2016数控加工工艺（主编施晓芳-电子工业出版社）数控刀具.docVIP

第四章 数控刀具 第一节 数控刀具的材料 一、教学目标 1、了解数控刀具的要求与特点。 2、了解常用工具钢的种类。 3、掌握高速钢、硬质合金钢的的特点及应用。 教学重点 掌握高速钢、硬质合金钢的的特点及应用。 教学难点 掌握高速钢、硬质合金钢的的特点及应用。 教学手段、教具 讲述、举例、实物展示 参考课时 2课时 教学过程 一、数控机床刀具的要求与特点 １.要有很高的切削效率。 ２.要有很高的精度和重复定位精度。 ３.要有很高的可靠性和寿命。 ４.实现刀具尺寸的预调和快速换刀，缩短辅助时间提高加工效率。 ５.具有完善的模块式工具系统，储存必要的刀具以适应多品种零件的生产。 ６.建立完备的刀具管理系统 ７.要有在线监控及尺寸补偿系统，监控加工过程中刀具的状态，提高加工可靠度。 二、数控机床刀具材料 目前最常用的刀具材料是高速钢和硬质合金。 1.高速钢 它是一种加入了较多钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。具有较高的热稳定性、高的强度(抗弯强度是硬质合金的2～3倍，为陶瓷的5～6倍) 和韧性（较硬质合金和陶瓷高十几倍）、一定的硬度和耐磨性。容易制造成型，且易磨出锋利的刀刃，常用来制作形状复杂的刀具。 (1)普通高速钢 广泛用于制造各种复杂的刀具，可切削硬度在250～280HBS以下的大部分结构 钢和铸铁材料。按钢中的含钨量不同，可分为钨钢和钨钼钢两类。钨钢的典型牌号有W18Cr4V （简称W18，其综合性能较好，但强度、韧性显得不够，热塑性差）、W18Cr4VMnXt(其碳化物 分布及热塑性较前者要好)，钨钼钢的典型牌号有W6Mo5Cr4V2(简称W6,其热塑性好，适合轧制或扭制钻头，热稳定性低于W18)、W9Mo3Cr4V(简称W9，其力学性能优于上述牌号，具有良好的热塑性)。 高性能高速钢 包括高碳高速钢、高钒高速钢、钴高速钢和超硬度高速钢等，又称高热稳定性能高速钢，其刀具耐用度约为通用性高速钢刀具的1.5～3倍，适合于加工奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工的材料。常见牌号有：W2Mo9Cr4Co8、W6Mo5Cr4V2Al、 W10Mo4Cr4V3Al等。 粉末冶金高速钢 是用高压氩气或纯氮气雾化熔融的高速钢钢水，直接得到细小的高速钢粉 末，然后将这种粉末在高温高压下压制成致密的钢坯，最后将钢坯轧成钢材或刀具形状的一种高速钢。其优点是可得到细小均匀的结晶组织，具有很好的磨削加工性。特别适合制造难加工材料的刀具和大尺寸刀具(如滚刀、插齿刀)，也适合制造精密刀具。 (4)涂层高速钢 在高速钢刀具的基体上，用物理气相沉积方法(PVD)，涂覆耐磨材料薄层，可以大幅度地提高高速钢刀具的使用性能。—般，涂层材料用TiN、TiC等，但多采用TiN。涂层后，刀具表面呈金黄色。涂层厚度为5～10μm。 涂层高速钢刀具约在1980年出现在国际市场。发展极为迅速，20年来，它已在高速钢刀具中占有一定比重。在美国、日本、德国，近一半的齿轮加工刀具及立铣刀、钻头等采用涂层，提高了切削效率，获得了显著的经济效益。我国对涂层高速钢刀具的研究从80年代开始。近十年中，刀具制造行业已从美国、日本引进了近10套PVD涂层设备，已出售各种涂层高速钢刀具产品。在各地区和各部门，拥有数量众多的国内制造的涂层设备，所用的物理气相沉积方法不同，有电弧发生等离子体气相沉积法、等离子枪发射电子束离子镀法、中空阴极枪发射电子束离子镀法、e形枪发射电子束离子镀法等，各有特色和优缺点，涂层产品质量亦有差异，电弧发生等离子体气相沉积法用得最多。 优点 TiN的硬度为HV1800～2000，密度为5.44g/cm2，热导率为29.31W/(m·℃)，线膨胀系数为(9.31～9.39)×10-6/℃。而高速钢基体的硬度仅为HV800～850。故涂层后的高速钢刀具，表面有硬层，耐磨性好，与被加工材料之间的摩擦系数小，基体材料的韧性不降低。实用情况表明，与未涂层的高速钢刀具相比，涂层后高速钢刀具的切削力可降低5～10％，由于涂层材料有热屏障作用，刀具基体切削部分的切削温度也有所降低；工件已加工表面粗糙度减小；刀具使用寿命显著提高。 涂层高速钢刀具可用于车刀、铣刀、钻头、铰刀、丝锥、拉刀、齿轮滚刀和插齿刀，刀具使用寿命有不同程度的提高。涂层高速钢车刀用得较少，其使用寿命的提高也不是最显著的。涂层高速钢麻花钻、立铣刀、丝锥等刀具应用最广，使用寿命提高显著，这些刀具经过重磨，涂层仍起作用。例如，涂层高速钢钻头在涂层后第一次使用时，与未涂层钻头比，使用寿命可提高3倍以上；重磨时已将后刀面的涂层磨掉，但前刀面上尚保留涂层，寿命尚可提高2倍以上；第二次重磨后刀面后，其寿命仍有一定幅度的提高。对于刃磨前刀面的刀具(如涂层齿轮滚刀、插齿刀)，