刀具材料及镗铣刀具介绍及选择
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刀具材料及镗、铣刀具介绍及选择
主讲人：吴峰
内容提要
1. 刀具几何参数 2. 常用刀具材料 3. 镗、铣刀具介绍及选择
1. 刀具几何参数
刀具的组成
过渡刃
1.1刀具角度参考系
切削平面----通过切削刃选定点与切削刃相切并 垂直于基面的平面。
基面----通过切削刃选定点垂直于合成切削速度 方向的平面。在刀具静止参考系中，它是过切削 刃选定点的平面，平行或垂直于刀具在制造、刃 磨和测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线， 一般说来其方位要垂直于假定的主运动方向。
2、硬质合金
金属碳化物(WC、TiC、TaC、 NbC等)＋金属粘结剂 (Co、Ni等) 高压成形后，高温烧结而成。
➢ 硬度、耐热性、耐磨性很高， 切削速度远高于高速钢
➢ 抗弯强度低、脆性大，抗冲击 振动性能差
YG 类
分 短切屑黑色金属 类 有色金属非金属
WC+ Co
YT类 加工长切屑的 黑色金属
圆柱铣刀
3.1.2.2面铣刀
面铣刀主切削刃分布在圆柱或圆锥表面上，端面 切削刃为副切削刃，铣刀的轴线垂直于被加工表 面。按刀齿材料可分为高速钢和硬质合金两大类， 多制成套式镶齿结构，刀体材料为40Cr。
高速钢面铣刀按国家标准规定，直径d=80～ 250mm，螺旋角β=10°，刀齿数Z=10～26。
3、陶瓷
高温烧结氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷
4、人造金刚石
加工陶瓷、硬质合金、有色金属等，不适于铁系 金属加工
5、立方氮化硼(CBN)
硬度仅次于金刚石，化学稳定性、耐热性好，加 工淬火钢等
切削速度（m/min）
2000 1000
500
200 100
50 20 碳素工具钢
聚晶金刚石 （PCD） 陶瓷
TiAlN涂层 硬质合金 涂层硬质合金
物理性能： 在加工导热性差的工件时，应采用导热性较好的刀具，以 使切削热得以导出从而降低切削温度。
化学性能： 金刚石刀具不能加工钢铁材料。CBN最适合加工钢铁，但 只能进行干切削，水基切削液在高温下将使CBN分解。
3. 镗、铣刀具介绍及选择
3.1铣刀 3.1.1铣削特点
1每个刀齿不均匀,不连续切削,切入与切离时均会 硬性冲突与振动;
面铣刀
3.1.2.3立铣刀
立铣刀是数控铣削中最常用的一种铣刀，圆柱面上的切 削刃是主切削刃，端面上分布着副切削刃，主切削刃一 般为螺旋齿，这样可以增加切削平稳性，提高加工精度。 由于普通立铣刀端面中心处无切削刃，所以立铣刀工作 时不能作轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面相垂直 的底平面。
法平面Pn----通过切削刃选定点并垂直于切削刃 的平面。
ห้องสมุดไป่ตู้
主剖面标注坐标系（正交剖面系）
主剖面标注坐标系（正交剖面系）
主剖面标注坐标系（正交剖面系）
1.2刀具的角度
1*前角：基面和前刀面的夹角。是刀具的锋利程度。我 们把铁屑流经过的面成为前刀面。
2*后角：切削平面和后刀面的夹角。主要影响摩擦和刀 具强度。
3*主偏角：主切削刃和刀具进给方向的夹角。影响刀具 的强度，和影响背向力，主偏角减小，背向力越大，机 床的消耗率也越大，并且主偏角还会影响表面粗糙度。 4*副偏角、副切削刃与进给方向的反方向的夹角即为副 偏角。同样影响强度，摩擦，以及表面粗糙度。
5 *刃倾角：是控制流屑的方向。主切削刃和基面的夹角。
2铣削时切削层参数及切削力是变化的,也易引起振 动,影响加工质量;
3同时参加切削的刀齿较多,生产率较高。
3.1.2铣刀的种类
铣刀为多齿回转刀具，其每一个刀齿都相当于一 把车刀固定在铣刀的回转面上。铣削时同时参加 切削的切削刃较长,且无空行程,Vc也较高,所以生 产率较高。铣刀种类很多，结构不一，应用范围 很广，按其用途可分为加工平面用铣刀、加工 沟槽用铣刀、加工成形面用铣刀等三大类。通 用规格的铣刀已标准化，一般均由专业工具厂生 产。现介绍几种常用铣刀的特点及其适用范围。
刃倾角对切屑流向的影响
2. 常用刀具材料
刀具的基本性能：
1、硬度和耐磨性 (> HRC60) 2、强度和韧性 3、耐热性（热硬性） 4、化学稳定性 5、工艺性和经济性
1、高速钢
（1）通用型高速钢：钨系高速钢、 钼系高速钢
主要用于一般材料的常规加工
（2）高性能高速钢：钴高速钢、铝 高速钢
主要用于难加工材料的加工
3.1.2.1圆柱铣刀
圆柱铣刀一般都是用高速钢制成整体的，螺旋形 切削刃分布在圆柱表面上，没有副切削刃，螺旋 形的刀齿切削时是逐渐切入和脱离工件的，所以 切削过程较平稳。主要用于卧式铣床上加工宽度 小于铣刀长度的狭长平面。
根据加工要求不同，圆柱铣刀有粗齿、细齿之分， 粗齿的容屑槽大，用于粗加工，细齿用于精加工。 铣刀外径较大时，常制成镶齿的。
3.1.2.2面铣刀
硬质合金面铣刀与高速钢铣刀相比，铣削速度较高、加 工表面质量也较好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件， 故得到广泛应用。硬质合金面铣刀按刀片和刀齿的安装 方式不同，可分为整体式、机夹一焊接式和可转位式三 种。
面铣刀主要用在立式铣床或卧式铣床上加工台阶面和平 面，特别适合较大平面的加工，主偏角为90°的面铣刀 可铣底部较宽的台阶面。用面铣刀加工平面，同时参加 切削的刀齿较多，又有副切削刃的修光作用，使加工表 面粗糙度值小，因此可以用较大的切削用量，生产率较 高，应用广泛。
WC-TiC系硬质合金
WC系硬质合金
聚晶立方 氮化硼 （PCBN） DLC涂层 硬质合金
TiC-TiN金属陶瓷
高速钢
合金工具钢
10
1800
1850
1900
1950
2000 年代
刀具材料的发展与切削加工高速化的关系
刀具材料与工件材料的匹配
力学性能： 高速钢刀具硬度不够，不能用来切削淬硬钢和冷硬铸铁， 硬质合金和陶瓷刀具则能胜任，CBN刀具更适于加工硬脆 材料。
WC+ TiC+ Co
YW 类 钢材、铸铁 有色金属非金属
WC+ TiC+ TaC+ Co
涂层刀具
在韧性较好的硬质合金或高速钢刀具基体上，涂覆 一层耐磨性高的难熔化金属化合物。常用的涂层材 料有TiC、TiN和Al2O3等。
➢ 在高速钢基体上刀具涂层多为TiN，常用物理气 相沉积法(PVD法)涂覆。 ➢ 硬质合金的涂层是TiC、TiN和Al2O3，一般采用 化学气相沉积法(CVD法)。
主讲人：吴峰
内容提要
1. 刀具几何参数 2. 常用刀具材料 3. 镗、铣刀具介绍及选择
1. 刀具几何参数
刀具的组成
过渡刃
1.1刀具角度参考系
切削平面----通过切削刃选定点与切削刃相切并 垂直于基面的平面。
基面----通过切削刃选定点垂直于合成切削速度 方向的平面。在刀具静止参考系中，它是过切削 刃选定点的平面，平行或垂直于刀具在制造、刃 磨和测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线， 一般说来其方位要垂直于假定的主运动方向。
2、硬质合金
金属碳化物(WC、TiC、TaC、 NbC等)＋金属粘结剂 (Co、Ni等) 高压成形后，高温烧结而成。
➢ 硬度、耐热性、耐磨性很高， 切削速度远高于高速钢
➢ 抗弯强度低、脆性大，抗冲击 振动性能差
YG 类
分 短切屑黑色金属 类 有色金属非金属
WC+ Co
YT类 加工长切屑的 黑色金属
圆柱铣刀
3.1.2.2面铣刀
面铣刀主切削刃分布在圆柱或圆锥表面上，端面 切削刃为副切削刃，铣刀的轴线垂直于被加工表 面。按刀齿材料可分为高速钢和硬质合金两大类， 多制成套式镶齿结构，刀体材料为40Cr。
高速钢面铣刀按国家标准规定，直径d=80～ 250mm，螺旋角β=10°，刀齿数Z=10～26。
3、陶瓷
高温烧结氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷
4、人造金刚石
加工陶瓷、硬质合金、有色金属等，不适于铁系 金属加工
5、立方氮化硼(CBN)
硬度仅次于金刚石，化学稳定性、耐热性好，加 工淬火钢等
切削速度（m/min）
2000 1000
500
200 100
50 20 碳素工具钢
聚晶金刚石 （PCD） 陶瓷
TiAlN涂层 硬质合金 涂层硬质合金
物理性能： 在加工导热性差的工件时，应采用导热性较好的刀具，以 使切削热得以导出从而降低切削温度。
化学性能： 金刚石刀具不能加工钢铁材料。CBN最适合加工钢铁，但 只能进行干切削，水基切削液在高温下将使CBN分解。
3. 镗、铣刀具介绍及选择
3.1铣刀 3.1.1铣削特点
1每个刀齿不均匀,不连续切削,切入与切离时均会 硬性冲突与振动;
面铣刀
3.1.2.3立铣刀
立铣刀是数控铣削中最常用的一种铣刀，圆柱面上的切 削刃是主切削刃，端面上分布着副切削刃，主切削刃一 般为螺旋齿，这样可以增加切削平稳性，提高加工精度。 由于普通立铣刀端面中心处无切削刃，所以立铣刀工作 时不能作轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面相垂直 的底平面。
法平面Pn----通过切削刃选定点并垂直于切削刃 的平面。
ห้องสมุดไป่ตู้
主剖面标注坐标系（正交剖面系）
主剖面标注坐标系（正交剖面系）
主剖面标注坐标系（正交剖面系）
1.2刀具的角度
1*前角：基面和前刀面的夹角。是刀具的锋利程度。我 们把铁屑流经过的面成为前刀面。
2*后角：切削平面和后刀面的夹角。主要影响摩擦和刀 具强度。
3*主偏角：主切削刃和刀具进给方向的夹角。影响刀具 的强度，和影响背向力，主偏角减小，背向力越大，机 床的消耗率也越大，并且主偏角还会影响表面粗糙度。 4*副偏角、副切削刃与进给方向的反方向的夹角即为副 偏角。同样影响强度，摩擦，以及表面粗糙度。
5 *刃倾角：是控制流屑的方向。主切削刃和基面的夹角。
2铣削时切削层参数及切削力是变化的,也易引起振 动,影响加工质量;
3同时参加切削的刀齿较多,生产率较高。
3.1.2铣刀的种类
铣刀为多齿回转刀具，其每一个刀齿都相当于一 把车刀固定在铣刀的回转面上。铣削时同时参加 切削的切削刃较长,且无空行程,Vc也较高,所以生 产率较高。铣刀种类很多，结构不一，应用范围 很广，按其用途可分为加工平面用铣刀、加工 沟槽用铣刀、加工成形面用铣刀等三大类。通 用规格的铣刀已标准化，一般均由专业工具厂生 产。现介绍几种常用铣刀的特点及其适用范围。
刃倾角对切屑流向的影响
2. 常用刀具材料
刀具的基本性能：
1、硬度和耐磨性 (> HRC60) 2、强度和韧性 3、耐热性（热硬性） 4、化学稳定性 5、工艺性和经济性
1、高速钢
（1）通用型高速钢：钨系高速钢、 钼系高速钢
主要用于一般材料的常规加工
（2）高性能高速钢：钴高速钢、铝 高速钢
主要用于难加工材料的加工
3.1.2.1圆柱铣刀
圆柱铣刀一般都是用高速钢制成整体的，螺旋形 切削刃分布在圆柱表面上，没有副切削刃，螺旋 形的刀齿切削时是逐渐切入和脱离工件的，所以 切削过程较平稳。主要用于卧式铣床上加工宽度 小于铣刀长度的狭长平面。
根据加工要求不同，圆柱铣刀有粗齿、细齿之分， 粗齿的容屑槽大，用于粗加工，细齿用于精加工。 铣刀外径较大时，常制成镶齿的。
3.1.2.2面铣刀
硬质合金面铣刀与高速钢铣刀相比，铣削速度较高、加 工表面质量也较好，并可加工带有硬皮和淬硬层的工件， 故得到广泛应用。硬质合金面铣刀按刀片和刀齿的安装 方式不同，可分为整体式、机夹一焊接式和可转位式三 种。
面铣刀主要用在立式铣床或卧式铣床上加工台阶面和平 面，特别适合较大平面的加工，主偏角为90°的面铣刀 可铣底部较宽的台阶面。用面铣刀加工平面，同时参加 切削的刀齿较多，又有副切削刃的修光作用，使加工表 面粗糙度值小，因此可以用较大的切削用量，生产率较 高，应用广泛。
WC-TiC系硬质合金
WC系硬质合金
聚晶立方 氮化硼 （PCBN） DLC涂层 硬质合金
TiC-TiN金属陶瓷
高速钢
合金工具钢
10
1800
1850
1900
1950
2000 年代
刀具材料的发展与切削加工高速化的关系
刀具材料与工件材料的匹配
力学性能： 高速钢刀具硬度不够，不能用来切削淬硬钢和冷硬铸铁， 硬质合金和陶瓷刀具则能胜任，CBN刀具更适于加工硬脆 材料。
WC+ TiC+ Co
YW 类 钢材、铸铁 有色金属非金属
WC+ TiC+ TaC+ Co
涂层刀具
在韧性较好的硬质合金或高速钢刀具基体上，涂覆 一层耐磨性高的难熔化金属化合物。常用的涂层材 料有TiC、TiN和Al2O3等。
➢ 在高速钢基体上刀具涂层多为TiN，常用物理气 相沉积法(PVD法)涂覆。 ➢ 硬质合金的涂层是TiC、TiN和Al2O3，一般采用 化学气相沉积法(CVD法)。