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1、毕业设计设计题目 高速钢刀具的切削性能、切削原理及制造工艺的研究 学生姓名 学 号 专业班级 机电 指导教师 20 年4 月 22 日高速钢刀具的切削性能、切削原理及制造工艺的研究摘要本文主要论述了高速钢刀具，高速钢刀具是一种高碳且含有大量W、Mo、Cr、V、Co等合金元素的合金刃具钢。高速钢经热处理后，在600以下仍然保持高的硬度可达HRC60以上故可在较高温度条件下保持高速切削能力和高耐磨性。同时具有足够高的强度，并兼有适当的塑性和韧性，这是其他超硬工具材料所无法比拟的。高速钢还具有很高的淬透性中小型刃具甚至在空气中冷却也能淬透，故有风钢之称。同碳素刃具钢和合金刀具钢相比，高速钢的切削速度
2、可提高24倍，刃具寿命提高815倍。因此高速钢广泛用于制造尺寸大、切削速度高、负荷重、工作温度高的各种机加工刃具，如车刀、锉刀、铣刀、刨刀、拉刀、钻头等。此外还可应用在模具及一些特殊轴承方面。总之现代工具材料高速钢刀具仍占材料总量的65而产值则占70左右所以高速钢自问世以来经百年使用而不衰。高速钢刀具是一种比普通刀具要坚韧，更容易切割的刀具，是一种新产品。在机械制造中用于切削加工。本篇论文介绍了高速钢刀具的常用刀具材料、切削性能、切削原理、加工工艺及热处理工艺，从而更好的理解高速钢刀具在机械行业中的的重要地位。关键词:高速钢；刀具；材料；切削性能；切削力；工艺；热处理高速钢刀具的切削性能、切削
3、原理及制造工艺的研究目 录摘要2前言4第一章 常用高速钢刀具材料51.1刀具的性能及刀具材料的选择51.2 性能高速钢71.3 普通高速钢8第二章 高速钢刀具的切削原理及控制102.1 切削的形成过程102.2 积屑瘤的形成及其对切削过程的影响102.3 切削的类型与控制132.4 切削力13第三章 铸造高速钢刀具的生产工艺163.1 铸造高速钢刀具的生产工艺163.2 铸造刀具的性能183.3 铸造高速钢组织和性能的改善18第四章 高速钢刀具热处理工艺204.1 合金元素在高速钢中的作用204.2 高速钢的退火204.3 高速钢淬火214.4 高速钢的回火234.5 高速钢的其他热处理方法2
4、44.6 高速钢不同热加工状态的金相组织25结论27总结28致谢29参考文献30前言高速钢是高碳高合金钢，具有很高的性能，在热处理之后其硬度可高达6370HRc，是特殊钢中硬度最高的钢种。该钢种不仅硬度很高，并有良好的耐热性、耐磨性和韧性等性能，因此成为重要的刀具材料。高速钢刀具的销售额约占全部刀具销售总额的45左右，对制造业的发展起着重要的作用。除了用做刀具之外，高速钢还被用于制造高档模具、高温轴承、轧辊等，一些对于硬度要求很高、特别耐磨的机械零件也非高速钢莫属，例如柴油机油泵油嘴偶件中的针阀、空调机中的模块等。在特殊钢领域中，高速钢占有独特的地位。高速钢的主要合金元素有钨、钼、铬和钒等，其
5、中的钨、钼和钒在地球上的储量有限，都属于贵重稀缺元素，因此高速钢的成本比较高，附加值也高。我国的高速钢生产经历了从无到有的发展过程，特别是在上世纪80年代，在“六五”和“七五”攻关之后，国产高速钢的钢种、品种和规格都在增加，质量大幅度提高，国产钢替代了大部分进口钢，当时为国家节约了大量宝贵的外汇。到1989年我国高速钢产量达到了当时的历史最高，为33350t。在这一阶段，我国的高速钢都是由大连、重庆、抚顺和上钢五厂等国营特钢厂生产的。进入90年代以后，由于受经济宏观调控和企业产品结构调整的影响，这些钢厂的高速钢产量逐渐下降，进入低谷。在这种情况下，我国的高速钢生产将如何面向市场发展，这是当时面
6、临的急需解决的问题。 然而有问题就会有机遇，抓住机遇就能得到发展。江苏天工工具有限公司等民营企业抓住了这个机遇，克服了重重困难，开始从无到有生产高速钢，使天工公司等成为了从高速钢到高速钢深加工工具产品生产一体化的新型企业。到90年代末期，在仅仅几年的时间里，以天工为代表的民营企业已占据了我国高速钢生产的半壁江山。进入21世纪之后，民营企业的发展更加迅猛，高速钢产量快速增长，同时技术改造和技术进步的步伐加快，形成了我国高速钢发展的新特征。第一章 常用高速钢刀具材料高速钢是含有大量W、Mo、Cr、V及Co的高碳高合金钢。高速钢成分大致范围如下C 0.7一1.65、W 0一12、Mo 010、约Cr
7、 4%、V 15及Co 0%12%等元素的高合金钢，热处理后具有高热硬性，高速钢中也往往含有其它合金元素如Al、Nb、Ti、Si及稀土元素、总量小于2。当切削温度高达600以上时，硬度仍无明显下降，用其制造的刀具切削速度可达每分钟60米以上，而得其名。 11 刀具的性能以及刀具材料的选择1.刀具材料应具备的性能金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切削相接触，承受很大的切削压力和冲击，并受到工件及切削的剧烈摩擦，产生很高的切削温度。即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此，刀具切削部分材料应具备以下基本性能：1）硬度高 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度。一般要求刀具材
8、料的常温硬度必须为HRC62以上。表1-1 常用车刀的形式及代号2）耐磨性和耐热性好刀具在切削时承受着剧烈的摩擦，因此刀具材料应具有较高的耐磨性。刀具材料的耐磨性和耐热性有着密切的关系，其耐热性通常用它在高温下保持高硬度的能力来衡量（热型性）。耐热性越好，允许的切削速度越高。3）导热性好刀具材料的导热性用热导率表示。热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。4）足够的强度和韧性刀具切削部分的材料在切削是承受着很大的切削力和冲击力，因此刀具材料必须要有足够的强度和韧性。5）具有良好的工艺性和经济性既要求刀具材料本身的可切削性、耐磨性能、热处理性
9、能、焊接性能等要好，且要资源丰富，价格低廉。2.常用刀具材料选择普通高速钢W6Mo5Cr4V2（简称M2）属钼系高速钢，碳化物分布均匀性、韧性和高温塑性均超过W18Cr4V，但其磨削性能较差。1图1-1 常用的硬质合金刀片形状常用的硬质合金刀片形状碳素工具钢T8A钢为共析钢，淬火加热时容易过热，变形也大，塑性及强度比较低，不宜制造承受冲击较大的工具，但热处理后，具有较高的硬度与耐磨性。冷作模具钢Cr12MoV高碳、高铬类型莱氏体冷作模具钢，具有良好的淬透性，截面在300400mm以下仍可完全淬透，且具有很高的耐磨性。淬火时体积变化小。其含碳量比Cr12钢低得多，并加入了少量的钼、钒、因此钢的热
10、加工性、冲击韧性和碳化物分布都得到了明显的改善。冷作模具钢Cr12Mo1V1 主要特征：高碳、高铬类型莱氏体冷作模具钢，不特殊要求时钴不作为必加成分。由于钼和钒比Cr12Mo1V钢高一些，进一步细化钢的组织和晶粒，提高钢的淬透性、强度和韧性，使该钢的综合性能均比Cr12MoV钢好。图1-2 刀具的组成部分.刀面.刀头-切削部分刀刃.刀尖.刀杆-用于装夹.前刀面Ar 切屑流出时经过的刀面.后刀面Aa 与加工表面相对的刀面.副后刀面Aa 与已加工表面相对的刀面所以一般车刀材料大部分选择高速钢作为刀具制作的首选1.2 性能高速钢高性能高速钢具有更好的硬度和热硬性，这是通过改变高速钢的化学成分，提高性
11、能而发展起来的新品种。它具有更高的硬度、热硬性，切削温度达摄氏650度时，硬度仍可保持在60HRC 以上。耐用性为普通高速钢的1.5-3倍，适用于制造加工高温合金、不锈钢、钛合金、高强度钢等难加工材料的刀具。主要品种有3种，分别为高炭系高速钢、高钒系高速钢、含钴系高速钢。表1-2 常见高速钢的性能比较类型牌号常温硬度HRC抗弯强度(GPa）冲击韧性（MJ/m）高温硬度（600）普通高速钢W18Cr4V63662.943.330.1760.34448.5W6Mo4Cr4V263663.343.920.2940.39248高性能高速钢W10Mo4Cr4V3Al67693.13.50.20.2854
12、W2Mo9Cr4VCo867692.653.720.2250.29455W6Mo5Cr4V2Al67692.843.820.2250.29455W12Cr4V4Mo65673.3160.245521.高碳系高速钢牌号为9w18Cr4V，因含碳量高（0.9%），故硬度、耐磨性及热硬性都比较好。用其制造的刀具在切削不锈钢、耐热合金等难加工材料时，寿命显著提高，但其抗弯强度为3000MPa，冲击韧性较低，热处理工艺要求严格。2.高钒系高速钢 M3牌号有 W12Cr4V4Mo 及 W6Mo5Cr4V3美国牌号 M3，含钒量达3-4%，使耐磨性大大提高，但随之带来的是可磨性变差。高钒系高速钢的使用及发展还需要依赖于磨削工艺及砂轮技术的发展。3.钴高速钢牌号有 W2Mo9Cr4VCo8(美国牌号 M42)。其特点为：含钒量不高1%，含钴量高8%，钴能促使碳化物在淬火加热时更多地溶解在基体内，利用高的基体硬度来提高耐磨性。这种高速钢硬度、热硬性、耐磨性及可磨性都很好。热处理硬度可达67-70HRC，但也有采取特殊热处理方法，
