切削刀具的发展

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
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 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；
切削刀具的发展
切削刀 具材料 切削刀具切削刀具 金刚 立方氮 涂层刀具陶瓷刀具
的发展简应具备的 石刀
的种类1 史 硬质合 金刀具
2Hale Waihona Puke Baidu
性能
3
具
4
化硼刀 具
5
6
7
高速钢 刀具
切削刀具 的发展展 望
8
9
1 0
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) 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)
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
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) 齿轮刀具（Gear Cutting Tools） 成型刀具 (Formed Tools）
其它刀具 (Other Tools)
(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。

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。
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 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。
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。
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 2 0 世 纪 7 0 年 代 初 美 国 GE 公 司 研 制 成 功 聚 晶 金 刚 石
(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。
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。
1925 年德国人首先发明了硬质合金刀具，耐热温度达到
二、切削刀具的发展简史
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。
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 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 金刚石 刀具 多晶金刚石 刀具 人造单晶金刚石刀具
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
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0.10.3之间。摩擦系数低可减小切削温度和切削力。