第三章 金属切削过程及其控制(1-2)

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6）良好的工艺性与经济性 ）
刀具不但要有良好的切削性能，本身还应该易于 刀具不但要有良好的切削性能，本身还应该易于 制造，这要求刀具材料有较好的工艺性 工艺性。 制造，这要求刀具材料有较好的工艺性。 锻造、热处理、焊接、切削及磨削、 如锻造、热处理、焊接、切削及磨削、高温塑 性变形等功能 等功能。 性变形等功能。 经济性也是刀具材料的重要指标之一，选择刀具 经济性也是刀具材料的重要指标之一， 时，要考虑经济效果，以降低生产成本。 考虑经济效果，以降低生产成本。 （1）刀具材料发展结合本国资源，资源丰富，则成 ）刀具材料发展结合本国资源，资源丰富， 本极低； 本极低； （2）有的刀具材料（超硬刀具材料）虽然单件成本 ）有的刀具材料（超硬刀具材料） 但寿命长，分摊到每个零件的成本不一定高， 贵，但寿命长，分摊到每个零件的成本不一定高， 要注重经济效益。 要注重经济效益。
2.高速钢 2.高速钢 高速钢是一种加入了较多的钨 高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等 合金元素的高合金工具钢 合金元素的高合金工具钢。 高合金工具钢。 特点： 1）强度高（抗弯强度 强度高（抗弯强度3.3GPa 为硬质合金的2～3倍， 为硬质合金的2 陶瓷的5 陶瓷的5～6倍）； 比硬质合金高几十倍） 2）韧性高（比硬质合金高几十倍）； 3）具有一定的硬度（HRC63～70），且有较好的 HRC63～70）， 耐磨性； 耐磨性； 500℃ 600℃） 4）且有较好的耐热性（500℃～600℃）； 5）可加工性好，热处理变形较小。 可加工性好，热处理变形较小。
涂层高速钢。 涂层高速钢 是采用物理气相沉积（ 是采用物理气相沉积（PVD）方法，刀具表面生成 ）方法， TiN，其厚度一般为 ～8µm。 ，其厚度一般为2～ µ 。 特点：切削力、切削温度约下降 特点：切削力、切削温度约下降25%，切削速度、 ，切削速度、 进给量和刀具寿命显著提高。 进给量和刀具寿命显著提高。 适合在钻头、丝锥、成形铣刀和切齿刀具上应用。 适合在钻头、丝锥、成形铣刀和切齿刀具上应用。 钻头 上应用
1） 高的硬度
刀具是从工件上去除材料， 刀具是从工件上去除材料， 刀具材料的硬度＞ 刀具材料的硬度＞工件材料的的硬度 常温硬度HRC60以上 常温硬度HRC60以上。 以上。
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2）足够的强度与韧性 ）
如车削45钢 在背吃刀量 如车削 钢，在背吃刀量ap＝4㎜，进给量 ＝0.5㎜ ㎜ 进给量f ㎜ /r的条件下，刀片所承受的切削力达到 的条件下，刀片所承受的切削力达到4000N。 。 的条件下 切削力达到 刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击力。 刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击力。 刀具材料必须具有较高的强度和较强的韧性， 刀具材料必须具有较高的强度和较强的韧性，承受 切削力、冲击和振动，防止刀具脆性断裂和崩刃。 切削力、冲击和振动，防止刀具脆性断裂和崩刃。 一般刀具材料的韧性用冲击韧度a 表示， 一般刀具材料的韧性用冲击韧度 K表示，反映刀具材 料抗脆性和崩刃能力。 料抗脆性和崩刃能力。
典型牌号有： 典型牌号有：W6Mo5Cr4V2Co8 、
W6Mo5Cr4V2Al 。 主要用于加工不锈钢、高温合金、钛合金、 主要用于加工不锈钢、高温合金、钛合金、耐热钢 加工不锈钢 高强度钢等难加工材料，加工普通材料可达90m/min. 和高强度钢等难加工材料，加工普通材料可达
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含碳量提高到0.9～ （1）高碳高速钢 含碳量提高到 ～1.05%，其典型牌号为 ， 95W18Cr4V。由于含碳量提高，使钢中的合金元素全部形 。由于含碳量提高，使钢中的合金元素全部形 成碳化物，从而提高钢的硬度 耐磨性和耐热性，但其强 提高钢的硬度、 成碳化物，从而提高钢的硬度、耐磨性和耐热性，但其强 度和韧性略有下降。 度和韧性略有下降。 含钒量提高到3～ ， （2）高钒高速钢 含钒量提高到 ～5%，其典型牌号为 W12Cr4V4Mo。由于碳化钒量的增加，提高了钢的耐磨性， 。由于碳化钒量的增加，提高了钢的耐磨性， 一般用于切削高强度钢 但此种钢刃磨比普通高速钢困难 切削高强度钢。 刃磨比普通高速钢困难。 一般用于切削高强度钢。但此种钢刃磨比普通高速钢困难。 其典型牌号为W2Mo9CrVCo8，普通高速钢 （3）钴高速钢 其典型牌号为 ， 中加入钴，从而提高了钢的高温硬度和抗氧化能力 提高了钢的高温硬度和抗氧化能力， 中加入钴，从而提高了钢的高温硬度和抗氧化能力，它有 良好的综合性能 用于切削高温合金 综合性能， 高温合金、 良好的综合性能，用于切削高温合金、不锈钢等难加工材 料效果很好。钴高速钢在国外使用较多，我国钴原料价格 料效果很好。钴高速钢在国外使用较多，我国钴原料价格 较贵，使用量尚不多。 较贵，使用量尚不多。
其典型牌号为W6Mo5Cr4V2Al， （4）铝高速钢 其典型牌号为 ， 普通高速钢中加入少量的铝，从而提高了钢的耐 普通高速钢中加入少量的铝 从而提高了钢的耐 热性和耐磨性，它是我国独创的新型高速钢， 热性和耐磨性，它是我国独创的新型高速钢，有 综合性能。 良好的综合性能 它达到了钴高速钢的切削性能， 良好的综合性能。它达到了钴高速钢的切削性能， 可加工性好，价格低廉， 可加工性好，价格低廉，与普通高速钢的价格接 刃磨性差，热处理工艺要求较严格。 近。但刃磨性差，热处理工艺要求较严格。
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应用： 应用：
常用于制造各种复杂刀 常用于制造各种 复杂刀 如钻头、 丝锥、 具 （ 如钻头 、 丝锥 、 拉 成型刀具、 刀 、 成型刀具 、 齿轮刀 具等） 具等）。
分类
按用途可分为： 按用途可分为： 普通高速钢和高性能高速钢。 普通高速钢和高性能高速钢。
按制造工艺可分为: 熔炼高速钢、 按制造工艺可分为: 熔炼高速钢、粉末冶金高速
工欲善其事， 工欲善其事，必先利其器 设计或选择刀具时应考虑哪些因素？ 设计或选择刀具时应考虑哪些因素？ 刀具切削性能的优劣取决于哪些因素? 刀具切削性能的优劣取决于哪些因素 材料、结构和几何形 材料、 状是构成刀具切削性能 是构成刀具切削性能 评估的三要素。 评估的三要素。
刀具材料的选择对刀具寿 刀具材料的选择对刀具寿 加工质量、 命、加工质量、生产效率影 响极大。 响极大。
钢和表面涂层高速钢。 钢和表面涂层高速钢。
含碳量0.7～ 普通高速钢（含碳量 ～0.9%，62～66 HRC） ， ～ ）
）、钨钢 （1）、钨钢：W18Cr4V，此牌号国内普遍使用，性 ）、钨钢： ，此牌号国内普遍使用，
能稳定，刃磨、热处理工艺控制较方便，国外钨价高， 能稳定，刃磨、热处理工艺控制较方便，国外钨价高， 很少使用。 很少使用。 简称： 简称：W18、18%W、4% Cr、1%V 、 、 综合性能好， ℃ 综合性能好，600℃，HRC48.5，用以制造各种复杂 ， 刀具。 刀具。 特点： 特点：（1）含钒少，磨削性能好。 ）含钒少，磨削性能好。 （2）碳化物含量高，塑性变形抗力较大。 ）碳化物含量高，塑性变形抗力较大。 （3）强度和韧性，显得不够，适宜做小截面刀具。 ）强度和韧性，显得不够，适宜做小截面刀具。 （4）热塑性差，很难用作热成形法制造的刀具（如热 ）热塑性差，很难用作热成形法制造的刀具（ 轧钻头）。 轧钻头）。
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3）较强的耐磨性和耐热性 ）
A、刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。 、刀具耐磨性是刀具抵抗磨损能力。 高的耐磨性 → 保证刀具的尺寸精度 保证刀具的尺寸精度↑ 一般刀具硬度越高，耐磨性越好。 一般刀具硬度越高，耐磨性越好。 硬度越高 越好 刀具金相组织中硬质点 如碳化物、氮化物等） 硬质点（ 刀具金相组织中硬质点（如碳化物、氮化物等）越 颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好 耐磨性越好。 多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好。 B、刀具材料耐热性：在高温下保持硬度、耐磨性、 、刀具材料耐热性： 高温下保持硬度、耐磨性、 下保持硬度 强度、韧性、化学稳定性，也称热稳定性。 强度、韧性、化学稳定性，也称热稳定性。 刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好， 刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，在高温抗塑 高温硬度越高 性变形能力、抗磨损能力越强。 性变形能力、抗磨损能力越强。 。
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5）良好的热物理性能和耐热冲击性能 ） 刀具导热性好，表示切削产生的热量容易 刀具导热性好，表示切削产生的热量容易 传导出去，降低了刀具切削部分温度， 传导出去，降低了刀具切削部分温度，减 少刀具磨损。 少刀具磨损。 刀具材料导热性好，其抗耐热冲击和抗热 刀具材料导热性好， 抗耐热冲击和 裂纹性能也强 不会因受到大的热冲击， 也强， 裂纹性能也强，不会因受到大的热冲击， 产生刀具内部裂纹而导致刀具断裂 刀具断裂。 产生刀具内部裂纹而导致刀具断裂。
2000 年代
刀具材料的发展与切削加工高速化的关系
8Leabharlann 常用刀具材料工具钢（包括碳素工具钢、 工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢） 硬质合金、 硬质合金、 陶瓷、 陶瓷、 金刚石（天然和人造） 金刚石（天然和人造） 立方氮化硼等 立方氮化硼等。 碳素工具钢(如 碳素工具钢 如T10A、T12A)及合金工具钢 如9SiCr、 、 及合金工具钢(如 、 CrWMn)，因耐热性较差 ，因耐热性较差——通常仅用于手工工具 通常仅用于手工工具 和切削速度较低的刀具 陶瓷、金刚石和立方氮化硼等目前仅用于较为 等目前仅用于较为有限 陶瓷、金刚石和立方氮化硼等目前仅用于较为有限 的场合。 的场合。 9
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高性能高速钢
高性能高速钢是指在普通型高速钢中增加碳 高性能高速钢是指在普通型高速钢中增加碳、钒、钴 普通型高速钢中增加 或铝等合金元素 使其常温硬度可达67～ 等合金元素， 常温硬度可达 或铝等合金元素，使其常温硬度可达 ～70HRC，耐 ， 磨性与热稳定性进一步提高。 磨性与热稳定性进一步提高。 进一步提高
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3.3.3
常用刀具材料
解决两个问题: 解决两个问题: 刀具材料应具备的性能 常用的刀具材料、性能、 常用的刀具材料、性能、应用
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1. 刀具材料应具备的性能 切削时刀具要承受： 切削时刀具要承受： 高温、高压、摩擦和冲击的作用 高温、高压、摩擦和冲击的作用