SEI金属切削加工刀具的选用

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1、1金属切削加工刀具的选用日本住友（电工）刀具产品介绍一、住友公司（电工）情况简介“住友”是日本相当著名的大财团。1927 年开始研究硬质合金。1928 年生产出硬质合金 材料，并投入生产。主要在内部企业使用。1948 年开始向市场提其产品。1960 年成立粉末 合金事业部，并陆续在日本本国开出多家工厂。1969 年向韩国输出产品和技术后，又先后 在美、德、英、泰、中（天津）开办刀具生产工厂。住友是世界上最早开始研制 CBN、PCD 刀具材料的公司之一。1982 年曾生产出当时世界上最大的人工合成单晶金刚石。 1991 年硬质合金生产归属住友（电工） 。由此可见，日本住友硬质合金材料的研制和刀具

2、的 制造生产有相当长的历史。住友的硬质合金产品是我司的主要销售产品。我司与住友有良好的合作关系。所以我们 应该熟悉住友产品的构成和在实际使用中的适用情况，以便合理选择，合理使用，充分发挥 住友产品优良品质特点。二、相关基础知识1 切削加工 金属切削加工，是指用刀具从工件表面按人们需要和预先设想，去除多余材料的过 程。在金属切削加工的过程中，始终贯穿着刀具和工件之间的相互运动和相互作用。完 成这个相互运动过程的设备叫金属切削加工机床。2 切削加工的种类切削加工的分类有多种方法。相应机床的分类和命名方法也是名目繁多。我们按产 品选择方便出发，用如下方法来将机床和加工方法进行分类。21 工件回转类机

3、床如果工件作回转运动，刀具在平面（斜面）内作直线移动的分为一类。这一类机 床被叫做车床。车床一般都有一个夹持了工件作回转运动卡盘。能通过人工或通过压缩空气 （或压力油）夹持工件。刀具通常被安装在方型或圆型（有的象个轮子，有的象个小塔）的 刀架上，做出各种复合运动。工作通常是轴类、盘盖类、套类等的回转体，偶尔也有外形奇 形怪状的工件。但它的加工面基本上是回转体：平面、圆柱体、圆球面。22 刀具回转类机床如果刀具作回转运动，则是另外一大类加工形式，机床种类也较多。 1） 如何来区别工件和刀具呢？ 一般地来说，一个工作周期结束，从工作台上取下来，并不 断重复的被工厂在一个物流线上“流动”的那是工件。

4、而一个或若干个工作周期后被取 下来，且比新装的有较明显外观缺陷的那是刀具。 2） 如果机床上有二个（或以上的）在作回转运动。如何来确定分类呢？遇到机床上有二个2（或以上）的物件在作回转运动时，我们首先要确定哪个是工件，然后确定哪个物件的 回转速度高。一般地来说，以转速相对较高的回转运动作为机床加工类型的分类依据。 3） 区分什么东西作回转运动有什么作用呢？因为回转件不同，意味着加工方法（工艺）不 同。使用的刀具也大相径庭。作为金属切削刀具的相关行业，从业人员必须对此有个了 解。工件或刀具作回转运动是大多数机床切削加工的主要形式，因为这是一种高效的加 工形式。这个高速回转运动在金属加工理论上，有

5、一个专用名词主运动。是我们 在进行切削计算时的重要项目 主运动的定义是：使工件与刀具产生相对运动以进行切削的最基本运动。这个运动速度 最高。消耗功率最大，计算公式为V=nd/1000 式中：v主运动速度 回转体称为线速度 米/分钟n转速 转/分钟d回转件计算直径 毫米我们在平常使用时，更多地用到的是根据给定回转直径和线速度可能值计算转 速。此时可用公式：n=1000v/(d) =318.31v/d4） 刀具回转类机床常见的种类主要是钻床、镗床、铣床。钻床仅能作轴向自动进给运动。 其他方向运动只能用手动（有的能自动运动）但不能参与切削运动。正确地说是进给运动以 保证不断地把切削层投入切削。进给运

6、动是辅助运动（相对主运动而言） ，用进给量来衡量 计算单位是毫米/分钟或毫米/转。F分=f转n式中：F分每分钟进给量 毫米/分钟f转每转进给量 毫米/转n 转速（主运动） 转/分钟 进给量切削线速度与刀具的切深构成切削三要素 钻床使用的刀具主要是钻头、铰刀、丝锥、 镗床以精加工孔为主，使用的主要刀具是镗刀，也能使用钻头、铰刀、丝锥和铣刀。 镗床在孔系加工时以轴向运动为主要进给运动。用铣刀加工时才能以其他运动作为进给运动。在数控机床出现后，对各个运动轴的方向和命名有一个明确的规定： 机床主运动的轴为 Z 轴，车床的工件回转轴心，钻床、镗床的钻杆、镗杆中心等。 与 Z 轴相垂直的平面上；在水平面内

7、；主要运动方向为 X 轴。 另一个方向为 Y 轴 刀具远离工件的方向为正方向。相关内容有专门的标准。在此不详细罗列。可查阅有 关资料文献。 铣床主要用铣刀，也能用钻、铰、镗等刀具进行加工。铣床利用各种形状的铣刀配合 在三维空间的复合运动，能加工出各种形状复杂的曲面。铣床有卧式和立式之分。 现代机床中铣床和镗床已不再细分，统称为铣镗类或镗铣类，增加了刀库和自动换刀 机构后，被称为加工中心。23 主运动是直线运动的机床有部分机床的主运动不是回转运动，我们在机床看不到高速回转体。只有直线往复3运动或极慢的回转运动。如插齿机、刨齿机、拉床等。24 其他机床除上面提到的以外，有许多种类的机床。如磨床就是

8、一个相当庞大的机床类型。其 使用的刀具是砂轮、砂带或砂条。锯床还有电加工机床。光，水流加工机床等。3切削加工以外的机械加工 切削加工一般被成为冷加工。且是一种用去除表面材料途径来达到要求的方法。相对 地还有一些其他的加工形式。其中有一部分是采用不去除表面材料的途径来达到改变形状的 要求。如冲压、冷轧、爆炸成型。还有部分是对工件进行加热后改变材料的方法，如铸、锻、 焊等被称为热加工。4工件常用材料工业中用于结构件的材料有成千上万种。其分类和编号方法各个国家都有一套标准， 有必要时，我们可以通过材料对照手册查阅。下面我们仅就最常见的几种材料类型作一简单 介绍其分类。 41 钢 1）碳钢 按材料中平

9、均含碳量的万分之几来称呼。例如 45 钢，则意味着该材料中含碳 量为万分之四十五，即 0.45%。当材料中其他物质含量较高时予以标出，如 45Mn。 碳钢以其含碳量的多少和热处理状态的不同，表面硬度和强度有很大区别。其加工的难 易程度和刀具的选择也有很大不同。2）合金钢 为适合各种不同场合的使用需要在碳钢中加入若干其它元素时叫合金钢。合金 钢的性能较之碳钢有很大提高。致使其加工难度也相应提高，主要影响是刀具的使用寿命。3） 工具钢 热处理后硬度较高，必须选用专门材质的刀具来加工。42 铸铁 1）灰口铸铁 碳以片状游离石墨形式存在的铁碳合金。常用铸造方法得到。强度较低， 脆性较大，耐磨性好。2）

10、合金铸铁 普通灰口铁中加入少量合金元素能大大提高材料的强度和硬度，更能使材 料耐磨性得到提高。这会使刀具寿命降低。3）球量铸铁 用球化剂使铸铁中的片状石墨成为球状石墨，使材料强度接近钢，但又不 失铸铁耐磨性，致使球墨铸铁非常难加工。43 非铁金属亦称有色金属。如铝、镁、镍、钛及其合金，耐热合金等。44 非金属材料如木材、树脂、橡胶、塑料、石墨等。用于工件材料的性能。一般都是用材料的强度、硬度、塑性、韧性四项指标来标定。三、刀具基础知识41 金属切削刀具材料性能要求： 用来作为金属切削刀具材料，应该满足如下要求：11 高硬度和高耐磨性。刀具材料的硬度必须比工件材料的硬度要高才有可能完成金属切削

11、加工的过程。一般都在 HRC60 以上。耐磨性是指材料抵抗磨损的能力。耐磨性高刀具寿命就 相对较长。一般来说，刀具材料越硬，耐磨性也越高。12 足够的强度和韧性 材料的强度用抗弯强度来表示，韧性用冲击韧性来表示。13 耐热性高 耐热性是指刀具材料在切削过程中，受到切削热的影响， 在局部（刀尖） 高温下，保持硬度、耐磨性，强度和韧性的性能，同时也包括刃具材料在高温下抗氧化、粘结、 扩散的性能。因此，耐热性也称热稳定性，是衡量刀具材料性能的主要指标。14 良好的工艺性 工艺性包括刀具材料的冶炼、锻造、焊接、热处理、成型、刃磨和高温 塑性变形性能等。2 金属切削刀具材料的的分类：21 碳素工具钢和合

12、金工具钢 此类材料的特点是造价低廉，仅用于制造一些手用工具。22 高速钢 此类材料的特点是刀具制造工艺性好，适用于制造各种复杂刀具，且造价相对 亦较低廉。 1）普通高速钢 常用品种有钨系高速钢 W18Cr4V；钼系高速钢 W6Mo5Cr4Vz； W14Cr4VMnRe,Re 为稀士元素。2） 高性能高速钢：在普通高速钢基础上调整化学成分配比和添加其他元素，使其适用 于高温合金和高强度钢的加工，主要有以下几种： a)钴高速钢 典型钢种是美国 AISI 钢号的 M40 系列。应用最广的是 110W1.5Mo9.5Cr4VCo8(M42)。 其特点是高温下硬度（红硬性）较高，可用于高温合金，不 锈钢

13、加工。 b)低钴高速钢 在 M42 基础上减少 Co 含量，增加 V 含量并添加 Si 元素，以调整 其性能。其特点是综合性能较好，但可磨性比 M42 差。 c)铝高速钢 是我国研制的无钴高速钢。常见有 5F6 和强化的 B201。性能略低于 M42。 3）粉末冶金高速钢 与炼炼高速钢相比，粉末高速钢韧性大，材质均匀，热处理变形 小，耐用度较高。23 硬质合金 硬质合金是金属碳化物粉末用钴、钼、镍等作粘结剂烧结而成的粉末制品。 红硬性及论用切削线速度远远超过高速钢。目前正被广泛应用于机械加工业。硬质合金一般分 P、K、M 三大类（按 ISO513） 。 1）P 类 主要成分是碳化钨、钴和碳化钛

14、。用于带长切屑的黑色金属钢的切削加工 用刀具。编号为 P01，P10，P20，P30，P40，P50，号码小的材料硬度高，抗磨 性好，使用时线速度也高。一般用于精加工，号码大的材料韧性好，耐冲击，可选5择较大的进给量。一般用于粗加工。处于中间的则用于半精加工。 2） K 类 主要成分是碳化钨和钴。用于短切屑黑色金属铸铁、有色金属和非金属。编号 为 K01，K10，K20，K30，K40 号码与性能关系同上。 3） M 类 主要用于难加工钢。如不锈钢的加工，也用于其他钢或铸铁。24 陶瓷材料 常见有 Al2O3、Al2O3-TiC、Si3N4等系列产品。陶瓷材料的红硬性特别好。但 强度和韧性略差

15、。制造工艺性也较差。可用于高硬度材料的加工。25 人造金刚石 （PCD）是 高温高压下石墨转化而来，是目前为止已知最硬的物质，能用 于硬质合金、陶瓷、高硅铝等高硬度高耐磨材料的加工，又可用于有色金属及其合金、硬橡胶、 石墨等的加工。但不能用于铁族材料。PCD 工艺性差。800C 即会碳化。26 立方氮化硼（CBN） 用类似 PCD 的手段处理氮化硼所得。硬度仅次于 PCD。可耐高 温 1400C，用于淬硬钢、冷硬铸铁、高温合金球量铸铁的加工。3 表面涂层 在刀具材料的基体上，涂上一些高硬度、高耐磨性材料，可使刀具既有韧性（视 基体材料） ，又有硬度（视涂层材料） 。31 常用涂层方法： 常用涂

16、层、方法有 CVD 和 PVD 二种， a)CVD 法 为化学气相沉积法。沉积温度为 1000C，适用于硬质合金刀具材料。 b)PVD 法 为物理气相沉积法， 沉积温度为 500C，适用于高速钢等。33 常用涂层物质： 常见的涂层物质有：碳化钛、氮化钛、碳氮化钛（PVD、CVD 均可） 、 三氧化二铝（CVD 法） 、氮铝化钛（PVD 法）等。碳化钛涂层硬度高，耐磨性好，氮化钛涂层 摩擦系数小，抗月牙洼磨损低。三氧化铝用于高速切削。34 复合涂层 利用纳米技术和薄膜涂层技术，使每层厚度为 1 钠米的某几种物质交替重叠至 2 微米。在住友被称为 ZX 涂层。涂层刀具有很多优点，但涂层后刀具的切削刃口锋利性有一定程度的降低。涂层的 韧性抗崩刃性能均会随涂层的厚度增加而变差。涂层硬质合金不适用于铝、钛及其合金材料。4刀具几何角度 切削用刀具通常由