重庆大学 先进制造技术_第三章_高速加工技术.ppt

高速加工刀具－硬质合金刀具 硬质合金刀具应用的最为广泛，发展很快。 硬质合金刀具有良好的综合切削性能，用于高速切削刀具的硬质合金材料主要是质量优良的细颗粒、超细颗粒的材料结构，其强度可达到3000N/mm2～24000N/mm2，红硬性可达到800℃-900℃。 由于采用先进的成形工艺、烧结技术、纳米技术、超细技术，硬质合金刀具近几年不断涌现出新的牌号，使硬质合金刀具更具有切削的针对性。 高速加工刀具－硬质合金刀具涂层 涂层材料: TiN、TiCN、TiAlCN、 TiAlN 高速加工刀具－陶瓷刀具 陶瓷刀具有氧化铝基Al2O3和氮化硅基Si3N4两大类，红硬性可达到1100℃-1200℃， 切削速度可达到800m/min。 主要应用于铸铁零件的加工，如汽车制造业中发动机气缸体缸孔、制动毂、轮毂的粗加工、半精加工和精加工。 金属陶瓷刀具是以TiC为基体,添加TiN或TiCN为主要成份，使其抗弯强度提高，具有耐磨损性、耐热裂纹性好等优点，其红硬性可达到900℃-1100℃。 金属陶瓷与钢的亲和力小，可满足高速、高精度加工的要求。 主要用于钢和铸铁工件的半精加工和精加工。 高速加工刀具－金属陶瓷刀具 立方氮化硼（CBN）、聚晶立方氮化硼(PCBN)，其硬度可达3500～4500HV，红硬性可达到1400℃ ～1500℃，在1000多度的高温下仍能保持其硬度和良好的切削性能，切削速度达到800～2000m/min，主轴转速达到8000～12000r/min。 主要用于发动机缸体等铸铁类零件和气门阀座等粉末冶金零件的半精和精加工序中。 CBN刀具还可用于加工淬硬工件，实现以车代磨。 高速加工刀具－立方氮化硼刀具 较高的硬度和耐磨性 PCBN硬度3000-5000。切削耐磨材料时，其耐磨性为硬质合金刀具的50倍，涂层硬质合金刀具的30倍，陶瓷刀具的25倍。 高的热稳定性 热稳定性明显优于金刚石刀具 ◆ PCBN切削性能 5000 4000 3000 2000 1000 0 硬度/HV 0 200 400 600 800 1000 温度/℃ BN100 BN20 陶瓷 硬质合金 PCBN刀具高温硬度 高速加工刀具－聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具 良好的化学稳定性 1200-1300℃与铁系材料不发生化学反应；2000 ℃才与碳发生化学反应；对各种材料粘结、扩散作用比硬质合金小的多。化学稳定性优于金刚石刀具，特别适合加工钢铁材料。 良好的导热性 PCBN导热性仅次于金刚石，导热系数为1300W/m·℃，是硬质合金的20倍，陶瓷的37倍，且随温度升高而增加。这一特性使PCBN刀具刀尖处温度降低，减少刀具磨损，提高加工精度。 较低的摩擦系数 PCBN与不同材料间的摩擦系数为0.1-0.3（硬质合金为0.4-0.6），且随切削速度的提高而减小。这一特性使切削变形和切削力减小，加工表面质量提高。 高速加工刀具－聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具 ◆ PCBN刀具应用 加工HRC45以上的硬质材料 例如各种淬硬钢（工具钢、合金钢、模具钢、轴承钢等），铸铁（钒钛铸铁、冷硬铸铁、高磷铸铁等），高温合金，硬质合金，粉末金属表面喷涂（焊）材料等。 高速加工刀具－聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具 有天然金刚石，聚晶金刚石（PCD），人工合成单晶金刚石，金刚石涂层。 金刚石刀具其硬度可达6000～10000HV，切削速度可达到8000m/min，红硬性可达到700℃～800℃，加工铝制工件及有色金属时寿命极高。 高速加工刀具－金刚石刀具 刀具材料种类 合金 高速钢 硬质合金 陶瓷 天然 聚晶金刚石 聚晶立方氮 工具钢 W18Cr4V YG6 Si3N4 金刚石 PCD 化硼 PCBN 材料性能 硬度 HRC65 HRC66 HRA90 HRA93 HV10000 HV7500 HV4000 抗弯强度 2.4GPa 3.2GPa 1.45GPa 0.8GPa 0.3GPa 2.8GPa 1.5GPa 导热系数 40-50 20-30 70-100 30-40 146.5 100-120 40-100 热稳定性 350℃ 620 ℃ 1000