切削刀具的种类按刀具材料的成分可分为金刚石刀具

二、切削刀具的发展简史
1925 年德国人首先发明了硬质合金刀具，耐热温度达到
600-800℃左右，切削速度40-200m/min。硬质合金刀具的 出现，引起了金属切削加工的又一次革命。
20世纪30年代，出现陶瓷刀具，但并未得到广泛应用，50
年代以后，逐步发展，目前，耐热温度达到 1100-1400 ℃ ，切削速度500-1000m/min。
(1) 金刚石刀具的性能特点
4. 刀刃非常锋利：金刚石刀具的切削刃可以磨得非常锋利， 天然单晶金刚石刀具刀刃钝园半径可达纳米，能进行超薄 切削和超精密加工。 5. 具有很高的导热性能：金刚石的导热系数为硬质合金的 1.5-9倍，为铜的2-6倍。由于导热系数高，切削热容易散 出，切削温度低。 6. 热胀系数低：金刚石的热胀系数比硬质合金小几倍，约为 高速钢的1/10。因此，金刚石刀具不会产生很大的热变形 ，这对尺寸精度要求很高的精密加工刀具来说尤为重要。
先进制造技术
临沂大学 汽车学院 赵琳
专题五
切削刀具的发展
立方氮 化硼刀 涂层刀具陶瓷刀具
切削刀 切削刀具切削刀具 金刚 具材料 的发展简应具备的 石刀 的种类1 史
2
性能
3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
具
4
具
5
6
7
硬质合 金刀具
高速钢 刀具
切削刀具 的发展展
8
9
望
10
一、切削刀具的种类
1. 按刀具材料的成分可分为： 金刚石刀具（Diamond） 立方氮化硼刀具 (Cubic Born Nitride ) 陶瓷刀具 (Ceramic Tools)
1. 极高的硬度和耐磨性：金刚石的显微硬度达HV10000，是自 然界最硬的物质。具有极高的耐磨性，天然金刚石的耐磨 性为硬质合金的80-120倍，人造金刚石的耐磨性为硬质合 金的60-80倍。 2. 各向异性能：单晶金刚石晶体不同晶面及晶向的硬度、耐 磨性能、微观强度、研磨加工的难易程度以及与工件材料 之间的摩擦系数等相差很大，因此，设计和制造单晶金刚 石刀具时，必须正确选择晶体方向。 3. 具有很低的摩擦系数：金刚石与一些有色金属之间的摩擦 系数比其它刀具都低，约为硬质合金刀具的一半，通常在 0.1-0.3之间。摩擦系数低可减小切削温度和切削力。
度6-10m/min，加工瓦特蒸汽机气缸孔和端面， 需要大约1
个月时间。
1861 年英国人首先制备出合金工具钢刀具，耐热温度达到
300℃左右，切削速度20m/min。
1898年美国人研制成功高速钢刀具，耐热温度达到500℃左 右，切削速度30-40m/min。 高速钢刀具的出现，引起了金属切削加工的第一次革命， 新型高速机床随之出现。
为破损如崩刃、断裂等。刀具材料必须具备足够的强度和韧性。
三、刀具材料必备的性能
3．高的热稳定性 也称高的耐热性，是衡量刀具材料切削性能的重要标志，它指
刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。除
了高的热稳定性，刀具材料还应具备良好的高温抗氧化能力、 抗扩散性能。
4．良好的热物理特性及抗热冲击性能
三、刀具材料必备的性能
1．高的硬度和耐磨性 刀具材料的硬度一般大于60HRC（一般应大于工件材料的硬度）。
刀具材料的耐磨性指抵抗磨损的能力，刀具的硬度越高、耐磨性
一般越高。除硬度外，耐磨性还与材料的化学成分、强度、韧性 及显微组织等有关。
2．足够的强度和韧性
切削过程中，刀具的切削部分承受很大的切削负荷，尤其在断续 切削过程中更要承受循环的热及机械冲击，刀具的常见损坏形式
良好的导热性，大的热容量有利于切削热的传出、降低切削温 度；
断续切削时，刀具受到循环的热冲击，容易产生热裂纹而断裂，
所以刀具材料应具备优良的抗热冲击性能； 热膨胀系数越小，则热变形越小，有利于降低热应力。
三、刀具材料必备的性能
5．良好的工艺性
指良好的锻造性能、机加工性能和热处理性能，便于刀具的制

1890年，用碳素工具钢刀具，需要100min。 1910年，用高速钢刀具，需要26min。 现在，用硬质合金刀具，需要1.5min。

现在，用陶瓷或PCBN刀具，小于1.0min。
硬度
• 硬度是材料抵抗外物刺入的一种能力。 • 用硬度试验器来试验极为准确，是现代试验硬度常用的方法。 最 常用的试验法有洛氏硬度试验。洛氏硬度试验机利用钻石冲入金 属的深度来测定金属的硬度，冲入深度愈大，硬度愈小。 • 洛氏硬度，这是由洛克威尔在1921年提出来的，是使用洛氏硬度 计所测定的金属材料的硬度值。该值没有单位，只用代号“HR” 表示。 • 洛氏硬度中HRA、HRB、HRC中的A、B、C为三种不同的标准。 称为标尺A、标尺B、标尺C。 • HRA 是采用60Kg载荷和钻石锥压入器求的硬度，用于硬度极 高的材料。例如：硬质合金。 • HRB 是采用100Kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球求得的硬度， 用于硬度较低的材料。例如：退火钢、 铸铁等。 • HRC 是采用150Kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度 很高的材料。例如：淬火钢等
硬质合金刀具（Cemented Carbide Tools） 高速钢刀具 (High Speed Steel) 碳素和合金工具钢 (Alloy Steel)
一、切削刀具的种类
2. 按加工方式可分为： 车刀 (Turning Tools) 孔加工刀具 (Drilling Tools) 铣刀 (Milling Tools)
造。
6．经济性
刀具材料的发展一定要将生产的实际需要与本国的自然资源的 相结合，因地制宜。
四、金刚石刀具
天然单晶金刚石刀具 单晶金刚石刀具 人造单晶金刚石刀具 金刚石 刀具 多晶金刚石 刀具 PCD刀具 CVD 金 刚 石刀具
CVD金刚石 薄膜涂层刀具 金刚石 厚度膜焊接刀具
(1)
金刚石刀具的性能特点
20 世纪50年代美国 GE公司首先合成人造金刚石和 CBN，CBN
硬度接近金刚石，耐热温度达到1400-1500℃。 自 20 世纪 70 年代初美国 GE 公司研制成功聚晶金刚石 (PCD) 刀片，目前，在很多场合下已经替代了天然金刚石。
实例：加工直径为100mm，长度500mm的碳钢棒。
齿轮刀具（Gear Cutting Tools） 成型刀具 (Formed Tools）
其它刀具 (Other Tools)
一、切削刀具的种类
3. 按刀具结构可分为： 整体刀具 焊接刀具 可转位刀具 其他刀具
二、切削刀具的发展简史
18世纪后期，碳素工具钢刀具，耐热温度为200℃，切削速