第四章 刀具的磨损
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应用
用于加工铝合金．无线铜．黄铜．非电解镍等 有色金属和某些非金属材料 用于加工陀螺仪，激光反射镜，天文望还镜的 反射镜
表面粗糙度 Ra0.02---0.005 mm 精度＜0.01 mm
20
21
22
三、刀具的磨损形态
23
刀具磨损量表示
24
25
四、刀具的磨损机理 1、刀具磨损的特征
5
3、高速钢 高速钢通过适当的热处理，可使硬度显著提高，较工具钢有出色的耐磨 性和韧性，可以以较高的速度切削。为了提高耐磨性可以对刀具作涂层 处理。
4、司太立合金
铸造合金中具有代表性的是司太立合金，其切削性能介于硬质合金和高 速钢之间。主要成分：1.5-3.5%C、40-50%Co、12-20%W、20-35%Cr 和5%以下的Fe。 5、硬质合金
第四章 刀具磨损
1
0、基本概念
1.刀具的磨损形式
刀具的耐用度与切削 加工性能有直接关系
图 刀具的磨损形式 a）后面磨损 b）前面磨损 c）前、后面同时磨损
2
磨损过程，大致分三个阶段:
初期磨损阶段 正常磨损阶段 急剧磨损阶段
2、刀具寿命的概念
刀具总寿命是新刀具从开始使用起，至完全报废为止的总切 削时间。它与刀具寿命是两个不同的概念。刀具总寿命等于刀具 报废前的刀具总寿命乘以允许的刃磨次数。
4
刀具的性能与刀具的材料、刀具的磨损、刀具的耐用度 有直接的关系
一、刀具的材 料
1、炭素工具钢
炭素工wk.baidu.com钢是含有0.60—1.50%C的碳素钢，热处理后容易得到一定程 度的硬度及韧性，300℃以上切削部分不能使用。
2、合金工具钢
在炭素工具钢中加入特殊元素即成为和金刚具钢，合金元素主要有： Mn、Ni、Co、Mo、V。用于切削刀具、耐冲击刀具、冷加工金属模具、 热加工金属模具。在切削性能上比高速钢差。
在提高原料纯度、改进制造工艺和加人添加剂等方面做了很多工作，使
陶瓷刀具的性能得到改善。例如，近些年来出现的晶须强化陶瓷刀具，
其韧性有很大提高，而且保持了陶瓷材料的高硬度、热硬性好及耐磨等
优点，使其高速加工的性能更好。
12
9、立方氮化硼刀具
PCBN具有较高的硬度和耐磨性，在高温下不与铁族金属起反应的化 学惰性，因此主要用于高硬度材料及难加工材料的切削加工，如淬硬钢、 高合金耐磨铸铁、高温合金、高速钢、表面喷焊材料、烧结金属材料等 难加工材料的切削加工。
陶瓷刀具的主要缺点是强度和韧性差，热导率低。其热导率仅是
硬质合金的 1 / 2 一 1 / 3 ，而线膨胀系数却比硬质合金高出 10 ％一 30
% ，因而抗热冲击性能也差。当温度突变时，容易产生裂纹，导致刀
片破损。用陶瓷刀具进行切削时，不宜使用切削液。
近些年来，国内外在改善陶瓷刀具性能的研究上有了很大进展，
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CBN刀具
14
15
10、金刚石刀具
16
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金刚石的性能
指标
金刚石
显微硬度 86—106
莫氏硬度 10
导热系数 142
热膨胀系数 0.9-1.45
研磨能力 0.77--1
单位 KN/mm2 ---W/ (m*k) 10-6/K
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在符合条件的机床和加 工环境条件下，可以得 到表面粗糙度Ra0.02— 0.005um, 精度〈0.01um 的加工表面
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2、刀具磨损的机理
29
30
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32
五、刀具的磨损理论分析 1、前刀面磨损分析
33
34
2、后刀面磨损
35
36
六、刀具耐用度的判定标准及耐用方程
37
38
39
七、影响刀具耐用度的因素
40
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42
43
44
习题 1、主要应用刀具的材料有哪些？及特性。
2、试说明求刀具耐用度方程的方法。 3、试对刀具的磨损机理大致进行分类，并予以说明。
硬质合金是在W、Ti、Ta等碳化物的微粉中加入Co微粉作粘结剂，加压 烧结1400℃而成。
6
7
6、金属陶瓷刀具
8
7、涂层刀具
涂层炉内的真空度要被抽得很高，高到0.01Pa，以防止空气中的氧气影响涂层质量。
9
涂层刀具的发展
硬膜涂层技术起源于上世纪的五、六十年代，用CVD方法对硬质合金可转位刀片 进行TiN涂层以提高切削性能的实践较早。但CVD技术的涂层温度太高，不能用 于高速钢刀具的涂层。PVD方法的涂层温度可以设定在80°C-480°C，所以，很 好地解决了高速钢刀具的涂层问题，但真正开始在市场上推广的是八十年代。 1980年在德国Stuttgart的展览会上德国G公司首次展出了涂了TiN的金黄色高速 钢钻头，在刀具业里引起了很大的轰动。但当时普遍认为涂层成本太高，不可能 得到推广。
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涂层设备
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8、陶瓷刀具
氧化铝陶瓷刀具是以氧化铝（ Al2O3 ）为主要成分，热压或冷压成形 并在高温下烧结而成的一种刀具材料。和硬质合金相比，具有硬度高、 耐磨性好（是一般硬质合金的 5 倍）、耐高温、化学稳定性和抗粘接 性能好以及摩擦系数低等优点，因此适合于高速切削。陶瓷刀具允许 的切削速度比硬质合金高 3 一 6 倍。
事实是，刀具（钻头、铣刀等）的TiN涂层在八十年代的欧美等工业国家 里已被迅速推广。九十年代出现了TiAlN及其复合涂层，也被迅速推广。
到了现在，涂层的种类已经很多，其性能也大大提高。TiN, TiAlN, TiCN, TiC, CrN等是最常见不过的涂层品种，DLC已开始推广，最近由涂 层新秀星弧涂层公司推出的ta-C涂层的硬度已高至HV7000！
3
3.刀具的磨损原因 （1）磨粒磨损
（2）粘结磨损
（3）扩散磨损
（4）相变磨损
（5）氧化磨损
以下列出各种刀具寿命数值供应参考：
高速钢车刀 硬质合金焊接车刀 硬质合金可换位车刀 组合机床、自动机、自动线刀具 高速钢钻头 硬质合金端铣刀 齿轮刀具
30～60min 15～60min 15～45min 240～480min 80～120min 20～180min 200～300min
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应用
用于加工铝合金．无线铜．黄铜．非电解镍等 有色金属和某些非金属材料 用于加工陀螺仪，激光反射镜，天文望还镜的 反射镜
表面粗糙度 Ra0.02---0.005 mm 精度＜0.01 mm
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21
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三、刀具的磨损形态
23
刀具磨损量表示
24
25
四、刀具的磨损机理 1、刀具磨损的特征
5
3、高速钢 高速钢通过适当的热处理，可使硬度显著提高，较工具钢有出色的耐磨 性和韧性，可以以较高的速度切削。为了提高耐磨性可以对刀具作涂层 处理。
4、司太立合金
铸造合金中具有代表性的是司太立合金，其切削性能介于硬质合金和高 速钢之间。主要成分：1.5-3.5%C、40-50%Co、12-20%W、20-35%Cr 和5%以下的Fe。 5、硬质合金
第四章 刀具磨损
1
0、基本概念
1.刀具的磨损形式
刀具的耐用度与切削 加工性能有直接关系
图 刀具的磨损形式 a）后面磨损 b）前面磨损 c）前、后面同时磨损
2
磨损过程，大致分三个阶段:
初期磨损阶段 正常磨损阶段 急剧磨损阶段
2、刀具寿命的概念
刀具总寿命是新刀具从开始使用起，至完全报废为止的总切 削时间。它与刀具寿命是两个不同的概念。刀具总寿命等于刀具 报废前的刀具总寿命乘以允许的刃磨次数。
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刀具的性能与刀具的材料、刀具的磨损、刀具的耐用度 有直接的关系
一、刀具的材 料
1、炭素工具钢
炭素工wk.baidu.com钢是含有0.60—1.50%C的碳素钢，热处理后容易得到一定程 度的硬度及韧性，300℃以上切削部分不能使用。
2、合金工具钢
在炭素工具钢中加入特殊元素即成为和金刚具钢，合金元素主要有： Mn、Ni、Co、Mo、V。用于切削刀具、耐冲击刀具、冷加工金属模具、 热加工金属模具。在切削性能上比高速钢差。
在提高原料纯度、改进制造工艺和加人添加剂等方面做了很多工作，使
陶瓷刀具的性能得到改善。例如，近些年来出现的晶须强化陶瓷刀具，
其韧性有很大提高，而且保持了陶瓷材料的高硬度、热硬性好及耐磨等
优点，使其高速加工的性能更好。
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9、立方氮化硼刀具
PCBN具有较高的硬度和耐磨性，在高温下不与铁族金属起反应的化 学惰性，因此主要用于高硬度材料及难加工材料的切削加工，如淬硬钢、 高合金耐磨铸铁、高温合金、高速钢、表面喷焊材料、烧结金属材料等 难加工材料的切削加工。
陶瓷刀具的主要缺点是强度和韧性差，热导率低。其热导率仅是
硬质合金的 1 / 2 一 1 / 3 ，而线膨胀系数却比硬质合金高出 10 ％一 30
% ，因而抗热冲击性能也差。当温度突变时，容易产生裂纹，导致刀
片破损。用陶瓷刀具进行切削时，不宜使用切削液。
近些年来，国内外在改善陶瓷刀具性能的研究上有了很大进展，
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CBN刀具
14
15
10、金刚石刀具
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金刚石的性能
指标
金刚石
显微硬度 86—106
莫氏硬度 10
导热系数 142
热膨胀系数 0.9-1.45
研磨能力 0.77--1
单位 KN/mm2 ---W/ (m*k) 10-6/K
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在符合条件的机床和加 工环境条件下，可以得 到表面粗糙度Ra0.02— 0.005um, 精度〈0.01um 的加工表面
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2、刀具磨损的机理
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五、刀具的磨损理论分析 1、前刀面磨损分析
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2、后刀面磨损
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六、刀具耐用度的判定标准及耐用方程
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七、影响刀具耐用度的因素
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习题 1、主要应用刀具的材料有哪些？及特性。
2、试说明求刀具耐用度方程的方法。 3、试对刀具的磨损机理大致进行分类，并予以说明。
硬质合金是在W、Ti、Ta等碳化物的微粉中加入Co微粉作粘结剂，加压 烧结1400℃而成。
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6、金属陶瓷刀具
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7、涂层刀具
涂层炉内的真空度要被抽得很高，高到0.01Pa，以防止空气中的氧气影响涂层质量。
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涂层刀具的发展
硬膜涂层技术起源于上世纪的五、六十年代，用CVD方法对硬质合金可转位刀片 进行TiN涂层以提高切削性能的实践较早。但CVD技术的涂层温度太高，不能用 于高速钢刀具的涂层。PVD方法的涂层温度可以设定在80°C-480°C，所以，很 好地解决了高速钢刀具的涂层问题，但真正开始在市场上推广的是八十年代。 1980年在德国Stuttgart的展览会上德国G公司首次展出了涂了TiN的金黄色高速 钢钻头，在刀具业里引起了很大的轰动。但当时普遍认为涂层成本太高，不可能 得到推广。
10
涂层设备
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8、陶瓷刀具
氧化铝陶瓷刀具是以氧化铝（ Al2O3 ）为主要成分，热压或冷压成形 并在高温下烧结而成的一种刀具材料。和硬质合金相比，具有硬度高、 耐磨性好（是一般硬质合金的 5 倍）、耐高温、化学稳定性和抗粘接 性能好以及摩擦系数低等优点，因此适合于高速切削。陶瓷刀具允许 的切削速度比硬质合金高 3 一 6 倍。
事实是，刀具（钻头、铣刀等）的TiN涂层在八十年代的欧美等工业国家 里已被迅速推广。九十年代出现了TiAlN及其复合涂层，也被迅速推广。
到了现在，涂层的种类已经很多，其性能也大大提高。TiN, TiAlN, TiCN, TiC, CrN等是最常见不过的涂层品种，DLC已开始推广，最近由涂 层新秀星弧涂层公司推出的ta-C涂层的硬度已高至HV7000！
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3.刀具的磨损原因 （1）磨粒磨损
（2）粘结磨损
（3）扩散磨损
（4）相变磨损
（5）氧化磨损
以下列出各种刀具寿命数值供应参考：
高速钢车刀 硬质合金焊接车刀 硬质合金可换位车刀 组合机床、自动机、自动线刀具 高速钢钻头 硬质合金端铣刀 齿轮刀具
30～60min 15～60min 15～45min 240～480min 80～120min 20～180min 200～300min
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