住友电工sumitomo 切削刀具讲座

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1、切削刀具讲座,住友电工硬质合金贸易上海有限公司 2009年5月12日,本次讲座主要内容,一、金属切削原理 二、金属加工的刀具材料 三、车削刀具及刀具几何参数 四、断屑 五、铣削刀具及几个参数 六、钻削刀具及几何参数 七、切削振动的解决方法 八、住友在汽车行业的刀具 九、住友新产品介绍,金属切削原理,所谓切削，就是刀具与被加工材质之间剧烈的撞击与摩擦，使材质剥离母体。 金属材料受刀具作用后,经过 弹性变形弹-塑性变形挤压分离 三阶段,沿刀具前刀面滑出形成切屑 第一变形区：始滑移面OA与终滑移面OE之间的区域,变形量最大。 第二变形区：与前刀面接触的切屑底层的变形区域,靠近前刀面处金属纤维化,基本

2、与前刀面平行。 第三变形区：与已加工表面层内产生的变形区域,产生金属纤维化和加工硬化。,什么叫做切削？,切屑的变形与热,。,热能在工件、切屑及刀具里的分布取决于加工条件，对其影响较大的为切削速度、切削厚度、刀片的几何形状及刀片的磨损程度。 对较高速的切削，大约80%90%的热量被切屑带走。 对工件来讲有三个热源:剪切面、切屑从工件上断裂所做的功;后刀面的摩擦;切屑与前刀面的摩擦。,崩碎切屑：不规则屑片，较低 vc，较大ap/f 加工脆性金属（铸铁）时产生。,由于加工材料和切削条件的不同，产生的切屑主要有三种类型：,节状（挤裂）切屑：上表面锯齿状，下表面光滑的连续切屑，较低 vc，较大ap/f

3、加工中等硬度塑性金属（高碳钢/不锈钢）时产生。,带状切屑：上表面毛茸状，下表面光滑的连续切屑，大0，高vc，小ap/f 加工塑性金属（碳素钢/合金钢）时产生。,切屑的种类,刀具磨损与刀具寿命,（一）刀具磨损：刀具在切削过程中，其前刀面、后刀面上微粒材料被切屑或工件带走的现象，称为刀具磨损。 刀具的主要磨损形态： 后面磨损：机械磨损为主 前面磨损（月牙磨损）：热磨损为主 前后面同时磨损：,大多数情况下刀具前、后刀面都有磨损，后刀面磨损对加工质量影响最大，测量方便，通常以VB来表示刀具磨损程度。,后刀面磨损,前刀面月牙洼磨损,积屑瘤,沟槽磨损,塑性变形,刃口崩损,初期磨损阶段（OA）： 切削时间短

4、磨损快 正常磨损阶段（AB）： 磨损量均匀增长 急剧磨损阶段（BC）： 磨损量急剧增加伴有明显的噪声和振动,磨损过程,所谓材料的被切削性能，就是被切削材料在切削过程中的难易程度,材料的被切削性能,工件材质的特性与切削的关系：,加工硬化: 表面结构可能变形，表面硬度将会增加,加工硬化,不锈钢,铁基 耐热合金,镍基 耐热合金,钴基 耐热合金,影响加工性能的因素,材料篇,韧性（刀具材质的韧性）,耐磨损性（硬度）,耐热性,优,劣,优,劣,涂层,硬质合金,陶瓷,金属陶瓷,超微粒,硬质合金,高速钢,金刚石烧结体,烧结体,开发方向,切削刀具材质种类和位置,制品,检查评价,涂层,研磨,烧结,原料,模压,完粉,

5、干燥造粒,混合,硬质合金制品,涂层制品,約1400，真空中,约1000,硬质材料粉末 WC,TiC,金属粉末 Co,Ni,硬质合金及涂层的制造过程,硬质合金分类及标志,切削刀具用硬质合金根据国际标准ISO分类，把所有牌号分成用颜色标识的六大类，分别以字母P、M、K、N、S 、H表示。分类的主要依据是加工材料的化学元素含量、结构、硬度和导热性能。,每一类中的各个牌号分别给以一个0150之间的数字，表示从最高硬度到最大韧性之间的一系列合金，以供各种被加工材料的不同切削工序及加工条件时选用。根据使用需要，在两个相邻的分类代号之间，可插入一个中间代号，如在P10和P20之间插入P15，K20和K30之

6、间插入K25等，但不能多于一个。,钢用车削材料系列,住友电工类硬质合金（一）,AC700G加工钢件的切削性能,住友电工类硬质合金（二）,AC2000的切削性能,住友电工类硬质合金（三）,AC3000的加工实例,住友电工类硬质合金（四）,推荐切削条件参数,住友电工类硬质合金（五）,住友电工M类硬质合金（一）,推荐切削参数,断屑槽的应用,住友电工M类硬质合金（二）,高速高效的AC610M,住友电工M类硬质合金（三）,用途广泛的AC630M,住友电工M类硬质合金（四）,工件(work):FCD450 切削参数(cutting condition)：V=350m/min, f=0.35mm/rev.,

7、d=1.5mm 刀片(tool)：CNMG120408,铸铁车削用涂层材质 ACE涂层AC410K,采用新开发超级FF涂层，实现耐磨损性2倍以上的提高。 采用超厚膜高强度氧化铝，实现较以往产品1、5倍以上的高速、高效率加工。 通过表面平滑化处理，加工稳定性大幅提高。,100,200,300,切削状态 (Cutting Condition),切削速度 (Cutting speed),(m/min),AC700G,AC2000,适用领域 Application range,切削性能 Performance,切削時間(Cutting time),逃面摩耗幅 (Flank wear),(mm),(mi

8、n),AC410K,他社K10 (competitors K10),AC410K,住友电工K类硬质合金,涂层（一）,常见涂层材料 碳化钛(TiC)高硬度耐磨化合物，有着良好的抗摩擦磨损性能。 氮化钛(TiN)的硬度稍低，但却有较高的化学稳定性，并可大大减少刀具与被加工工件之间的摩擦系数。 碳氮化钛(TiCN)是在单一的TiC晶格中，氮原子(N)占据原来碳原子(C)在点阵中的位置而形成的复合化合物，TiCxNy中碳氮原子的比例有两种比较理想的模式，即TiC0.5N0.5和TiC0.3N0.7。由于TiCN具有 TiC和TiN的综合性能，其硬度(特别是高温硬度)高于 TiC和TiN，因此是一种较理

9、想的刀具镀层材料。 氧化铝(Al2O3)在抗氧化磨损和抗扩散磨损性能上，没有任何材料能与氧化铝相比。但由于氧化铝与基体材料的物理、化学性能相差太大，单一的氧化铝镀层无法制成理想的镀层刀具。 铝氮化钛(TiAlN) 在切削过程中铝氧化而形成Al2O3，从而起到抗氧化和抗扩散磨损作用，但其抗氧化性能比单一的Al2O3镀层稍差，因为TiAlN中形成的Al2O3在切削过程中边生成边磨掉。但在高速切削时，其效果优于不含铝的TiCN镀层。,涂层（三）,在放置基板的空间中供给含有目标膜质构成原子的原料气体，主要以在基体 表面发生化学反应来形成覆膜的方法,在放置基板的空间中供给含有目标膜质构成的固体物质，该物

10、质在物理作用 (加热、喷溅等)下，呈原子、分子、群束状，通过输送至基板表面形成薄膜 的方法,法Chemical Vapor Deposition,法Physical Vapor Deposition,10m,Al2O3,TiCN,特殊专用硬质合金,涂层膜断面照片,CVD方法,化学气相沉积可以定义为一种材料合成方法。这种方法使气相的几种组成成分反应并在一些表面上形成一固体膜。CVD系统中的化学反应可划分为还原、氧化、水解、热解等，是在低压CVD反应器中实现的。沉积反应几乎永远是一种不均匀的多相反应。,特点： 1）10000(C) 涂层温度提高了生产率 2）5-15 微米厚度 3）多涂层,优点：

11、1）涂层强度和附着力好（涂层强度比母材稍低） 2）50%100% 提高了切削速度 3）多至400%地提高了刀具寿命 4）提高了抗热冲击性 5）对母材的形状无限制,PVD方法,物理气相沉积是一种固态的金属反应成分的过程，例如钛。物理气相沉积一般有真空中蒸发沉积、溅射、离子镀三种将固态镀层材料气化的方法。 由于PVD工艺温度低，不会降低硬质合金刀片自身的强度，刀片刃部可磨得十分锋利，从而可降低机床的功率消耗。,特点： 1）牌号的选择覆盖了大多数的应用情况 2）薄的氮化钛TiN涂层，厚度在2 - 4 微米之间（与母材的附着力比CVD差） 3）400(C) 的涂层温度 （不适合内孔的涂层） 4）摩擦系

12、数小,优点： 比非涂层硬质合金刀片的刀具寿命高出15。 刃口锋利 刃口牢固性较好。 比非涂层硬质合金的刀片的切削速度提高100%。 抗月牙洼磨损和积屑瘤,涂层金属陶瓷材料适用范围,住友电工金属陶瓷（一）,T2000Z刀尖磨损的比较,住友电工金属陶瓷（二）,T3000Z的崩刃率比较,住友电工金属陶瓷（三）,CBN刀具基础 1. CBN是什么呢？ CBN是Cubic Boron Nitride的缩写。大家知道金刚石主成分是炭元素吗？CBN是由在化学中两个位置相邻的化学元素硼和氮，以类似于金刚石的构造结合起来的物质。它的硬度仅次于金刚石。与金刚石不同之处在于，这种物质在自然界是不存在的，并且具有耐热

13、等比金刚石更优越的特性。 2. 住友CBN是怎么做成的呢？ 住友CBN是CBN的粉末和特殊的陶瓷混合后，在一千几百度、五万个大气压的高温高压下烧制加固而成的。顺便说一下，这种烧制加固被称为烧结，因此住友CBN也可以称为CBN烧结体。 说起5万个大气压可能一下子想象不出来，其大小几乎等同与地球深层的地幔处的压力。用接近于天然金刚石的形成环境这个说法可以理解吗？ 3. 为什么可以用来切削淬火钢呢？ 说起刀具材料，一般认为其硬度应该是工件材料的4倍。但仅仅硬度是不行的。比如金刚石和铁容易发生化学反应，因此不适合作为切削淬火钢的材料。而住友CBN和铁很难发生化学反应，而且耐热性强的CBN和特殊陶瓷的绝

14、妙组合，不仅仅是硬度，其耐崩损性和耐磨性也实现了最适化，所以用来切削淬火钢并不难。,住友CBN（一）,碳化物,PCD or P-cBN,放电线切割,碳化物,金刚石 or cBN,金刚石 or cBN,原材料,超高压烧结,原料充填,成品,加工,焊接,1350，5.5GPa,住友CBN（二）,CBN的烧结,44,21,陶瓷粘结剂,金属粘结剂,CBN 微粒,硬质合金 冷硬铸铁 铬镍铸铁,耐热合金 灰口铸铁 铁基烧结合金,合金钢 淬火钢 碳素工具钢 轴承钢 模具钢,a) 微粒相互 粘合紧密,b) 靠粘结剂 粘合,CBN 微粒,显微结构,High,CBN content,Low,硬度 (Hv),应用,C

15、BN 微粒,烧结CBN 的特征以及应用,外观结构,住友CBN（三）,住友CBN材料系列种类和用途,住友CBN（四）,硬材料连续切削的应用,涂层CBN,不涂层CBN,住友CBN（五）,连续加工淬火钢 推荐切削参数,住友CBN（六）,BNS800,1000,500,0,切削速度 (m/min),切深 d(mm),1500,2000,进给f(mm/rev),粗加工领域,精加工领域,BN600,BN500,用于灰口铸铁的加工范围,灰口铸铁加工推荐湿式加工，若干式加工中，粗精加工都推荐BNS800,住友CBN（七）,BN700切削特性（铸铁车削）,工件 : FC300（珠光体） 工具 : 2NU-CNGA120408 切削条件 : V=800m/min. =0.13mm/rev. =0.2mm WET,0,0.02,0.04,0.06,0.08,0,20,40,60,80,BN700,BN600,切屑排出量 km,VB磨损量 mm,0.10,（灰口铸铁）, BN700在灰口铸铁的连续切削中可以显示出优异的耐磨损性。,推荐湿式,住友CBN（八）,BN700切削特性（铸铁高速铣削加工）,工件 : FC250（珠光体） 工具 : FMU4100R, SNEW1203ADTR 切削条件 : V=2