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3.2中速铣刀强度计算模型------------17
3.3提高中速铣刀安全性的措施-----------18
3.4切屑形成机理--------------------19
3.5积屑瘤--------------------------20
3.6切削力--------------------------22
3.7切削热--------------------------23
3.8切削温度------------------------23
3.9刀具磨损------------------------24
3.10刀具寿命-----------------------24
3.11切削加工性---------------------24
3.12加工表面质量-------------------25
3.13生产应用----------------------------26
毕业设计总结---------------------27
致谢-----------------------------28
参考文献--------------------------29
前言
高新技术产业是经济发展的时代特征。
当前,随着科学技术的日新月异,有能力发展高新技术的国家和地区均把发展高新技术产业作为国家、地区发展的新的经济增长点。
随着新世纪的到来,我国把发展高新技术产业作为经济发展的重点,在制定的《十五计划纲要》中强调,要抓住机遇,努力发展高新技术产业,要抓住西部大开发和我国即将加入WTO的机遇,立足我市市情,瞄准科技前沿,选择一批符合国家产业政策、市场空间大、技术先进、附加值高、规模效益好、产业关联度高的产品,集中力量,重点扶持。
力争在环保技术、生物医药、新材料、新能源等高新技术领域实现突破金属切削加工过程中刀具与工件之间相互作用和各自的变化规律是一门学科。
在设计机床和刀具﹑制订机器零件的切削工艺及其定额﹑合理地使用刀具和机床以及控制切削过程时﹐都要利用金属切削原理的研究成果﹐使机器零件的加工达到经济﹑优质和高效率的目的。
由于编者水平有限,书中难免存在缺点和不妥之处,敬请有关专家、同行和读者不吝赐教。
第一章高速工具钢简介
1.1形成原理
高速工具钢主要用于制造高效率的切削刀具。
由于其具有红硬性高、耐磨性好、强度高等特性,也用于制造性能要求高的模具、轧辊、高温轴承和高温弹簧等。
高速工具钢经热处理后的使用硬度可达HRC63以上,在600℃左右的工作温度下仍能保持高的硬度,而且其韧性、耐磨性和耐热性均较好。
退火状态的高速工具钢的主要合金元素有钨、钼、铬、钒,还有一些高速工具钢中加入了钴、铝等元素。
这类钢属于高碳高合金莱氏体钢,其主要的组织特征之一是含有大量的碳化物。
铸态高速工具钢中的碳化物是共晶碳化物,经热压力加工后破碎成颗粒状分布在钢中,称为一次碳化物;
从奥氏体和马氏体基体中析出的碳化物称为二次碳化物。
这些碳化物对高速工具钢的性能影响很大,特别是二次碳化物,其对钢的奥氏本晶粒度和二次硬化等性能有很大影响。
碳化物的数量、类型与钢的化学成分有关,而碳化物的颗粒度和分布则与钢的变形量有关。
钨、钼是高速工具钢的主要合金元素,对钢的二次硬化和其他性能起重要作用。
铬对钢的淬透性、抗氧化性和耐磨性起重要作用,对二次硬化也有一定的作用。
钒对钢的二次硬化和耐磨性起重要作用,但降低可磨削性能。
1.2物理性质
高速工具钢的淬火温度很高,接近熔点,其目的是使合金碳化物更多的溶入基体中,使钢具有更好的二次硬化能力。
高速工具钢淬火后硬度升高,此为第一次硬化,但淬火温度越高,则回火后的强度和韧性越低。
淬火后在350℃以下低温回火硬度下降在350℃以上温度回火硬度逐渐提高,至520~580℃范围内回火(化学成分不同,回火温度不同)出现第二次硬度高峰,并超过淬火硬度,此为二次硬化。
这是高速工具钢的重要特性。
高速工具钢除了具有高的硬度、耐磨性、红硬性等使用性能外,还具有一定的热塑性、可磨削性等工艺性能。
1.3应用场合
高速钢主要用来制造中、高速切削刀具,如车刀、铣刀、铰刀、拉刀、麻花钻等。
图1—1
1.4常用高速钢
高速工具钢是一种高碳高合金工具钢,wC=0.70~1.25%,常加入的合金元素有W、Mo、Cr、V等,W、Mo、V是提高热硬性的主要元素,V可形成高硬度的碳化物,显著提高钢的硬度及耐磨性,Cr可提高淬透性。
W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W9Mo3Cr4V为较常用的高速钢,这三个钢号的产量占目前国内生产和使用的95%以上。
表1—1高速工具钢的牌号与性能
中国牌号
习惯名称
相似ISO牌号
淬、回火硬度HRC
抗弯强度MPa
冲击韧性
MJ/m²
600℃下的硬度HRC
W18Cr4V
T1
HS18-0-1
62-65
3430
0.29
50.5
W6Mo5Cr4V2
M2
HS6-5-2
63-66
3500-4000
0.30-0.40
47-48
W6Mo5Cr4V3
M3
HS6-5-3
65-67
3200
0.25
51.7
W9Mo3Cr4V
64-66
4000-4500
0.35-0.40
W6Mo5Cr4V2Co5
HS6-5-2-5
65-66
3000
0.30
54
W10Mo4Cr4V3Co10
HS10-4-3-10
67-69
2350
55.5
W2Mo9Cr4V2Co8
HS2-9-2-8
66-68
2700-3800
0.23-0.35
55
W7Mo4Cr4V2Co5
M41
HS7-4-2-5
2500-3000
W12Cr4VCo5
HS12-0-1-5
54
W6Mo5Cr4V2Al
501钢
66-69
3000-4100
0.25-0.30
55-56
110W1.5Mo9.5Cr4VCo8
M42
67-69
2650-3730
0.23-0.29
55.2
W10Mo4Cr4VAl
5F6钢
68-69
3010
0.20
54.2
1.5热处理
W18Cr4V钢(图1—2)的最终热处理为高温淬火和多次回火。
W18Cr4V钢的淬火温度高达1100~1240℃,淬火冷却后得到马氏体、碳化物和残余奥氏体(20%~30%)。
回火采用560℃三次回火,多次回火的主要目的是消除淬火组织中较多的残余奥氏体,使其转变成马氏体;
三次回火还能使马氏体中析出更多的碳化物,产生二次硬化,提高热硬性。
热处理后高速钢的硬度可达63~65HRC。
图1—2高速工具钢热处理工艺图
材料的加工工艺路线是比较复杂的,根据对工件性能要求的不同,热处理在加工工艺路线中的位置通常有以下三种情况:
a.毛坯→正火(退火)→机械加工→工件成品(一般工件)
b.毛坯→预先热处理(正火、退火或调质)→粗加工→最终热
处理(淬火、回火、化学热处理等)→精加工(要求较高的工件)
c.毛坯→预先热处理→粗加工→淬火、回火或化学热处理→半
精加工→稳定化处理或化学热处理→精加工→稳定化处理→工件
成品(精密工件)
1.6工艺性能指标
工艺性能也是高速钢的重要指标。
首先,要有良好的热
图1-3高速工具钢
塑性,以便充分破碎共晶碳化物和加工成形;
其次,要有低的退火硬度,以便在生产过程中进行冷成形和切削加工。
其他工艺性能如过热不敏感性,脱碳不敏感性,低的淬火变形性,在电阻焊和摩擦焊中与柄部碳钢结合的良好焊接性能等也很重要,尤其是磨削性,对于制造复杂刀具是极其重要的。
保证碳化物充分破碎、细化并均匀分布,历来是高速钢生产工艺和提高质量的关键问题。
为此,高速钢应采用低温浇铸工艺,选择良好锭型,并根据钢材规格选用足够大的压缩比。
中国自1965年以来采用扁锭生产高速钢,其优点为显著加快钢锭凝固速度,从而改善了钢材的碳化物不均匀度和低倍组织。
大尺寸钢材多采用电渣重熔钢锭。
锻造开坯、轧制成材的工艺有利于提高质量。
高速钢的热加工温度、变形量和退火制度,对钢材的热处理性能,尤其是对淬火后的晶粒度有明显的影响,须严加控制。
热加工中如终锻(轧)温度过高,变形量不足或已经过一次淬火,但未经充分退火又进行第二次淬火,会出现特殊闪光的萘状断口,从而显著降低钢的韧性,使刀具脆崩。
近年来还采用快锻液压机开坯、精锻机成材的新工艺。
高速钢需通过特殊的热处理才能获得所需的性能。
一般淬火温度均接近这种钢的熔化温度,例如高钨钢为1270~1290℃,钨钼钢为1210~1240℃,高钼钢为1180~1210℃,一般采用540~560℃回火三次,以得到二次硬化的最佳效果。
对韧性和红硬性有不同要求时,可适当调整淬火温度。
粉末冶金高速钢可保证碳化物细小和均匀分布,对改善高碳高钒高速钢的磨削性、改进热加工性,减少淬火变形以及提供碳化物质量优异的大尺寸钢材确有独特优点;
可以生产出合金含量更高和切削能力较大的高速钢。
近年来高速钢刀具的真空热处理获得广泛应用;
刀具的氧氮化、碳氮氧共渗等表面化学热处理,也正在普遍采用,尤其是化学气相沉积法和物理气相沉积法的发展,可进一步提高刀具的使用寿命。
1.7使用特性
(1)硬度
工具钢制成工具经热处理后具有足够高的硬度,如用于金属切削加工的工具一般在HRC60以上。
工具在高的切削速度和加工硬材料所产生高温的受热条件下,仍能保持高的硬度和良好的红硬性。
碳素工具钢和合金工具钢一般在180℃~250℃、高速工具钢在600℃左右的工作温度下,仍能保持较高的硬度。
红硬性对热变形模具和高速切削刀具用钢是非常重要的性能。
(2)耐磨性
工具钢具有良好的耐磨性,即抵抗磨损的能力。
工具在承受相当大的压力和摩擦力的条件下,仍能保持其形状和尺寸不变。
(3)强度和韧性
工具钢具有一定的强度和韧性,使工具在工作中能够承受负荷、冲击、震动和弯曲等复杂的应力,以保证工具的正常使用。
(4)其他性能
由于各种工具的工作条件不同,工具用钢还具有一些其他性能,如模具用钢还应具有一定的高温力学性能、热疲劳性、导热性和耐磨腐
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