现代刀具材料与切削加工技术-27~52W(最新整理)
刀具磨削知识点总结大全
刀具磨削知识点总结大全刀具磨削是指利用磨削工具对刀具进行表面加工的一种工艺，目的是完善刀具的表面质量和精度，使刀具能够更好地满足加工要求。
刀具磨削是一项重要的加工工艺，对刀具的磨削质量要求非常高，因此需要掌握一定的磨削知识和技巧。
本文将从刀具材料、磨削工艺、磨削设备和磨削技术等方面进行总结。
一、刀具材料1. 高速钢高速钢是一种具有高硬度、高强度和高耐磨性的优质刀具材料。
它在切削加工中能够保持良好的刀具刚度和耐磨性能，因此被广泛应用于各种加工领域。
2. 硬质合金硬质合金是一种由钨钴碳等金属粉末经过真空烧结制成的材料，具有硬度高、耐磨性好等特点，常用于加工硬质材料的刀具制造，如铣刀、钻头等。
3. 陶瓷刀具陶瓷刀具是一种新型刀具材料，具有硬度高、耐磨性好、耐高温等特点，广泛应用于高速切削、精密加工等领域。
4. 超硬刀具超硬刀具是一种由金刚石、立方氮化硼等超硬材料制成的刀具，具有超高硬度、耐磨性能强的特点，适用于加工硬质材料。
二、磨削工艺1. 粗磨粗磨是指对刀具进行初步磨削，以将刀具的表面粗糙度降低到一定要求。
2. 精磨精磨是指对刀具进行精细磨削，以获得更好的表面质量和更高的精度要求。
3. 抛光抛光是指采用研磨膏等抛光材料对刀具进行磨削处理，以提高刀具的表面光洁度和亮度。
4. 硬化硬化是指对刀具表面进行热处理或表面改性，以增强刀具的硬度和耐磨性。
5. 镀层镀层是指在刀具表面涂覆一层金属或非金属材料，以提高刀具的表面硬度和耐磨性。
三、磨削设备1. 刀具磨床刀具磨床是专门用于刀具磨削加工的机床，具有磨削精度高、工作效率高等特点，能够满足各种刀具的磨削要求。
2. 精密磨削机精密磨削机是一种高精度、高速度的磨削设备，适用于对高精度刀具的磨削加工。
3. CNC磨削机CNC磨削机是一种采用数控技术的磨削设备，具有自动化程度高、加工精度高等特点，能够满足各种复杂刀具的磨削要求。
四、磨削技术1. 磨削参数磨削参数是指影响磨削加工质量和效率的各种工艺参数，如磨削速度、进给量、切削深度等。
目前常用的切削刀具的材料
目前常用的切削刀具的材料
切削刀具是机械加工中不可或缺的一种工具，广泛应用于机床加工、模具加工、数控
加工等领域。
根据不同的工件材料和加工工艺，切削刀具的材料也存在多种选择。
目前常
用的切削刀具的材料有以下几种。
1.高速钢
高速钢是一种高合金的不锈钢，主要组成成分为碳素、钨、钒、铬、锰等元素。
由于
高速钢具有良好的热稳定性和耐磨性，因此被广泛应用于各种机械加工领域，如车削、铣削、钻削、刨削等。
高速钢刀具的优点是成本低、加工效率高，但脆性大，容易发生断裂。
2.硬质合金
硬质合金是由钨、钴、铁等金属粉末按一定比例混合，经加压、烧结而成。
硬质合金
具有高硬度、高强度、良好的耐磨性和抗腐蚀等特点，因此被广泛应用于切削领域。
硬质
合金刀具的优点是硬度高、耐磨性好，但成本较高。
3.陶瓷
陶瓷刀具是指由氧化铝、氮化硅等陶瓷材料制成的刀具。
陶瓷刀具具有高硬度、高耐
磨性、耐高温等特点，被广泛应用于高硬度材料如铸铁、钢铁等的加工中。
陶瓷刀具的优
点是切削自锐性好、耐磨性强、耐高温，但成本高，易破碎。
4.CBN
5.PCD
PCD是聚晶金刚石的简称，由人造金刚石微晶粉末，与金属粉末经高温高压处理而成。
PCD刀具具有高硬度、高耐磨性、良好的导热性和稳定性等特点，在加工铸铁、铝合金、
钛合金等材料中效果较好。
PCD刀具的优点是硬度高、耐磨性好，但成本较高。
总之，随着工艺的不断发展，切削刀具的材料也不断有新的材料涌现，未来的切削刀
具将更加科技化和高效化。
铣削不同材料的切削参数
合金铣刀 2(3刃) 3(3刃) 4(4刃) 5(4刃) 6(4刃) 45# 8(4刃) 10(4刃) 12(4刃) 16(4刃) 可转位铣刀 63R6(5刃) 0.60d0 0.8 237 1200 2500 0.4 0.5d0 0.5d0 0.5d0 0.5d0 0.75d0 0.75d0 0.75d0 0.75d0 0.75d0 0.1 0.2 0.3 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1 19 24.5 30 35 38 45 50 57 60 3000 2600 2400 2200 2000 1800 1600 1500 1200 300 400 600 600 800 1000 1000 1200 1200 0.033 0.053 0.063 0.07 0.1 0.14 0.15 0.2 0.25 0.5d0 0.5d0 0.5d0 0.75d0 0.75d0 0.75d0 0.75d0 0.75d0 0.75d0 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.1 0.1 0.1 0.1 1 1.5 2 2.5 3 4 5 6 8 25 33 38 39 47 50 63 68 75 4000 3500 3000 2500 2500 2000 2000 1800 1500 300 400 400 500 500 500 600 720 600 0.025 0.04 0.033 0.05 0.05 0.06 0.075 0.1 0.1
刀径 加工材料 d0(mm) 4(4刃) 5(4刃) 6(4刃) 8(4刃) 10(4刃) 不锈钢 12(4刃) 16(4刃) 10R5(2刃) 6R3(2刃) 可转位铣刀 22R0.8(2刃)山特 0.75d0 20R5(2刃)山特 0.70d0 2.5 0.5 3 138 200 160 2000 3200 1600 600 1500 400 0.15 0.23 0.125 0.2 0.15 0.15 160 3000 1500 0.25 aw(mm) ap(mm) V(m/min) S(r/min) 0.5d0 0.5d0 0.75d0 0.75d0 0.75d0 0.75d0 0.75d0 0.5 0.8 1 1.5 2 2.5 3 38 39 38 38 47 45 50 3000 2500 2000 1500 1500 1200 1000 F(mm/min) 300 400 400 420 420 480 420 Fz(mm/z) 0.025 0.04 0.05 0.07 0.07 0.1 0.1 aw(mm) 0.5d0 0.75d0 0.75d0 0.75d0 0.75d0 0.75d0 0.75d0 0.2 0.2 粗铣（根据设备选择转速） 侧壁余量 (mm) 0.05 0.05 0.05 0.1 0.1 0.1 0.1 0.15 0.1 精铣A（根据具体要求可进行适当调整） ap(mm) 2 2.5 3 4 5 6 8 0.15 0.1 V(m/min) S(r/min) 38 39 47 50 56 56 75 94 57 3000 2500 2500 2000 1800 1500 1500 3000 3000 F(mm/min) 300 400 400 400 420 400 400 1500 1500 Fz(mm/z) 0.025 0.04 0.04 0.05 0.06 0.07 0.07 0.25 0.25
刀具材质及加工参数
二、金刚石（C）
应用：目前主要用于磨具及磨料，可用于加工硬质合 金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度、高耐磨的材 料，可用于加工硬质合金、陶瓷等硬度达65～70HRC的 材料。也可用于加工高硬度的非金属材料，如石材、压缩 木材、玻璃等，还可加工有色金属，如铝硅合金材料以及 复合难加工材料的精加工或超精加工。
二、高性能高速钢
在通用型高速钢的基础上再增加一些含碳量、 含钒量及添 加钴、铝等合金元素。 按其耐热性， 又称高热稳定性高速 钢。在630～650℃时仍可保持HRC 60的硬度，具有更好 的切削性能，耐用度较通用型高速钢高1.3～3倍。
适合于加工高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。
典 型 牌 号 有 高 碳 高 速 钢 9W18Cr4V 、 高 钒 高 速 钢 W6Mo5Cr4V3、 钴高速钢W6MoCr4V2Co8、 超硬高速 钢W2Mo9Cr4VCo8等。
涂层硬质合金一般采用化学气相沉积法，沉积温度在 1000℃左右；涂层高速钢刀具一般采用物理气相沉积法， 沉 积温度在500℃左右。
常用的涂层材料有TiC、TiN、Al2O3等。 涂 层 厚 度 ： 硬 质 合 金 为 4 ～ 5 μm ， 表 层 硬 度 可 达 HV2500～4200； 高速钢为2 μm， 表层硬度可达HRC 80。
适用于制造精密刀具、大尺寸(滚刀、插齿刀)刀具、复杂成形 刀具、拉刀等
2.3 硬质合金
一、硬质合金的特点
硬质合金由难熔金属碳化物(如WC、 TiC)和金属粘结剂(如 Co)经粉末冶金法制成。
特点：硬质合金的硬度、耐磨性、 耐热性都很高。 硬度可达 HRA 89～93，在800～1000℃还能承担切削， 耐用度较高 速钢高几十倍。当耐用度相同时，切削速度可提高4～10倍。 强度和韧性小于高速钢，仅为0.9～1.5 GPa(90～150 kgf／ mm)、工艺性差，切削时不能承受大的振动和冲击负荷。适于 制造高速切削刀具。大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造；
现代切削刀具材料性能及应用课件
如立方氮化硼（CBN）、聚晶金刚石（PCD）等，提高加工效 率与降低成本。
应用新型涂层技术
如纳米涂层、梯度涂层等，提高刀具性能与降低成本。
开发新型刀具结构
如复合刀具、可转位刀片等，提高加工效率与降低成本。
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现代切削刀具材料性能及应用课件
contents
目录
• 切削刀具材料概述 • 硬质合金刀具材料 • 陶瓷刀具材料 • 超硬刀具材料 • 其他刀具材料 • 切削刀具材料的应用选择与优化建议
01
切削刀具材料概述
刀具材料的定义与分类
刀具材料定义
指用于制造切削刀具、钻头、铣 刀等工具的金属和非金属合加工韧性材料 。
03
陶瓷刀具材料
陶瓷刀具的成分与性能
01
成分
陶瓷刀具主要由氧化铝、氧化锆、 碳化硅等无机非金属材料组成。
耐磨性
陶瓷刀具具有较好的耐磨性，可长 时间使用。
03
02
硬度
陶瓷刀具具有很高的硬度，可与金 刚石相媲美。
耐热性
陶瓷刀具具有较好的耐热性，可在 高温下保持优良的性能。
刀具材料分类
根据成分和用途，刀具材料可分 为高速钢、硬质合金、陶瓷、立 方氮化硼等。
刀具材料的重要性与性能要求
刀具材料的重要性
在机械加工中，刀具材料直接影响切 削效率、加工质量和刀具寿命。
刀具材料的性能要求
包括高硬度、高耐磨性、高耐热性、 高强度和良好的工艺性能等。
现代切削刀具材料的现状与发展趋势
通过表面涂层技术提高刀具性能
提高刀具表面硬度
01
采用TiN、TiCN等涂层技术，提高刀具表面硬度，增强耐磨性
。
现代刀具材料与切削加工技术 - 19~26W
5、钛基硬质合金钛基硬质合金是指以TiC或TiC、TiN为主要硬质相，以Ni-Mo 或Ni-Co-Mo 等为粘结相的硬质合金。
镍和钼的总含量通常为20~30%，与WC基合金相比，TiC基合金的密度小，硬度较高，对钢的摩擦系数较小，切削时抗粘结磨损与抗扩散磨损的能力较强，具有更好的耐磨性，但韧性和抗塑性变形能力较弱。
我国代表性牌号是YN05、YN10相当于ISO的P01和P05适用范围，主要用于碳素钢的精加工，而且还适合各种合金钢、工具钢、不锈钢、淬火钢等的连续切削精加工，尤其是对较大较长的零件和表面光洁度及公差要求较高的工件加工时显示出良好的效果。
如北京重型电机厂精加工35CrNiMo钢材多台阶轴（7~8个台阶）工件尺寸φ400×φ500×600毫米，原来YT15合金每车一个台阶需磨一次刀，加工件表面不稳定，采用YN05刀片，V=200~300m/min，f=0.08~0.2mm/r，ap=0.1~0.6mm，一个刃口使用两个班不须磨刀，工件表面光洁度达到▽6~▽7，锥度达0.02毫米/400毫米之内，解决了多年的生产难关。
再如北京理工大学，做30CrMnSiA和35CrMnSi(HRC47)高强度钢切削试验，曾收集多种牌号合金试切均不理想，只有YN05合金在切速V=150m/min，f=0.2mm/r，ap=0.5mm的条件下切削137分钟，后刀面磨损仅0.17毫米，被认为是目前切削高强度钢最好的刀具材料。
又如，为北京重型电机厂推荐用YN10合金铣削A3钢圆球，经反复多次试验成功，精铣的钢球表面光洁度经市计量部门测验，光洁度大部为▽7上限，局部光洁度达到▽8，该合金被纳入生产工艺中去。
再如为成都机床修配厂攻克精铣铸铁1.5米×3.0米工作平台，精铣的平行度和平面度在0.02~0.03mm之间，表面光洁度达到▽6上限和▽7。
还有向许多用户推荐用YN10合金旋风铣削丝杆代替YT15，不仅表面光洁度高，刀具寿命也提高4~5倍。
现代刀具材料与切削加工技术 - 1~15w
第一章现代刀具材料发展与应用技术各种刀具的切削性能首先取决于刀具材料，其次是刀具结构几何角度、刀面硬化处理、质量保证等。
从刀具使用寿命的角度来看，对刀具材料的性能要求主要是耐磨性、强韧性和红硬性，以及抗粘性、抗扩散性能力。
所以合理选择刀具材料是刀具制造的第一步，也是决定刀具使用的先决条件。
其次，选择合理的切削参数，方能获得最佳的切削效果。
本文主题是介绍硬质合金、陶瓷刀具、立方氮化硼和金刚石刀具。
刀具材料分为六大类：即工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷刀具材料、立方氮化硼和金刚石。
国际标准化组织对切削加工用的硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、金刚石刀具材料分类、分组做了明确规定。
分类代号是用一个英文字母表示：即P表示切削加工钢材，M表示加工不锈钢，K表示加工铸铁，S表示加工高温合金、钛合金，H表示加工淬硬钢等硬材料，N表示加工有色金属等材料。
分组标誌，每一类中的各个牌号分别给以一个01~50之间的数字，表示从最高硬度到最大韧性之间的一系列刀具材料，以供各种被加工材料的不同切削作业及加工条件选用。
例如切削钢材用的硬质合金按ISO使用范围为P01~P50，而P01,牌号合金其硬度最高，耐磨性好，但抗弯强度低，只适于最高切削速度小断面切削的精加工；P50牌号合金最高的抗弯强度和抗冲击韧性，但耐磨性差，适于低切削速度，大切削角、大端面和不利条件下粗加工。
其余各类牌号刀具材料以此类推，见表1-1所示。
表1-1,切削用硬质合金陶瓷及超硬材料国际标准分类、分组应用范围分类用途分组性能提高方向代号被加工材料颜色代号被加工材料适应的加工条件切削性能合金性能P 长切屑的黑色金属蓝色P01 钢、铸钢高切削速度、小断面切削、无振动条件下的精车和精镗切削速度进给量耐磨性韧性P10 钢、铸钢高切削速度，中等或小断面切削条件下的车削、仿形车削、车螺纹及铣削P20钢、铸钢、长切屑可锻铸铁中等切削速度和中等断面切屑条件下的车削、仿形车削及铣削，小断面切屑的刨削P30钢、铸钢、长切屑可锻铸铁中或低切削速度、中等或大断面切屑以及不利条件下的车削、铣削、刨削P40钢、含砂和气孔的铸钢低切削速度、大切削角、大断面切屑以及不利条件下的车削、铣削、插削和自动机床加工P50钢、含砂和气孔的中或低强度钢需要韧性很好的硬质合金的加工；在低切削速度、大切削角大端面切屑及不利条件下的车削、刨削、插削及自动机床加工M 长切屑或短切削的黑色和有色金属黄色M10钢、铸钢、锰钢、灰口铸铁和合金铸铁中或高切削速度、中等或小断面切削条件下的车削切削速度进给量耐磨性韧性M20钢、铸钢、奥氏体钢或锰钢、灰口铸铁中等切削速度和中等切削断面条件下的车削及铣削M30钢、铸钢、奥氏体钢、灰口铸铁、耐热高温合金中等切削速度、中等或大断面切屑条件下的车削、铣削和刨削M40易切钢、低强度钢、有色金属及轻合金车削、切断，特别适于自动机床加工K 短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料红色K01特硬灰口铸铁、肖氏硬度大于85的冷硬铸铁、高硅铝合金、淬火钢、高耐磨塑料、硬纸板、陶瓷车削、精车、镗削、铣削、刮削切削速度进给量耐磨性韧性K10布氏硬度高于220的灰口铸铁、短切屑的可锻铸铁、淬火钢、硅铝合金、铜合金、塑料、玻璃、硬橡胶、硬纸板、瓷器、石材车削、铣削、钻削、镗削、拉削、刮削K20布氏硬度低于220的灰口铸铁，有色金属、铜、黄铜、铝车削、铣削、刨削、镗削、拉削K30低硬度灰口铸铁、低强度钢、压缩木在不利条件下及允许大切削角的车削、铣削、刨削、插削注:P 、M 、K 类以硬质合金为主要材料；S 、H 、N 类以陶瓷，立方氮化硼、金刚石使用效果最佳，并兼用硬质合金。
现代加工技术
目前，用 于高速切削的 刀具材料主要 是金刚石和立 方氮化硼，其然界物质中最高的硬度和导热系数。但由于 价格昂贵,加工、焊接都非常困难,除少数特殊用途外(如手表精密零件、 光饰件和首饰雕刻等加工),很少作为切削工具应用在工业中。
聚晶金刚石 聚晶金刚石是人造金刚石的一种，硬度仅次于天然金刚石。其 价格只有天然金刚石的几十分之一，具有高导热性和低摩擦系数，主 要用于加工有色金属等软金属。 与硬质合金相比，使用寿命可高出10～500倍。目前，已在大部 分场合代替天然金刚石。 化学气象沉积CVD金刚石 CVD金刚石制成两种形式:一种是在基体上沉积厚度小于30μm的 薄层膜(CVD薄膜);另一种是沉积厚度达1mm的无衬底的金刚石厚层膜 (CVD厚膜)。
手机模具 手 机 按 键 模 具
对于复杂型面模具，模具精加工费用往往占到模具总费用的50%以 上。采用高速加工可使模具精加工费用大大减少，从而可降低模具 生产成本。
主轴单元 超高速加工 技术关键 主轴单元
刀具材料
刀具 刀具与刀柄 连接
① 滚珠轴承高速主轴
① 滚珠轴承高速主轴
高速主轴轴承的最新发展是使用陶瓷混合球轴承。 即轴承内外圈是轴承钢，而滚珠是由氮化硅陶瓷 （ Si3N4 ）制成。 ������ 陶瓷滚珠密度比钢珠低大约60%，所以可大幅度 降低离心力
Q=Q1+Q2+Q3=q1A1+q2A2+q3A3 A1,A2,A3——剪切面，前刀面，后刀面 Q切屑=R1q1acawcsc Φ R1——热传入切屑的比例 ac ——切削厚度 aw ——切削宽度
a1——材料导热系数 ε ——剪应变
国外学者认为： 机床主轴转速 8000～12 000 r/min为准高速切削 15 000～50 000 r/min为高速切削 大于50 000 r/min为超高速切削。 国内学者认为： 超高速切削加工是一种比常规切削速度高得多 (10倍左右)的速度对零件进行加工的先进技术。
刀具切削参数表
刀具切削参数表刀具切削参数表是机械加工过程中常用的参考资料，用于指导工人进行切削操作。
本文将介绍刀具切削参数表的主要内容及其作用。
一、刀具切削参数表概述刀具切削参数表是一份包含各种刀具类型、材料、切削速度、进给量、背吃刀量等参数的表格。
这份表格对于机械加工过程中的切削操作具有重要的指导作用。
通过查询刀具切削参数表，操作人员可以了解到不同刀具在不同材料上的最佳切削参数，从而提高生产效率、保证加工质量。
二、刀具切削参数表的主要内容1. 刀具类型与材料刀具切削参数表的第一列通常为刀具的类型与材料。
不同的刀具有不同的用途和适用范围，而不同的材料也需要使用不同类型的刀具进行加工。
因此，选择合适的刀具类型和材料对于提高切削效率和质量至关重要。
2. 切削速度与进给量切削速度是指刀具在单位时间内对工件进行的切削次数，通常以每分钟切削的毫米数（mm/min）来表示。
进给量是指刀具在进给运动方向上相对于工件的移动量，通常以每转进给的毫米数（mm/rev）来表示。
这两项参数直接影响到切削力、切削温度和加工质量。
3. 背吃刀量与侧吃刀量背吃刀量是指刀具在垂直于进给方向上切削工件的深度，通常以毫米（mm）为单位表示。
侧吃刀量是指刀具在平行于进给方向上切削工件的深度，通常以毫米（mm）为单位表示。
这两个参数也是影响切削力、切削温度和加工质量的关键因素。
4. 其他参数除了上述三个主要参数外，刀具切削参数表还可能包含其他相关信息，如刀具的几何参数、冷却方式、切削液类型等。
这些参数也会对切削操作产生一定的影响，需要根据具体情况进行调整。
三、刀具切削参数表的作用1. 提高生产效率通过查询刀具切削参数表，操作人员可以选择最佳的切削参数组合，从而提高切削效率，缩短加工时间，减少工时成本。
此外，合理的切削参数还可以降低刀具的磨损速度，延长刀具的使用寿命，降低维护成本。
2. 保证加工质量合理的切削参数可以保证工件的加工精度和表面质量。
通过查询刀具切削参数表，操作人员可以了解到不同刀具在不同材料上的最佳切削参数，从而根据工件的材质和加工要求选择合适的刀具和参数组合，确保加工质量符合要求。
数控刀具材料金属切削加工的要求
数控刀具材料金属切削加工的要求数控刀具材料指与数控加工刀具匹配的切削部分的材料。
显然，数控刀具除满足属切削的基本要求外，还必须适应数控加工的特定要求。
1、刀具材料金属切削加工的基本要求金属切削过程中，刀具切削部分承受着很大的切削力与冲击力，并伴随着强烈的金属塑性变形与剧烈的摩擦，产生大量的切削热，造成切削区域极高的切削温度与温度梯度。
因此，刀具材料应具备以下基本性能。
（１）高的硬度和耐磨性刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度，其硬度在室温条件下也应在６２ＨＲＣ以上。
如高速工具钢的硬度为６３～７０ＨＲＣ，硬质合金的硬度为８９～９３ＨＲＡ。
刀具材料的耐磨性是刀具材料抵抗磨损的能力。
一般来说，刀具材料硬度越高，耐磨性也越好。
此外，刀具材料的耐磨性还与金相组织中化学成分（碳化物、氮化物等）、硬质点的性质和数量、颗粒大小和分布状况等有关。
金相组织中碳化物越多，颗粒越细，分布越均匀，其耐磨性也越好。
（２）足够的强度和韧性刀具切削部分的材料在切削时要承受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，以确保其加工过程中不出现破损、崩刃等。
（３）耐热性指刀具材料高温下保持上述性能的能力，又称热硬性。
高温硬度越高，表示耐热性越好，因此在高温时抗塑性变形的能力、抗磨损的能力也越强。
一般碳素工具钢的热硬性约３００℃、高速工具钢约６００℃、硬质合金约９００℃。
（４）导热性导热性好，则切削时产生的热量容易传导出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。
此外，导热性好的刀具材料其耐热冲击和抗热龟裂的性能增强，这种性能对采用脆性刀具材料进行断续切削，特别在加工导热性能差的工件时尤为重要。
（５）良好的加工工艺性加工工艺性指刀具材料加工制造的难易程度，刀具材的工艺性包括：锻造、焊接、切削加工、磨削和热处理等性能。
（６）经济性与市场购买性经济性是正确选用刀具材料、降低产品成本的主要据之一，也是评价新型刀具材料的重要指标之一。
现代刀具材料与切削加工技术-53~101W.doc
第二章使用硬质合金刀具的相关技术知识使用硬质合金刀具的基础技术知识涉及内容很广泛，几乎包含金属切削的整个过程，现根据经常遇到的实际问题，选择九个方面内容进行讲解。
1、工件材料的切削加工性切削加工性是指工件材料被切削的难易程度，从易切削到难切削共分为八级。
而切削加工性评定方法很多，表中列的相对加工系数K料V是较常用的一种方法。
它是以切削45#钢和灰口铸铁时所允许的切削速度为基数。
在选择切削速度时，将切削45#钢的切削速度乘上被切削工件材料相对加工系数K料v，就可得到应选择的切削速度。
当刀具耐用度T = 60分钟时，切削45#钢用同一把刀具所允许的切削速度（指半精加工V=160M/min,f=0.08~0.3mm/r,ap=0.3~2.0mm）.各种工件材料的切削加工性分级见表2-1所示表2-1 工件材料的切削加工性分级应指出无论规定耐用度时间长短，只要乘上K料v，就是应该选择的切削速度。
2、硬质合金刀具磨损及刀具寿命在金属切削中，刀具随着切削过程的进行必然会磨损，从实际生产中所观察到的现象，硬质合金刀具的磨损形式归纳为七种，而从使用角度来分析研究，如何降低磨损速度，延长刀具使用寿命是共同关心的话题，下面就逐一交流介绍。
2.1 后刀面磨损。
后刀面磨损是由于工件新加工表面和后面接触区的摩擦而引起的。
这种磨损形式一般发生在切削脆性材料，如青铜、铸铁，或比较小的切削厚度（a c<0.1mm）切削塑性金属材料时，主要是后刀面磨损。
后面磨损情况如图2-1所示：图2-1 后面磨损一般的刀具都可以用后刀面磨损带的宽度VB B的大小来表示刀具的磨损程度。
当VB B达到一定的数值－即所谓“磨损限度”后，就必须及时换刀、刃磨或更换新的切削刃，否则刀具将迅速毁损或加工质量下降。
解决措施宜降低切削速度，选择更耐磨的合金。
典型的刀具后面正常磨损曲线，如图2-2所示。
刀具的磨损过程分三个阶段：图2-2 典型的刀具磨损曲线初期磨损阶段－即图中的OA段。
现代切削加工技术与刀具习题(第一部分答案)
（习题集答案）专业班级姓名学号机械工程学院2013年3月模块一 切削加工理论及应用第1章 切削加工理论一、简答题1. 写出车外圆、钻孔、拉孔、镗孔及铣削平面这几种加工方法的主运动和进给运动。
【答题要点】2. 刀具角度有哪些作用？主偏角r κ与刃倾角s λ确定了刀具哪一结构的空间位置？ 【答题要点】刀具角度作用：（1）确定刀刃和刀面在空间的位置及关系；（2）确定刀具的切削性能。
主偏角r κ与刃倾角s λ确定了住切削刃的空间位置。
3. 在定义切削速度、刀具参考系和刀具角度时，为何要强调“切削刃上选定点”这一表达？ 【答题要点】由于大多数刀具的切削刃是曲线，因此切削刃上不同点的位置、直径、切线不同，因此在定义切削速度、刀具参考系和刀具角度时，必须要强调切削刃上选定点。
4. 刀具法平面参考系和正交平面参考系有何异同？在法平面n P 和正交平面o P 内的前角和后角有何关系？什么情况下n P 与o P 重合？ 【答题要点】法平面是垂直于切削刃上选定点的切线的平面，不一定垂直于基面，正交平面是垂直于切削刃上选定点的的切线在基面上投影线的平面，二者均垂直于切削平面。
法平面和正交平面内的前角和后角有关系：s o n cos tan tan λγγ=，s o n cos cot cot λαα=；当刃倾角s λ=0°时，n P 与o P 重合。
5. 刀具切削部分材料应具备哪些性能？ 【答题要点】刀具切削部分应具备：（1）较高的硬度和耐磨性；（2）较高的强度和韧性；（3）较高的耐热性和化学稳定性；（4）较好的工艺性和经济性。
6. 下列牌号的刀具材料有何特性？适用于何种场合？【答题要点】（1）W9Mo3Cr4V ：热稳定性能高于M2；碳化物均匀性接近M2，良好的热塑性；脱碳倾向小于M2；耐用度较高；磨削加工性好。
适合于制造比较精密的复杂刀具。
（2）YG6X ：属细颗粒合金，耐磨性优于 YG6，强度接近YG6。
现代切削理论(技术)
现代切削理论（技术）授课内容第一章概论1、切削技术的发展史2、切削刀具基本知识3、现代切削应用领域第二章现代切削基础理论1、金属切削原理2、切削力—热耦合3、断屑机理与切屑形态的三维描述第三章现代刀具设计原理1、主切削刃形成原理2、三维槽型的建模3、HSK刀柄工作原理4、刀具结构有限元分析第四章现代刀具材料应用基础1、硬质合金2、超硬材料3、表面涂层（PVD/CVD）第五章高速切削技术1、高速切削概述2、高速切削基础理论3、高速切削相关技术第六章先进切削工艺技术1、最小容量润滑（MQL）2、低温切削3、干式切削第七章难加工材料的可切削性1、工件材料的可切削性2、工件材料分类及影响可切削性因素3、几种难加工材料的可切削性分析第一章概论1、切削加工是用切削工具，把坯料或工件上多余的材料层切去，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。
2、任何切削加工都必须具备三个基本条件：切削工具、工件和切削运动。
3、现代刀具3个关键技术：1、几何结构2、基体材质3、表面涂层4、现代切削刀具（数控刀具）的应用及组成：现代切削刀具主要应用于机械制造业中的数控机床（NC）、加工中心（MC）、柔性制造系统（FMS），它由硬质合金可转位刀片（carbide inserts,或其他超硬刀片）与刀盘(body)、刀柄（holder) 组成一个刀具系统单元，实现对金属的切削加工。
5、刀片槽型的作用：刀片上的断屑槽使切屑能按预先设定的方式，进行卷曲、流动和折断，实现对切屑的有效控制。
第二章现代切削基础理论1、金属切削的变形过程金属切削层的变形可用金属切削过程中的滑移线和流线示意图来表示。
流线表示被切削金属的某一点在切削过程中流动的轨迹，可大致划分为三个变形区：（1）、第一变形区金属的剪切变形从OA线开始发生塑性变形，到OM线晶粒的剪切滑移基本完成（剪切滑移面）。
这个变形区汇集在切削刃附近，此处的应力比较集中而复杂，金属的被切削层就在此处与工件本体材料与离，是切的过程，使被切削工件的切削层转变成切屑。
刀具材料及切削工艺
立方氮化硼
总结词
一种人工合成的超硬材料，适用于加工 各种难加工材料和高硬度材料。
VS
详细描述
立方氮化硼是一种人工合成的超硬材料， 其硬度仅次于金刚石。由于其极高的硬度 和耐磨性，立方氮化硼刀具在加工过程中 可以快速切削各种难加工材料和高硬度材 料，如淬火钢、铸铁等。同时，立方氮化 硼刀具也具有良好的抗热性和化学稳定性 ，能够适应高温和高强度切削的要求。
02
切削工艺
Chapter
车削
总结词
车削是一种使用旋转刀具对工件进行切削加 工的方法，广泛应用于机械制造领域。
详细描述
车削过程中，工件固定在车床的工作台上， 刀具在工件上高速旋转，同时沿着工件轴线 方向进给，从而去除多余的材料，形成所需 的形状和尺寸。车削加工可以用于加工各种 回转体表面，如内外圆柱面、圆锥面、圆弧 面等。
碎裂
刀具整体或部分碎裂，可能是由于刀具材料韧性 不足或受到外力冲击。
裂纹
切削刃上出现裂纹，可能是由于切削力过大或刀 具材料内部存在缺陷。
刀具寿命
1 2
刀具耐用度
刀具在正常工作条件下能够保持切削性能的时间 。
刀具重磨次数
刀具能够进行重磨的次数，重磨次数越多，刀具 寿命越长。
3
刀具失效
刀具无法继续使用或无法保证加工质量时的状态 。
应用场景
适用于高速切削、大切削量的粗加工等加工工艺，能够有效地提高加工效率和工件质量 。
乳化切削液
特点
乳化切削液结合了油基切削液和水基切削液 的优点，具有良好的润滑、冷却和清洗性能 。乳化切削液的稳定性较好，不易变质。
应用场景
适用于各种加工工艺，尤其适用于需要同时 追求高精度、高效率和高表面质量的加工。 乳化切削液的使用能够有效地提高刀具寿命
现代切削加工技术的发展
• 高效切削技术基础——数控技术、刀具材料和涂层技 术、 HSK技术、刀具平衡技术的安全技术
高速切削是提高加工效率的有效手段 提倡加大刀具投入，使用先进刀具提高生产效率 和降低生产成本，是切削理念的一次进步
•
• 一、现代切削加工的技术特点是高速切削
高速切削提高生产效率降低生产成本的有效 手段，但不是唯一的手段
国内机械制造业目前大量使用是常规设备不 具备高速切削条件，如何提高生产效率？
已经实现数控加工的企业其生产效率与国外 仍有不小差距，问题在哪里？
回顾——中国切削工作者探索提高效率的道路
2003年第一届先进切削技术高层论坛的主题是：高速切削
现代切削加工技术的发展
一、现代切削加工的技术特点是高速切削
——数控技术和刀具技术推动了高速切削的发展 ——高速切削的特点及其应用
二、先进理念使切削加工提升到新的高度
从专注技术——融入理念——拓宽视野—— 结合科学管理和相关技术——全方位提高加工效率
三、基础理论和实践创新是永恒的主题
发展切削技术、建设制造强国的根本途径
–重量轻，易于换刀
高速切削刀具的安全和平衡技术
• 高速旋转的离心力可能能造成坚固螺钉的断裂甚至刀体的破碎 • 正确设计刀具减低或分散螺钉受刀和使用铝合金刀体 • 高速切削刀具必须经过比标称使用转速高一倍的安全试验 • 高速切削刀具必须进行动平衡
切削分力（N）
高速切削的特点之一
350
280
Al2O3基陶瓷刀具端铣调质45＃钢时的切削力
提高生产效率的思路，引入了相关技术和管理技术 三、反璞归真阶段
认识了切削基础知识、应用技术和创新人才是发 展切削技术的根本
切削加工技术系统和刀具应用技术三要素
切削加工技术系统和刀具应用技术三要素金属切削加工是一个多因素的复杂过程，使刀具的应用技术包含着很广泛的内容。
通过对切削加工过程的分析，抓住构成并影响切削过程的主要因素，作为刀具应用技术共性基础内容加以探讨，希望能对刀具的正确使用有所帮助。
图1是车削加工的简图和相关的术语，切削过程发生在刀具与工件相互作用的切削区，工件材料经过切削区以后转变为切屑，沿前刀面排出。
切削区的放大图给出了刀具与工件相互作用的细节。
切削时，工件上需要切除的材料层，进入变形区，在刀具前刀面的作用下，发生变形和晶格的滑移，并沿着假想的滑移面OA产生剪切，变成切屑排出。
排出时，切屑底面的新鲜金属表面与前刀面在OB段产生剧烈的摩擦，形成了前刀面摩擦区。
而从刀尖下滑过的已加工表面，因材料的回弹作用与后刀面在OC段产生摩擦，形成了后刀面摩擦区。
刀具就这样在变形区和摩擦区的力和热的共同作用下工作着。
由上可见，刀具和工件材料是切削加工的主体。
然而，要实现切削加工的全过程还需要相应的支撑技术。
作为一门金属加工的工艺技术，金属切削加工工艺可用图2所示的技术系统来描述。
该系统包括三部分内容：切削工艺系统、切削机理、切削加工效果，在图中用虚线划分，分述如下：第一部分是由机床、刀具和被加工工件组成的切削技术的工艺系统。
机床和刀具是实现切削加工必不可少的工艺装备，依靠机床提供的运动和动力，由具备切削功能的刀具将工件上多余的金属以切屑的形式将其切除，按预定的要求实现对工件的切削加工过程。
为了进一步了解切削过程，有必要将刀具、机床和工件的技术内涵加以细化。
刀具是切削加工的主体之一，参与切削加工的刀具包含着三个主要的技术内涵，即刀具材料和涂层、几何角度、刀具结构。
刀具必须由特殊的刀具材料制造，并具有确定的几何形状和适用的结构，三者共同赋予刀具切削的功能，同时又决定着刀具的切削性能。
因此，有关这三个因素的内容、作用是切削技术的重要内容。
与机床相关的切削技术内涵有切削参数、工序类别、切削条件等。
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物理机械性能
硬度 抗弯强度 密度(g/cm3)
(HRA) (N/mm2)
14.60
93.8
4200
14.10
93
4000
主要用途
适于制作 Φ0.1-0.8mm 加工 PCB 的钻头及铣刀 适于制作立铣刀，加工钢、淬硬钢、铸铁、镍 基合金、钛合金及非金属材料。
34
鹭
35
自 ZK10UF K05-K15
1C10
THR
UTi20T G3
1C28
G10E
883
KG30
N01 YD101
H10 H13A
K605
H1H2
KG03
K10
K313
N
YD101
N10 YS8
YS10
ZK10UF
KF1 KM1 K110M
TH10
EH10
890
HTi10 H10T
EH510 H15
KS05F
KC10 KT9
THM
THM-U
HTi05T
KG03
YD05
K05
YG610 H1P
K
YD051
YG6
YG6
K10 YG6X
YG6X
H1P
YD051 YG643
K110M K20
K313
HTi10 TH10
G10E
KG10
31
作 ISO 分类
伊斯卡
株洲钻石 自贡764 山特维克 肯纳公司
三菱公司 东芝公司 住友公司 山高公司 黛杰公司
32
表 3-2 国内外部分硬质合金棒材性能及用途对照表
产 牌号
地
YU06
YL10.2 株 硬 型
YU12 材
YF06
GU20 厦 门 GU15F 金 鹭
GU10F
对应于 ISO
化学成分(%) TiC，
WC Co TaC/NbC
WC 粒度 um
K05-K10 94.0 6
0.4
K20-K30 89.5 10 其它0.5 ≤0.8
S4 SM30
GK K600 TTR
1C50M 1C54
TX30 UTi20T
UX30
A30 A30N
SR30 DX30 DX35
YC40 P40
YC45
ZP40 S6
YT535
G13
1C54
TX40
ST40E
SR30 DX35
27
作 ISO 分类
伊斯卡
株洲钻石 自贡764 山特维克 肯纳公司
三菱公司 东芝公司 住友公司 山高公司 黛杰公司
40
化学成分(%)
物理机械性能
产
对应于
牌号 地
ISO
TiC， WC 粒度 um
硬度 抗弯强度
WC Co
密度(g/cm3)
TaC/NbC
(HRA) (N/mm2)
主要用途
K40UF
K30-K40 90.0 10
14.45
3600 用于制作旋转刀具，加工淬火钢零件。
德
国 K44UF
K40-K50 88.0 12
业 分组代号
公司
YD15 YS8 YS10 K10 YD201 YG6X YG6A
ZK10UF
YG6X
H1P
YG6A
H10
YG610 HM
YG643
K10 K313 KF1 KM1 K110 MTH MTHM-U
1C20
EH10
HTi10 G1FTH10
890
EH510
KG10 KT9 CR1
K
YG6
39
ZK40SF K40-K50
12
0.4-0.5
14.1
92.1
适于耐热钢、普通钢、不锈钢、Ni 基、Ti 基 ≥3800
高温合金粗加工，并可做涂层刀具的基体材料
产 牌号
地
瑞 典 H10F 山 特 维 H12N 克
S36T
对应于 ISO
化学成分(%) TiC，
WC Co TaC/NbC
WC 粒度 um
14.05-14.15 92.5 ≥4000
14.86-14.96 93.5 ≥3800
14.40 14.65
91.8 93
3500 4200
主要用途
加工铝镁合金及塑料，用于制作微型铣刀及铰 刀。 适用于普通钢、铸铁、不锈钢、耐热钢、镍基 及钛基合金等材料的加工，推荐用于制作麻花 钻、立铣刀、铰刀、丝锥等通用工具材料。 适用于钛合金、耐热合金、不锈钢、淬硬钢、 铸铁、玻璃纤维增强塑料等材料，推荐用于制 作各种规格立铣刀、球头铣刀等硬质合金刀 具，具有比 YL10.2更高的硬度和强度。 适于制作 Φ0.8-3.2钻头及铣刀，并适合制作 加工铝合金、塑料等复合材料用的整体合金刀 具。 适于制作钻头、立铣刀等，切削钢材、铸铁、 不锈钢、耐热钢及高温合金、钛合金。 适于制作小直径钻头和立铣刀，加工非金属材 料。
93.1 6 其它0.9 0.4
14.80
94.2
4000 适于制作 Φ0.1-3.2mm 加工 PCB 的钻头及铣刀
33
产 牌号
地
厦 GU15UF 门 金 GU25UF
对应于 ISO
化学成分(%) TiC，
WC Co TaC/NbC
WC 粒度 um
91.0 8 其它1.0 0.4
86.9 12 其它1.1 0.4
H25
G13
S30
K600
TF15
KG30
THR
YT15
P10
YC10
铣
P 削
YT14
P20 YC10
YS25
YT15
S1P
ZP25 YT798 SMA YT14
K125
1C50M 1C28
UTi20T TX25
A30N
SRT
SRT DX30
30
作 ISO 分类
伊斯卡
株洲钻石 自贡764 山特维克 肯纳公司
YG3
YG3X
K01 YG3X
YG3
H1P
YD05
YG610
K YD05
K05 YS8 YD051
YG3X YG3 YG610 YG643
H605
HTi05T TH03
H1H2
KG03
28
作 ISO 分类
伊斯卡
株洲钻石 自贡764 山特维克 肯纳公司
三菱公司 东芝公司 住友公司 山高公司 黛杰公司
物理机械性能 硬度 抗弯强度
密度(g/cm3) (HRA) (N/mm2)
主要用途
K05-K40 90.0 10
适于低切削速度、中等进刀量、加工钢、铸铁、
0.8
14.45
92.1
4300
不锈钢和耐热钢、镍基合金及钛合金。
K40
88.0 12
中颗粒
P30-P40 76.5 12
立方碳 1.0-2.0
化物11.5
业 分组代号
公司
YT726
YW1 M10 YW3
YD201
YW1 ZM15 ZCP1F
H10A
K313
TU10
EH510 890
U10E
UMN UM10
YT767
YW2
M20 YW3
M
YM20
YW2 YW2A 2CP1A YG522
R1P H13A
K68 KMF K125M TTM
1C08
UTi20T TU20
37
ZK10SF-1
14.6-14.9
94
2500
具有良好的耐磨性，适合于铸铁、有色金属、 非金属材料和淬火钢的精加工，是整体合金孔 加工刀具的优良材料。
38
ZK20SF K20-K40
8
0.4-0.5
14.5
92.8
≥3400
适于耐热钢、普通钢、不锈钢、Ni 基、Ti 基 高温合金粗加工及半精加工，同时也是涂层刀 具的理想基体材料。
EH520 HX
U2
883
DX25 UM20 UMS
H10F
YG813
车
YM30
H20
M30
ZM30
K600
1C08
A30
UTi20T UX30
削
YC30T
H13A
TTR
YG532
1C28
A30N
SM30
DX25 UM30 UMS
M40 YC40T YG640 S6R4
G13
1C28
TU40
UM40
14.30 13.05
88.4
2800
适于低速、大进给量、加工钢、铸铁、不锈钢 和耐热钢、镍基合金及钛合金。
90.5 ≥2200 适于制作加工钢材的三刃钻及立铣刀。
奥
立方碳
TSF40
K10-K30 87.6 12
0.4
地
化物0.4
利
普 TSM10 朗
K05-K10
西 TSM20
K10-K30 94.0 6
YS25
M 铣
YS30 YS25
YW2 YW2A YT798
K313
UTi20T
A30N
DX25 UMS
削
YS30
M30
YC30S
SM30
KFM K600
1C28
UTi20T UX30
A30N
DX25 UMS
YC30T
YC40T M40
YC40
1C28
TU40