金属切削原理与刀具 第二章 刀具材料PPT课件
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机械制造技术基础电子课件第2章金属切削原理与刀具
图2-10 扁钻
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
②麻花钻。麻花钻是应用最广泛的孔加工刀具，图 2-11所示为标准高速钢麻花钻的结构。
图2-11 标准高速钢麻花钻的结构
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
③中心钻。中心钻是 用来加工轴类零件中心孔 的刀具，如图2-12所示。
图2-12 中心钻
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
图2-17 不带导柱锥面锪钻
图2-18 端面锪钻
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
⑦铰刀。铰刀常用来对已有孔进行最后精加工，也可对要求 精确的孔进行预加工，如图2-19所示。其加工精度可达IT8~IT6， 表面粗糙度值达1.6~0.2 μm。铰刀可分为手用铰刀和机用铰刀。
图2-19 不同种类的铰刀
③角度铣刀。角度铣刀用于铣削成一定角度的沟槽， 有单角铣刀和双角铣刀两种。
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
④锯片铣刀。锯片铣刀用于加工深槽和切断工件，其圆周 上有较多的刀齿。为了减少铣切时的摩擦，刀齿两侧有15′~1° 的副偏角。
⑤立铣刀。立铣刀用于加工沟槽和台阶面等，刀齿在圆周 和端面上，工作时不能沿轴向进给。当立铣刀上有通过中心的 端齿时，可轴向进给运动。
机械制造技术基础
第2章 金属切削原理与刀具
2.1 金属切削加工的基础知识 2.2 刀具结构和刀具材料 2.3 金属切削过程 2.4 切削力与切削功率 2.5 切削热与切削温度
第2章 金属切削原理与刀具
2.6 刀具磨损与刀具耐用度 2.7 切削用量和切削液 2.8 金属材料的切削加工性 2.9 高速切削及刀具
切削刃上的选定点相对工件的进给运动的瞬时速度称为进给 速度（vf），单位为mm/s。它与进给量之间的关系为
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
②麻花钻。麻花钻是应用最广泛的孔加工刀具，图 2-11所示为标准高速钢麻花钻的结构。
图2-11 标准高速钢麻花钻的结构
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
③中心钻。中心钻是 用来加工轴类零件中心孔 的刀具，如图2-12所示。
图2-12 中心钻
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
图2-17 不带导柱锥面锪钻
图2-18 端面锪钻
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
⑦铰刀。铰刀常用来对已有孔进行最后精加工，也可对要求 精确的孔进行预加工，如图2-19所示。其加工精度可达IT8~IT6， 表面粗糙度值达1.6~0.2 μm。铰刀可分为手用铰刀和机用铰刀。
图2-19 不同种类的铰刀
③角度铣刀。角度铣刀用于铣削成一定角度的沟槽， 有单角铣刀和双角铣刀两种。
2.2.1 常见刀具类型及刀具的结构
④锯片铣刀。锯片铣刀用于加工深槽和切断工件，其圆周 上有较多的刀齿。为了减少铣切时的摩擦，刀齿两侧有15′~1° 的副偏角。
⑤立铣刀。立铣刀用于加工沟槽和台阶面等，刀齿在圆周 和端面上，工作时不能沿轴向进给。当立铣刀上有通过中心的 端齿时，可轴向进给运动。
机械制造技术基础
第2章 金属切削原理与刀具
2.1 金属切削加工的基础知识 2.2 刀具结构和刀具材料 2.3 金属切削过程 2.4 切削力与切削功率 2.5 切削热与切削温度
第2章 金属切削原理与刀具
2.6 刀具磨损与刀具耐用度 2.7 切削用量和切削液 2.8 金属材料的切削加工性 2.9 高速切削及刀具
切削刃上的选定点相对工件的进给运动的瞬时速度称为进给 速度（vf），单位为mm/s。它与进给量之间的关系为
金属切削原理与刀具PPT
• 刀具工作参考系（动态参考系）：是确定刀具在 切削运动中有效工作角度的基准。考虑了进给运 动及安装情况的影响。
一、刀具切削角度的坐标平面
二、刀具标注角度的坐标
• 为了便于刀具设计者在设计刀具时的标 注，有一些理想状态的假定：
• 1）装刀时，刀尖恰在工件的中心线上； • 2）刀杆中心线垂直工件轴线； • 3）没有进给运动； • 4）工件已加工表面的形状是圆柱表面。
Vf=f·n (mm/s)
– f— 车刀每转进给量（mm/r)
– n— 工件转速（r/s)
主运动和进给运动的合成
• 和成切削运动 ： 是由主运动和进给运动合成 的运动。刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时 合成运动方向称合成切削运动方向，其速度称 合成切削速度
ve v v f
1.2 刀具切削部分组成要素
• 当刀尖没有圆弧半径 r 残留面积有直线构成其 高 Rmax 为：
Rm a x
ctgkr
f
ctgkr
残留面积及其高度
• 实际上 r 必不可少，当f较小，残留面积纯 粹由两段圆弧构成，即不含有副切削刃的直 线部分时残留面积高度 Rmax 为
Rmax r
r2
f 2
2
因 Rmax << r
• ①当刀尖安装得高于或低于工件轴线时， 刀具的工作前角和工作后角的变化情况：
• ②当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂 直时，刀具的工作主偏角和工作副偏角的 变化情况：
• b)进给运动对工作角度的影响： • c)非圆柱表面的工件形状的影响：
刀尖安装得高于或低于工件轴线时的工作角度
• 当刀尖高于工件轴线时： • 工作前角变大，工作后角减小。
磨时所c需tg的p角 c度tg坐0标• c系os和kr 设 tg计s时• s的in角kr 度坐标系 不同，c刃tg磨f 时 c应tg进0行• s坐in k标r 系tg间s的• c角os度kr 换算。
一、刀具切削角度的坐标平面
二、刀具标注角度的坐标
• 为了便于刀具设计者在设计刀具时的标 注，有一些理想状态的假定：
• 1）装刀时，刀尖恰在工件的中心线上； • 2）刀杆中心线垂直工件轴线； • 3）没有进给运动； • 4）工件已加工表面的形状是圆柱表面。
Vf=f·n (mm/s)
– f— 车刀每转进给量（mm/r)
– n— 工件转速（r/s)
主运动和进给运动的合成
• 和成切削运动 ： 是由主运动和进给运动合成 的运动。刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时 合成运动方向称合成切削运动方向，其速度称 合成切削速度
ve v v f
1.2 刀具切削部分组成要素
• 当刀尖没有圆弧半径 r 残留面积有直线构成其 高 Rmax 为：
Rm a x
ctgkr
f
ctgkr
残留面积及其高度
• 实际上 r 必不可少，当f较小，残留面积纯 粹由两段圆弧构成，即不含有副切削刃的直 线部分时残留面积高度 Rmax 为
Rmax r
r2
f 2
2
因 Rmax << r
• ①当刀尖安装得高于或低于工件轴线时， 刀具的工作前角和工作后角的变化情况：
• ②当车刀刀杆的纵向轴线与进给方向不垂 直时，刀具的工作主偏角和工作副偏角的 变化情况：
• b)进给运动对工作角度的影响： • c)非圆柱表面的工件形状的影响：
刀尖安装得高于或低于工件轴线时的工作角度
• 当刀尖高于工件轴线时： • 工作前角变大，工作后角减小。
磨时所c需tg的p角 c度tg坐0标• c系os和kr 设 tg计s时• s的in角kr 度坐标系 不同，c刃tg磨f 时 c应tg进0行• s坐in k标r 系tg间s的• c角os度kr 换算。
《金属切削原理》第2章[刀具材料]
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第二章刀具材料第一节刀具材料应具备的性能刀具的工作条件：高压、高温、强烈摩擦、振动、冲击、热冲击一、刀具材料应具备的性能1、 高硬度和耐磨性硬度》62HRC耐磨性与硬度、化学成分、强度、显微组织、摩擦区温度有关2、 足够的强度和韧性 动静载荷下变形小、不崩刃折断3、高耐热性高温下保持耐磨性、硬度、化学成分、强度、韧性的能力（高温硬度表示）一般以高温硬度表示4、 良好的热物理性能和耐热冲击性能 导热系数热膨胀系数5、 良好的工艺性&经济性二、刀具材料的分类第二节工具钢一、 碳素工具钢含碳量〜％的优质高碳钢T7A T8A T10A T12A工艺性好可热处理 耐磨性好淬火硬度可达HRC5〜64 价格低耐热性差250〜300 C 硬度下降（马氏体分解）碳化物分布不均匀 透性差 v 5 〜10m/mi n锉刀、丝锥、锯条、板牙等低速手动工具二、 合金工具钢高碳钢中加入合金元素（Si 、Cr 、W 、Mn 、V ）总量不超过3〜5%9SiCrCrWM n CrMn CrW5 9Mn2V 提高韧性、耐磨性、耐热性 耐热性 325〜400 C10〜15m/min 工具钢 碳素工具钢合金工具钢咼速钢 硬质合金陶瓷超硬材料人造金刚石 立方氮化硼淬火变形大淬丝锥、板牙、铰刀、搓丝板等低速机用工具三、高速钢（白钢、锋钢、风钢）含有较多合金元素（W、Cr、Mo、V 等）的高合金工具钢HRC63〜67500 〜650 C强度高工艺性好高性能HSS 高耐热性HSSS碳HSS 9W6Mo5Cr4V2（提高耐热、耐磨）高钒HSS W6Mo5Cr4V3钴HSS W2Mo9Cr4VCo8 超硬HSS 铝HSSW6Mo5Cr4V2Al粉末冶金HSS（可加大含碳量、细小均匀结晶组织、磨加工性好、物理力学性能高度各向同性、减小淬火变形、碳化物不易剥落）四、合金元素的作用W、Fe Cr、V与C形成化合物提高耐磨性W 溶于基体，增加高温硬度Mo作用同W （1% Mo = 2% W）并可细化碳化物，提高韧性Co、Al、Si、Nb （铌）提高高温硬度V 提高耐磨性（不宜超过3 %）第三节硬质合金一、组成及特点1 、组成高硬度、高熔点的重金属碳化物（WC、TiC、TaC钽、NbC铌）粉末和金属结合剂（Co、Ni）粉末冶金而成2、特点高硬度HRA89〜91强度韧性低高耐热性800〜1000C热稳定性好v是HSS的4〜10倍二、影响硬质合金性能的因素金属碳化物的种类、性能、数量、粒度、结合剂数量1 、种类和性能硬度TiO WC> TaC熔点TaC> TiC> WC强度WC> TiC> TaC导热WC> TiC> TaC2、数量、粒度、结合剂数量碳化物T-硬度T强度J结合剂T-硬度J强度T粒度J-结合剂层厚度J-硬度T强度J3、碳化物分布均匀T防止热应力和机械冲击产生裂纹Ta—碳化物颗粒细化分布均匀三、种类及牌号1、W C基类（常用）1 ）钨钴类WC－CoYG 数字为Co 含量YG3 YG6 YG8硬度；强度T2）钨钛钴类WC－TiC－CoYT 数字为TiC含量YT5 YT15 YT30硬度T强度J3）钨钴钽（铌）类WC－TaC（NbC）－Co YGAYG6A4）钨钛钴钽（铌）类WC－TiC－TaC（NbC）－Co YW 通用硬质合金YW1 YW22、TiC基类TiC—NiMoYN 钢件精加工YN10 YN053、钢结硬质合金TiC或WC 30〜40%HSS 70 〜60%粉末冶金性能介于HSS与丫之间可锻造、热处理、切削加工、制作复杂刀具四、性能特点1 、硬度、强度Co T-硬度J强度T韧性TCo相同硬度YT> YG强度韧性YG> YT硬度细晶粒>粗晶粒强度细晶粒V粗晶粒含TaC（ NbC）一硬度T强度T2、导热系数YG> YT （因WC> TiC）YG: Co t-#热系数JYT: TiC t—导热系数J3、线膨胀系数YT> YGTiC t—线膨胀系数t第四节 涂层刀具一、材料TiC （灰）：硬度高、耐磨性好、线膨胀系数与基体相近，粘结牢固TiN （金）：硬度稍低、结合稍差、摩擦系数小、抗粘结磨损AI2O3 （亮白）：类刚玉结构，高硬度，高耐磨，高温稳定TiAlN （灰蓝）：AI 含量小于50%，高温AI 渗出，形成耐高温氧化膜AITiN （灰蓝）：AI 含量超过50%TiCN （灰蓝）：金刚石（暗灰）：高硬度，高耐磨，高温不稳定MoS2 （黑灰）：高耐热性，极低摩擦系数WC/C （深灰）：中耐热性，极低摩擦系数AICrN :良好的抗氧化性和热硬度目前商业应用的还有 TiB2、CrSiN ZrN 、CrN 、TiAICN TiN-AIN 、CNx 和NbN 等材料、分类1、 层数分类 单涂层 多涂层2、 厚度分类 微米级涂层 纳米级涂层3、材料性质分类 硬涂层：在韧性较好的刀具材料上涂敷高性能的难熔金属化合物，改善材料性能 软涂层：主要成分为具有低摩擦系数的固体润滑材料，如： MoS2、WC/C 、WS2、BN 、CaF2 和TaS2等。
金属切削原理及刀具课件
刀具的磨损与破损
刀具磨损的形式与机理
刀具磨损的形式：前刀面磨损、后刀面磨损、边界磨损
刀具磨损的机理：磨料磨损、热磨损、化学磨损、疲劳磨损
刀具磨损的影响因素：切削参数、切削材料、刀具材料、刀具结构
刀具磨损的预防措施：合理选择切削参数、选用合适的切削材料、选用高耐磨损的刀具材料、优 化刀具结构
刀具磨损的监测与控制
刀具磨损的监测方法：通过观察、测量和检验等方法对刀具磨损情况进行实时监测。
刀具磨损的控制策略：采用合理的切削参数、刀具材料和涂层技术等手段，有效控制刀具磨 损。
刀具磨损的预防措施：通过改进刀具设计、提高刀具制造质量和使用高性能刀具等方法，减 少刀具磨损的可能性。
刀具磨损的应对措施：一旦发现刀具磨损，应及时采取更换刀具、调整切削参数等措施，避 免影响加工质量和效率。
刀具的维护与保养 ：正确的使用和维 护刀具，可以延长 刀具的使用寿命， 提高加工效率。
刀具的几何参数与选择
刀具的几何参数：包括前角、后角、主偏角、副偏角等，这些参数对切削 力和切削热有重要影响。
刀具的选择：根据加工材料、加工要求、刀具材料和加工条件等因素选择 合适的刀具，以确保加工质量和效率。
刀具的刃磨：刃磨可以改变刀具的几何参数，从而调整切削力和切削热， 提高加工质量和效率。
刀具的基本知识
刀具的分类与用途
刀具的分类：根据刀具的结构可分为整体式、镶嵌式和特殊形式；根据刀具的使用范围可 分为车刀、铣刀、钻头、铰刀等。
刀具的用途：刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。绝大多数的刀具是 机用的，但也有手用的，如刻刀、木工刨刀、木工铣刀等。
刀具的发展趋势：随着制造业的发展，刀具行业正朝着高效化、智能化、精细化方向发展。
机械制造基础第二章金属切削原理与刀具
切削用量与切削层参数
黑龙江大学机电工程学院
金属切削原理与刀具
二、刀具角度
1.刀具切削部分的组成
三面两刃一尖 前(刀)面 主后(刀)面 副后(刀)面 主切削刃 副切削刃 刀尖
黑龙江大学机电工程学院
金属切削原理与刀具
其它各类刀具，都可以看作是车刀的演变和组合
黑龙江大学机电工程学院
其中：dw—工件待加工表面的直径，(mm) dm—工件已加工表面的直径，(mm)
• 对于钻孔工作
ap
dm 2
黑龙江大学机电工程学院
金属切削原理与刀具
(2).切削层参数
在切削过程中，工件每转一转或刀具每转一齿，刀 具主切削刃相邻两位置间的一层金属，称为切削层
• 切削层公称宽度aw： 沿过渡表面测量的切削层尺寸 aw反映了切削刃参加切削的工作长度 aw=ap/sinkr
刀具安装位置对工作角度的影响 • 车刀安装高度对工作角度的影响 • 车刀安装偏斜对工作角度的影响
黑龙江大学机电工程学院
金属切削原理与刀具
不考虑进给运动，当刀尖安装得高于或低于工件 轴线时，将引起工作前角γoe和工作后角αoe的变化
黑龙江大学机电工程学院
金属切削原理与刀具
当车刀刀杆的纵 向轴线与进给方向 不垂直时，将会引 起工作主偏角κre和 工作副偏角κre‘的 变化
金属切削原理与刀具
• 镗刀：
多用于箱体孔的粗、精加工，可分为单刃和多刃镗刀
微调镗刀 1-刀片 2-镗杆 3-导向键 4-紧固螺钉 5-精调螺母 6-刀块
黑龙江大学机电工程学院
金属切削原理与刀具
(3).铣刀
按用途分 • 圆柱铣刀 • 端铣刀 • 盘形铣刀 • 立铣刀 • 键槽铣刀 • 角度铣刀 • 成形铣刀
黑龙江大学机电工程学院
金属切削原理与刀具
二、刀具角度
1.刀具切削部分的组成
三面两刃一尖 前(刀)面 主后(刀)面 副后(刀)面 主切削刃 副切削刃 刀尖
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金属切削原理与刀具
其它各类刀具，都可以看作是车刀的演变和组合
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其中：dw—工件待加工表面的直径，(mm) dm—工件已加工表面的直径，(mm)
• 对于钻孔工作
ap
dm 2
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金属切削原理与刀具
(2).切削层参数
在切削过程中，工件每转一转或刀具每转一齿，刀 具主切削刃相邻两位置间的一层金属，称为切削层
• 切削层公称宽度aw： 沿过渡表面测量的切削层尺寸 aw反映了切削刃参加切削的工作长度 aw=ap/sinkr
刀具安装位置对工作角度的影响 • 车刀安装高度对工作角度的影响 • 车刀安装偏斜对工作角度的影响
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金属切削原理与刀具
不考虑进给运动，当刀尖安装得高于或低于工件 轴线时，将引起工作前角γoe和工作后角αoe的变化
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金属切削原理与刀具
当车刀刀杆的纵 向轴线与进给方向 不垂直时，将会引 起工作主偏角κre和 工作副偏角κre‘的 变化
金属切削原理与刀具
• 镗刀：
多用于箱体孔的粗、精加工，可分为单刃和多刃镗刀
微调镗刀 1-刀片 2-镗杆 3-导向键 4-紧固螺钉 5-精调螺母 6-刀块
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金属切削原理与刀具
(3).铣刀
按用途分 • 圆柱铣刀 • 端铣刀 • 盘形铣刀 • 立铣刀 • 键槽铣刀 • 角度铣刀 • 成形铣刀
第2章金属切削基础知识与刀具PPT课件
第2章金属切削基础知识与刀具
2.1
金属切削基本概念
【学习目标】
2.2
1．了解金属切削加工
基本概念 2．掌握刀具角度及其
2.3
功用，熟悉刀具材料、 刀具磨损及耐用度相
2.4
关知识
3．了解金属切削过程 2.5
及切屑控制，能合理
选用切削用量
2.6
4．熟悉工件材料切削
加工性能和切削液的 2.7 选用
2.8
Page 1
Page 3
2.1运动把切削层不断地投入 切削，以完成对一个表面切削的运动 是进给运动，如车削时刀具的走刀运 动（见书中图2-1），刨削时工件的 间歇进给运动（见书中图2-2），钻 削加工中的钻头、铰刀的轴向移动， 铣削时的工件的纵向、横向移动等。 进给运动速度小，消耗的功率少。切 削加工中进给运动可以是1个、2个或 多个，甚至可能没有，如拉床。进给 运动可连续可间断。
车外圆时，若车刀主切削刃为直线，则： hD = fsinr
2．切削层公称宽度bD 切削层公称宽度bD是沿过渡表面测量的切削层尺寸。它反映了 切削刃参加切削的工作长度。当车刀主切削刃为直线时，外圆车削
的切削层公称宽度为： bD =ap/sinr
3．切削层公称横截面积AD 在切削层尺寸平面内切削层的实际横截面积称作切削层公称横 截面积AD： AD= bD hD = ap f
1．切削速度
（1）主轴转速n。主轴转速是指主轴在单位时间内的转数，是表示 机床主运动的性能参数，用符号n表示，其单位是r/min或r/s。
（2）切削速度vc 。切削速度是刀具切削刃上选定点相对于工件的 主运动的瞬时速度（线速度），用符号vc表示，单位为m/min或m/s。
外圆车削或用旋转刀具切削加工时的切削速度计算公式为：
2.1
金属切削基本概念
【学习目标】
2.2
1．了解金属切削加工
基本概念 2．掌握刀具角度及其
2.3
功用，熟悉刀具材料、 刀具磨损及耐用度相
2.4
关知识
3．了解金属切削过程 2.5
及切屑控制，能合理
选用切削用量
2.6
4．熟悉工件材料切削
加工性能和切削液的 2.7 选用
2.8
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2.1运动把切削层不断地投入 切削，以完成对一个表面切削的运动 是进给运动，如车削时刀具的走刀运 动（见书中图2-1），刨削时工件的 间歇进给运动（见书中图2-2），钻 削加工中的钻头、铰刀的轴向移动， 铣削时的工件的纵向、横向移动等。 进给运动速度小，消耗的功率少。切 削加工中进给运动可以是1个、2个或 多个，甚至可能没有，如拉床。进给 运动可连续可间断。
车外圆时，若车刀主切削刃为直线，则： hD = fsinr
2．切削层公称宽度bD 切削层公称宽度bD是沿过渡表面测量的切削层尺寸。它反映了 切削刃参加切削的工作长度。当车刀主切削刃为直线时，外圆车削
的切削层公称宽度为： bD =ap/sinr
3．切削层公称横截面积AD 在切削层尺寸平面内切削层的实际横截面积称作切削层公称横 截面积AD： AD= bD hD = ap f
1．切削速度
（1）主轴转速n。主轴转速是指主轴在单位时间内的转数，是表示 机床主运动的性能参数，用符号n表示，其单位是r/min或r/s。
（2）切削速度vc 。切削速度是刀具切削刃上选定点相对于工件的 主运动的瞬时速度（线速度），用符号vc表示，单位为m/min或m/s。
外圆车削或用旋转刀具切削加工时的切削速度计算公式为：
金属切削原理与刀具(课)课件
切削和高硬度材料加工。
立方氮化硼
具有极高的硬度，适用于加工 高硬度材料，如淬火钢和硬质
合金。
刀具结构
切削刃
刀柄
刀槽
刀面
刀具上用于切削的锋利 部分，其形状和角度对 切削效果有很大影响。
连接刀具和机床的部分， 要求具有足够的刚性和 稳定性。
为了容纳切屑和增强排 屑效果，在刀具上设置
的凹槽。
刀具上与工件接触的部 分，要求具有较低的摩 擦系数和较高的耐磨性。
切屑的控制
切屑控制是金属切削过程中的重要环节，通过合理选择刀具 几何形状、切削用量和冷却润滑条件，可以有效地控制切屑 的形状、大小和排出方向，避免切屑对刀具和加工表面的损伤。
切削力与切削振 动
切削力
切削过程中，刀具对工件施加压力，使工件产生变形和切屑，这个力称为切削力。 切削力的大小直接影响切削效率和加工质量，是金属切削过程中的重要参数。
进给量定义
工件或刀具在单位时间内 沿进给方向相对于刀具的 移动量。
切削热与切削温度
切削热的产生
切削温度对加工的影响
切削过程中因克服工件与刀具之间的 摩擦以及工件材料的弹性变形和塑性 变形而产生大量的热量。
切削温度过高会导致刀具磨损加剧， 工件表面质量下降，甚至引起刀具和 工件的变形，影响加工精度。
切削温度的影响因素
切削温度主要受切削用量、刀具几何 参数、刀具材料和工件材料等因素的 影响。
02
金属切削刀具
刀具材料
01
02
03
04
硬质合金
具有高硬度、高耐磨性和良好 的高温性能，广泛应用于切削
刀具。
高速钢
具有较好的韧性和热稳定性， 常用于制造复杂刀具和大型刀
立方氮化硼
具有极高的硬度，适用于加工 高硬度材料，如淬火钢和硬质
合金。
刀具结构
切削刃
刀柄
刀槽
刀面
刀具上用于切削的锋利 部分，其形状和角度对 切削效果有很大影响。
连接刀具和机床的部分， 要求具有足够的刚性和 稳定性。
为了容纳切屑和增强排 屑效果，在刀具上设置
的凹槽。
刀具上与工件接触的部 分，要求具有较低的摩 擦系数和较高的耐磨性。
切屑的控制
切屑控制是金属切削过程中的重要环节，通过合理选择刀具 几何形状、切削用量和冷却润滑条件，可以有效地控制切屑 的形状、大小和排出方向，避免切屑对刀具和加工表面的损伤。
切削力与切削振 动
切削力
切削过程中，刀具对工件施加压力，使工件产生变形和切屑，这个力称为切削力。 切削力的大小直接影响切削效率和加工质量，是金属切削过程中的重要参数。
进给量定义
工件或刀具在单位时间内 沿进给方向相对于刀具的 移动量。
切削热与切削温度
切削热的产生
切削温度对加工的影响
切削过程中因克服工件与刀具之间的 摩擦以及工件材料的弹性变形和塑性 变形而产生大量的热量。
切削温度过高会导致刀具磨损加剧， 工件表面质量下降，甚至引起刀具和 工件的变形，影响加工精度。
切削温度的影响因素
切削温度主要受切削用量、刀具几何 参数、刀具材料和工件材料等因素的 影响。
02
金属切削刀具
刀具材料
01
02
03
04
硬质合金
具有高硬度、高耐磨性和良好 的高温性能，广泛应用于切削
刀具。
高速钢
具有较好的韧性和热稳定性， 常用于制造复杂刀具和大型刀
金属切削原理PPT全套课件
实际上，除了由上述切削平面和基面组成的 参考平面系以外，还应该有一个平面作为标注和 测量刀具前，后刀面角度用的 “测量平面”。通 常根据刃磨和测量的需要与方便，可以选用不同 的平面作为测量平面。在刀刃上同一选定点测量 其角度时，如果测量平面选得不同，刀具角度的 大小也就不同。
测量平面和参考平面系就组成了所谓的刀具 标注角度参考系。目前各个国家由于选用的测量 平面不同，所以采用的刀具标注角度参考系也不 完全同意。现在以常用的外圆车刀为例，来说明 几种不同的刀具标注角度参考系。
三 切削用量
所谓切削用量是指切削速度，进给量和背吃 刀量三者的总称。它们分别定义如下：
１. 切削速度v 它是切削加工时，刀刃上选
定点相对于工件的主运动的速度．刀刃上各点的 切削速度可能是不同的。
当主运动为旋转运动时，刀具或工件最大直 径处的切削速度由下式确定：
式中 d——完成主运动的刀具或工件的最大直径 （mm）；
度参考平面的切削平面和基面定义如下：
１. 切削平面是通过刀刃上选定点，切于工 件过渡表面的平面。在切削平面内包含有刀刃在 该定点的切线，和由主运动与进给运动合成的切 削运动向量（简称合成切削运动向量）。
２. 基面是通过刀刃上选定点，垂直于该点 合成切削运动向量的平面。显然，刀刃上同一点 的基面和切削平面是相互垂直的。
在基本技能方面，应具有根据加工条件合理 选择刀具材料，刀具几何参数的能力；应具有根 据加工条件，和用资料，手册及公式，计算切削 力和切削功率的能力；应具有根据加工条件，从 最大生产率或最低加工成本出发，合理选择切削
用量的能力；应初步具有利用常用仪器设备进行 切削变形，切削力，切削温度，刀具磨损和砂轮 磨损等测试的技能，并具有对实验数据进行处理 和分析的能力。
金属切削原理及刀具.pptx
直接作用于被切削的金属层，并控制切屑沿其排出的刀
造 面。
要 素
根据前刀面与主、副切削刃相毗邻的情况分为：
主前刀面： 与主切削刃毗邻的称为主前刀面；
副前刀面： 与副切削刃毗邻的称为副前刀面。
(2)后刀面
后刀面分为主后刀面与副后刀面。
主后刀面：是指与工件上加工表面相互作用和相对着的
刀面；
副后刀面：是与工件上已加工表面相互作用和相对着的
系 这些夹角就是刀具切削部分的几何角度。
工作角度：把刀具同工件和切削运动联系起来确定的刀
具角度，即刀具在使用状态下(in use)的角度。
刀具标注角度参考系：任何一把刀具，在使用之前，总
可以知道它将要安装在什么机床上，将有怎样的切削运动，
因此也可以预先给出假定的工作条件，并以此确定刀具标
注角度参考系（所谓的“静止参考系” ）。
刀具标注角度参考系。
考 图中同时也表示了一
系 个由Pn-Pr- Ps 组成
的法剖面参考系。在
实际使用时一般是分
别使用某一个参考系。
第16页/共66页
刀 具 标
(5)进给剖面 Pf 和背平面Pp及 其组成的进给、背平面参考系
注 角 度 的
进给剖面Pf是通过切削刃选定 点，平行于进给运动方向并垂直 于基面Pr的平面。通常，它也平
定 义
下图所示三把刀具的标注角度完全相同，但由于合成切 削运动方向不同，后刀面与加工表面之间的接触和摩擦的
实际情形有很大的不同：
(a)
第18页(b/)共66页
(c)
刀 具
图(a)，刀具后刀面同工件已加工表面之间有适宜的
工 作 角
间隙，切削情况正常； 图(b)，刀具的背棱顶在已加工表面上，切削刃无法
金属切削刀具材料.ppt
可转位刀片可装夹在各种数控机床的刀杆、刀夹或刀盘 上，用于高可靠性的大批量加工。
超硬刀具
(2) PCBN金属切削刀具
PCBN刀具结构：焊接式和可转位式刀片两类。 焊接式PCBN刀具是将PCBN刀坯焊接在钢基体上经刃磨 而成，主要有车刀、镗刀、铰刀等。 被切削工件：耐磨黑色金属的加工。 转位结构的PCBN刀片（主要为车刀片和铣刀片）一般 是在可转位硬质合金刀片的一个角上镶焊一块PCBN刀 坯，经刃磨而成。
应用：加工形成长屑的钢材等塑性材料。
注意：当加工淬硬钢、高强度钢和奥氏体不锈钢等难加 工材料时，由于切削力大，且集中在切削刃附近，如选用YT 类硬质合金易造成崩刃，故选用YG类硬质合金更为合适。
(3) 含添加剂的硬质合金。是在YG类、YT类硬质合金的基 础上加入适当的添加剂(合金碳化物TaC、NbC)所形成的硬质 合金新品种。如：YA6、YW1和YW2等几种，其中YW类又称 为通用硬质合金。
超硬刀具
超硬刀具主要包括金刚石刀具和立方氮化硼刀具，其 中以人造金刚石复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合片 (PCBN)刀具占主导地位 (1) PCD金属切削刀具
PCD刀具：高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数 工件：有色金属及耐磨非金属材料
超硬刀具
刀具结构：焊接式PCD刀具和可转位式PCD刀片。
我国的新型刀具
添加稀土元素的硬质合金是刀具材料新品种之一。我国 稀土元素资源丰富，对稀土硬质合金的研究开发，领先 于其他国家。 经过测试，添加稀土元素后硬质合金的组织比较致密； 室温硬度和高温硬度有所改善；断裂韧性和抗弯强度显 著提高，分别提高20%和10%以上。
通过一些试验，稀土硬质合金与无稀土元素的原刀片相 比，耐磨性和使用寿命均有不同程度的提高。
超硬刀具
(2) PCBN金属切削刀具
PCBN刀具结构：焊接式和可转位式刀片两类。 焊接式PCBN刀具是将PCBN刀坯焊接在钢基体上经刃磨 而成，主要有车刀、镗刀、铰刀等。 被切削工件：耐磨黑色金属的加工。 转位结构的PCBN刀片（主要为车刀片和铣刀片）一般 是在可转位硬质合金刀片的一个角上镶焊一块PCBN刀 坯，经刃磨而成。
应用：加工形成长屑的钢材等塑性材料。
注意：当加工淬硬钢、高强度钢和奥氏体不锈钢等难加 工材料时，由于切削力大，且集中在切削刃附近，如选用YT 类硬质合金易造成崩刃，故选用YG类硬质合金更为合适。
(3) 含添加剂的硬质合金。是在YG类、YT类硬质合金的基 础上加入适当的添加剂(合金碳化物TaC、NbC)所形成的硬质 合金新品种。如：YA6、YW1和YW2等几种，其中YW类又称 为通用硬质合金。
超硬刀具
超硬刀具主要包括金刚石刀具和立方氮化硼刀具，其 中以人造金刚石复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合片 (PCBN)刀具占主导地位 (1) PCD金属切削刀具
PCD刀具：高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数 工件：有色金属及耐磨非金属材料
超硬刀具
刀具结构：焊接式PCD刀具和可转位式PCD刀片。
我国的新型刀具
添加稀土元素的硬质合金是刀具材料新品种之一。我国 稀土元素资源丰富，对稀土硬质合金的研究开发，领先 于其他国家。 经过测试，添加稀土元素后硬质合金的组织比较致密； 室温硬度和高温硬度有所改善；断裂韧性和抗弯强度显 著提高，分别提高20%和10%以上。
通过一些试验，稀土硬质合金与无稀土元素的原刀片相 比，耐磨性和使用寿命均有不同程度的提高。
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按刀具所用材料分： 高速钢刀具、硬质合金刀具、 陶瓷刀具、金刚石刀具等。
刀具材料应具备的性质
刀具切削部分承受较大的（1）切削压力（2） 切削温度（3）剧烈摩擦（4）冲击振动
因此刀具材料应具备以下性能：
1、高硬度：刀具材料硬度要高于被加工材料的硬度， 切削刃的硬度一般在HRC60以上。 2、高耐磨性：抗磨损能力，硬度，耐磨性，金相组 织中硬质点（氮化物，碳化物）的硬度高，耐磨性 好，硬质点数量多，颗粒越小，分布均匀，则耐磨 性越好。
选择刀具材料时，各性能之间相互矛盾，如强 度，则硬度高；耐磨，则加工工艺困难，要抓 住主要矛盾。
二、刀具材料类型：
工具钢（碳素工具钢、合金工具钢、高速钢）
硬质合金
最常用
陶瓷
超硬材料（金刚石、立方氮化硼 ）
工具钢耐热性差，但抗弯强度好，价格便宜，焊接 与刃磨性好，故广泛用于中低速切削的成形刀具， 不宜高速切削。如：碳素工具钢(如T10A、T12A)及合金
7、切削加工性能的可预测性： 为适应切削加工自动化和柔性制造系统的发展，
要求刀具磨损及刀具耐用度等具有良好的可预测性。
刀具切削部分材料性能的基本要求
①高的硬度； ③高的耐热性(热稳定性) ⑤良好的工艺性。
②高的耐磨性； ④足够的强度和韧性；
总之，刀具应具备的性能主要就这四个方面， 当然还有经济性、切削性能的可预测性等要 求。
硬质合金的分类及使用性能
ISO-513-2004（国际标准化组织）将切削用 硬质合金分三大类，在此基础上增加了H、S、 N三类： P类：用于加工长切屑的钢类材料，相当于
我国的YT、YC、SC类。 M类：用于加工长或短切屑的黑色金属和有
色金属。 YW、YM类 K类：用于加工短切屑的黑色金属（铸铁）， 有色金属和非金属材料 YG、YD类
特点：
1、较高的热稳定性：切削温度高达500- 650℃， 与碳素工具钢，合金工具钢相比，切削速度提高 1-3倍，耐用度提高10-40倍，可加工有色金属至高 温合金（范围广）。 2、高强度，韧性：抗弯强度为硬质合金的2-3倍 数，是陶瓷的5-6倍，韧性比它们高几十倍。 3、一定的硬度（HRC63-70）：耐磨性好，适合 各类切削刀具的要求，也可用于在刚性较差的机 床上加工。 4、刀具制造工艺简单：能锻造，制作形状复杂刀 具，大型成型刀具（这一点极为重要）如钻头、 丝锥、成型刀具、拉刀、齿轮刀具。
表面质量好。
5、良好的工艺性：便于刀具制造，（1）锻造性能 （2）热处理性能（3）高温塑性变形（4）容削加工 性能（5）焊接性能 6、经济性：（1）刀具材料发展结合本国资源，资 源丰富，则成本极低（2）有的刀具材料（超硬刀具 材料）虽然单件成本贵，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。
第二章 刀具材料
基本要求
（1）熟悉刀具材料应具备的性能； （2）掌握常用刀具材料：高速钢、硬质合金的性
能、常用牌号及选用； （3）了解新的刀具材料，如涂层硬质合金、陶瓷
材料、超硬刀具材料的性能及应用； （4）对刀具材料在金属切削中的重要作用有所了
解。
§2-1 概述
刀具材料是指刀具切削部分的材料。合理选择刀具 材料影响到： （1）切削加工生产率 （2）刀具耐用度 （3）刀具消耗和加工成本 （4）加工精度和表面质量
合金工具钢
在碳素工具钢中加入一定量的铬（Cr）、钨（ W）、锰（Mn）等合金元素，能够提高材料的 耐热性、耐磨性和韧性，同时还可以减少热处 理时的变形。 1、主要牌号 有 9SiCr CrWMn 2、主要性能 淬火后的硬度可达HRC61～65， 红硬性为300℃～400℃，允许切削速度Vc=10 ～15m/min,制作低速、形状比较复杂、要求淬 火后变形小的刀具。如板牙、拉刀、手用铰刀 （孔的精加工）等。
转位铣刀等刀体用合金工具钢制作。如9CrSi， GCr15（滚铬15）。 尺寸较小、刚度较差的精密孔加工刀具，可选用整 体硬质合金制作。
§2-2 高速钢
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。 别名：
（风钢）良好的淬透性，空气中冷却就可 得到高硬度。
（锋钢）刃容锋利。 （白钢）磨光后，表面光亮。
H类：用于加工淬火钢、硬铸铁，可实现高速切削 切 削 高 硬 度 的 工 件 。 PCBN 即 聚 晶 立 方 氮 化 硼 （ Polycrystalline
Cubic Boron Nitride）作为利用人工方法合成的硬度仅次于天然金刚石 的新型刀具材料，是目前高速切削铁系金属最合适的刀具材料。
3、足够的强度与韧性：抗冲击，承受各种应 力而不崩刃、折断。与硬度、耐磨性相矛盾。 4、高的耐热性与化学稳定性： 耐热性（红硬性）：高温下保持材料硬度、 耐磨性、强 度、韧性韧性越好，切削速度越 高。 化学稳定性：（热稳定性）：高温下抗氧化，
不与工件材料和介质发生化学反应， （抗氧化、粘结、扩散）刀具磨损慢，
工具钢(如9SiCr、CrWMn)，因耐热性较差——通常仅用于
手工工具和切削速度较低的刀具。
硬质合金耐热性好，切削效率高，但刀片强度、韧 性、焊接刃磨性不及工具钢，多用于制作车刀仅用于较为有限 的场合。
目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工 具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷等。
S类：用于加工高温合金及耐热材料。包含PVD涂层 合金（PVD是英文Physical Vapor Deposition（物理气相沉积）的
缩写，是指在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利 用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场
的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。）及超细 颗粒硬质合金，CBN（立方氮化硼，缩写为：CBN或cBN。目前，
在自然界还没有找到这种物质的存在，是人工合成的一种超硬材
料。 ）及氮碳化硼材料。 N类：用于高速切削有色金属（铝合金、非金属的纤维
强化型塑料），如PCD金刚石（又名聚晶金刚石）
刀体材料
刀体一般用普通碳钢或合金钢制作。 尺寸较小或切削负荷大的刀具宜选用合金工具钢或
整体高速钢制作。 机夹、可转位硬质合金刀具，镶硬质合金钻头、可
碳素工具钢
碳素工具钢是一种含C量较高的优质钢（含C一 般为0.65～1.35%）。
1、常用牌号有 T7A、T8A……T13A等 2、主要性能 淬火后硬度较高，可达HRC61～65； 红硬性为200℃～250℃，价格低廉，不耐高温，切 削速度因此而不能提高，允许切削速度 VC≤10m/min,只能制作低速手用刀具，如板牙、锯 条、锉等。
刀具材料应具备的性质
刀具切削部分承受较大的（1）切削压力（2） 切削温度（3）剧烈摩擦（4）冲击振动
因此刀具材料应具备以下性能：
1、高硬度：刀具材料硬度要高于被加工材料的硬度， 切削刃的硬度一般在HRC60以上。 2、高耐磨性：抗磨损能力，硬度，耐磨性，金相组 织中硬质点（氮化物，碳化物）的硬度高，耐磨性 好，硬质点数量多，颗粒越小，分布均匀，则耐磨 性越好。
选择刀具材料时，各性能之间相互矛盾，如强 度，则硬度高；耐磨，则加工工艺困难，要抓 住主要矛盾。
二、刀具材料类型：
工具钢（碳素工具钢、合金工具钢、高速钢）
硬质合金
最常用
陶瓷
超硬材料（金刚石、立方氮化硼 ）
工具钢耐热性差，但抗弯强度好，价格便宜，焊接 与刃磨性好，故广泛用于中低速切削的成形刀具， 不宜高速切削。如：碳素工具钢(如T10A、T12A)及合金
7、切削加工性能的可预测性： 为适应切削加工自动化和柔性制造系统的发展，
要求刀具磨损及刀具耐用度等具有良好的可预测性。
刀具切削部分材料性能的基本要求
①高的硬度； ③高的耐热性(热稳定性) ⑤良好的工艺性。
②高的耐磨性； ④足够的强度和韧性；
总之，刀具应具备的性能主要就这四个方面， 当然还有经济性、切削性能的可预测性等要 求。
硬质合金的分类及使用性能
ISO-513-2004（国际标准化组织）将切削用 硬质合金分三大类，在此基础上增加了H、S、 N三类： P类：用于加工长切屑的钢类材料，相当于
我国的YT、YC、SC类。 M类：用于加工长或短切屑的黑色金属和有
色金属。 YW、YM类 K类：用于加工短切屑的黑色金属（铸铁）， 有色金属和非金属材料 YG、YD类
特点：
1、较高的热稳定性：切削温度高达500- 650℃， 与碳素工具钢，合金工具钢相比，切削速度提高 1-3倍，耐用度提高10-40倍，可加工有色金属至高 温合金（范围广）。 2、高强度，韧性：抗弯强度为硬质合金的2-3倍 数，是陶瓷的5-6倍，韧性比它们高几十倍。 3、一定的硬度（HRC63-70）：耐磨性好，适合 各类切削刀具的要求，也可用于在刚性较差的机 床上加工。 4、刀具制造工艺简单：能锻造，制作形状复杂刀 具，大型成型刀具（这一点极为重要）如钻头、 丝锥、成型刀具、拉刀、齿轮刀具。
表面质量好。
5、良好的工艺性：便于刀具制造，（1）锻造性能 （2）热处理性能（3）高温塑性变形（4）容削加工 性能（5）焊接性能 6、经济性：（1）刀具材料发展结合本国资源，资 源丰富，则成本极低（2）有的刀具材料（超硬刀具 材料）虽然单件成本贵，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。
第二章 刀具材料
基本要求
（1）熟悉刀具材料应具备的性能； （2）掌握常用刀具材料：高速钢、硬质合金的性
能、常用牌号及选用； （3）了解新的刀具材料，如涂层硬质合金、陶瓷
材料、超硬刀具材料的性能及应用； （4）对刀具材料在金属切削中的重要作用有所了
解。
§2-1 概述
刀具材料是指刀具切削部分的材料。合理选择刀具 材料影响到： （1）切削加工生产率 （2）刀具耐用度 （3）刀具消耗和加工成本 （4）加工精度和表面质量
合金工具钢
在碳素工具钢中加入一定量的铬（Cr）、钨（ W）、锰（Mn）等合金元素，能够提高材料的 耐热性、耐磨性和韧性，同时还可以减少热处 理时的变形。 1、主要牌号 有 9SiCr CrWMn 2、主要性能 淬火后的硬度可达HRC61～65， 红硬性为300℃～400℃，允许切削速度Vc=10 ～15m/min,制作低速、形状比较复杂、要求淬 火后变形小的刀具。如板牙、拉刀、手用铰刀 （孔的精加工）等。
转位铣刀等刀体用合金工具钢制作。如9CrSi， GCr15（滚铬15）。 尺寸较小、刚度较差的精密孔加工刀具，可选用整 体硬质合金制作。
§2-2 高速钢
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。 别名：
（风钢）良好的淬透性，空气中冷却就可 得到高硬度。
（锋钢）刃容锋利。 （白钢）磨光后，表面光亮。
H类：用于加工淬火钢、硬铸铁，可实现高速切削 切 削 高 硬 度 的 工 件 。 PCBN 即 聚 晶 立 方 氮 化 硼 （ Polycrystalline
Cubic Boron Nitride）作为利用人工方法合成的硬度仅次于天然金刚石 的新型刀具材料，是目前高速切削铁系金属最合适的刀具材料。
3、足够的强度与韧性：抗冲击，承受各种应 力而不崩刃、折断。与硬度、耐磨性相矛盾。 4、高的耐热性与化学稳定性： 耐热性（红硬性）：高温下保持材料硬度、 耐磨性、强 度、韧性韧性越好，切削速度越 高。 化学稳定性：（热稳定性）：高温下抗氧化，
不与工件材料和介质发生化学反应， （抗氧化、粘结、扩散）刀具磨损慢，
工具钢(如9SiCr、CrWMn)，因耐热性较差——通常仅用于
手工工具和切削速度较低的刀具。
硬质合金耐热性好，切削效率高，但刀片强度、韧 性、焊接刃磨性不及工具钢，多用于制作车刀仅用于较为有限 的场合。
目前在切削加工中常用的刀具材料有：碳素工 具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷等。
S类：用于加工高温合金及耐热材料。包含PVD涂层 合金（PVD是英文Physical Vapor Deposition（物理气相沉积）的
缩写，是指在真空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利 用气体放电使靶材蒸发并使被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场
的加速作用，使被蒸发物质及其反应产物沉积在工件上。）及超细 颗粒硬质合金，CBN（立方氮化硼，缩写为：CBN或cBN。目前，
在自然界还没有找到这种物质的存在，是人工合成的一种超硬材
料。 ）及氮碳化硼材料。 N类：用于高速切削有色金属（铝合金、非金属的纤维
强化型塑料），如PCD金刚石（又名聚晶金刚石）
刀体材料
刀体一般用普通碳钢或合金钢制作。 尺寸较小或切削负荷大的刀具宜选用合金工具钢或
整体高速钢制作。 机夹、可转位硬质合金刀具，镶硬质合金钻头、可
碳素工具钢
碳素工具钢是一种含C量较高的优质钢（含C一 般为0.65～1.35%）。
1、常用牌号有 T7A、T8A……T13A等 2、主要性能 淬火后硬度较高，可达HRC61～65； 红硬性为200℃～250℃，价格低廉，不耐高温，切 削速度因此而不能提高，允许切削速度 VC≤10m/min,只能制作低速手用刀具，如板牙、锯 条、锉等。