；鉬可以與碳結合，提高刀具韌性；釩可以使麻田散鐵及沃斯田鐵之晶粒微細化，以提高刀具強度及熱硬度；鈷可以使高速鋼具有二次硬化效應，用於高速切削及重切削加工。 高速鋼具有加工容易及韌性特強的優點，因此在工業界仍被大量使用。 燒結碳化物 又稱為超硬合金，係將碳化鎢(WC)、碳化鈦(TiC)及碳化鉭(TaC)等碳化物粉末，以鈷為結合劑，予以混合後，置入模具中加壓成形，然後置於1400℃左右燒結爐中加熱燒結成形。 (1)K類燒結碳化物 為碳化鎢(WC)結合鈷(Co)所形成的單元碳化合物，具有極佳硬度和耐磨耗性，適合使用於會形成不連續切屑的鑄鐵、鑄鋼材料，以及非鐵金屬材料、非金屬材料的切削加工。當切削溫度高達800℃以上時，WC中之C便會分解出來，必須在低速及輕切削狀況使用。 (2)P類燒結碳化物 在K類燒結碳化物中添加碳化鈦(TiC)和碳化鉭(TaC)，以阻止碳在800℃以上高溫時被分解，阻止凹坑磨耗的發生。適合於切削會產生連續切屑的鐵金屬材料。 (3)M類燒結碳化物 將P類碳化物中TiC含量減少而將TaC含量增加，其性質介於P類與K類之間，適合使用於具有長或短切屑鐵金屬材料的切削及非鐵金屬材料的切削。 瓷質合金 硬度像陶瓷(ceramic)而強度像金屬，係TiC或TiN以Ni或Co予以混合、壓製、燒結而成，主要成分為TiC；TiC具有極為優越的高溫耐磨耗性及耐擴散性，但缺點為韌性較差。 其特性為： (1)不管是鋼鐵或鑄鐵皆可以切削。 (2)由於耐擴散性很高，因此可使用於易產生凹坑 磨耗之軟鋼等切削。 (3)由於不容易產生刃口積屑緣(built-up Edge, BUF)，可得到非常良好之加工面。因此可使 用於鋼、鑄鐵之精切削加工。 (4)比超硬合金更適合於高速切削，在相同切削速 度下，其刀具壽命會比超硬合金延長數倍。 瓷質合金不適用之狀況： (1)受到熱衝擊很容易產生裂縫之耐熱合金、 高硬度材料等難削材切削及高進給速率、 大切削深度、斷續切削等。 (2)很容易發生剝離之鑄鐵的黑皮切削及粗切 削。 陶瓷 陶瓷(ceramic)是氧化鋁(Al3O3)或氮化矽(Si3N4)粉末結合其他金屬予以燒結而成的刀具材料，具有極佳熱硬度、高溫化學穩定性，不易與工件材料發生化學反應，非常適合於鑄鐵及硬化鋼材切削。 (1)氧化鋁系陶瓷 硬度約與燒結碳化物材料接近，但彎曲強度僅約為燒結碳化物材料之四分之一左右，再加上熱傳導係數低，受到熱衝擊作用時，很容易發生剝離現象，因此用途受到限制。 為了提高陶瓷材料韌性，在氧化鋁中添加Zr元素或者是TiC，結果不僅韌性提高，耐磨耗性亦跟著提高，因此更適合於鑄鐵高速切削。 (2)氮化矽系陶瓷 以氮化矽(Si3N4)粉末為主，結合部分氧化鋁粉末予以壓製、燒結而成，具有高硬度(HV 2000左右)、低熱膨脹係數(3.2 × 10－6)及極佳熱衝擊阻抗，適合使用於鑄鐵之高速進給切削。 立方晶氮化硼 是將硼(B)和氮(N)的化合物結晶，以陶瓷和鈷為結合材料，在高溫高壓下予以燒結而成的刀具材料。CBN為目前硬度僅次於鑽石的刀具材