《金屬切削原理與刀具》教案(師專2016年秋)呂超

1、 湖北十堰職業(yè)技術（集團）學校湖北十堰職業(yè)技術（集團）學校教 案教 研 室： 機械教研室 授 課 教 師： 呂 超 課程（課題）： 金屬切削原理與刀具 使 用 班 級： 師專模具1502班 2016 2017學年一學期校址：湖北省十堰茅箭區(qū)丹江路26號網址：電話傳真一章 金屬切削加工的基本定義課題第一章 金屬切削加工的基本定義課時24課時首頁教學內容1、緒論、切削運動、刀具切削部分基本定義2、刀具角度目的要求1、掌握切削運動的基本概念2、掌握刀具切削部分幾何參數(shù)及刀具角度的概念重點難點重點為：六個基本角度、刀具切削部分幾何參數(shù)的基本定義。

2、難點為：六個基本角度、刀具切削部分幾何參數(shù)的基本定義。教具講述法。使用多媒體課件。時間分配12X90分鐘教學進程項目1 結論教學目標1、使學生了解金屬切削加工在機械制造中的作用，了解我國金屬切削技術的發(fā)展概況，掌握金屬切削加工的概念及意義等； 2、掌握切削運動的基本概念。項目1 結論一、金屬切削加工與機械制造1、機器基準零部件加工工藝加工工藝加工工藝零件零件零件毛坯機械制造過程分析2、從圖中可以看出，機器中的組成單元是一個個的零件，都是由毛坯經過相應的機械加工工藝過程，變?yōu)楹细窳慵?，加工成在形狀、尺寸、表面質量等各方面都符合使用要求的合格零件。3、金屬切削加工常作為零件的最終加工方法，它需要

3、用金屬切削刀具直接對零件進行加工，它們之間要有確定的相對運動，需要承受很大的切削力二、課程性質和任務金屬切削加工是使用高于工件硬度的刀具，在工件上切除多余金屬，使工件達到規(guī)定的幾何形狀、尺寸精度和表面質量的一種加工方法。1、基本理論知識：掌握金屬切削過程基本規(guī)律（如切削變形、切削力、切削熱及切削溫度、刀具磨損和刀具耐用度等）的知識；掌握常用刀具材料的類型、性能及其選用方法；掌握改善切削條件、控制已加工表面質量、合理選擇刀具幾何參數(shù)及切削用量的基本知識。2、基本技能：具備根據切削加工的具體要求，合理配置切削條件的能力；具有運用切削原理和刀具的基本知識，分析和解決切削加工工藝技術問題的能力；具有合

4、理選擇與正確使用刀具的能力；具備從事非標準刀具設計的基礎能力；具有一定的切削加工實驗技能。金屬切削原理與刀具課程是機械工程及自動化專業(yè)機制方向的專業(yè)任選課。本課程是研究金屬切削加工過程及刀具設計、使用的一門科學，該課程既有理論性又有很強的實踐應用性，為學生在日后工作中解決機械制造技術問題奠定一定的基礎。本課程是由金屬切削原理和金屬切削刀具兩部分組成，前者又是本課程及其它專業(yè)課程的基礎，主要講述金屬切削過程中各種物理現(xiàn)象的變化規(guī)律，以及應用這些規(guī)律解決金屬切削技術問題的方法；后者主要講述通用刀具和專用刀具的類型、結構特點、應用范圍及設計計算方法等。三、能力培養(yǎng)學習本課程后，應具備以下能力：能正確

5、圖示并合理選擇刀具幾何參數(shù)；掌握金屬切削基本規(guī)律，并會初步運用其分析解決金屬切削的技術問題；了解常見通用刀具的類型、結構特點與應用范圍，并能正確選用；初步掌握專用刀具的設計計算方法；對刀具的發(fā)展趨勢和新成就有初步的了解；具有較強的自學能力和創(chuàng)新意識，能進一步研究探討金屬切削與刀具設計理論。四、我國金屬切削加工發(fā)展概況1、公元前二千多年青銅器時代：青銅刀、鋸、銼等；春秋中晚期考工記介紹有木工、金工等三十個專業(yè)技術知識，特別指出“材美工巧”是制造良器的必要條件；唐代已有原始的車床。2、公元1668年（明代）制造天文儀器2mm直徑的銅環(huán)，其外圓、內孔平面及刻度的加工精度與表面粗糙度均達到相當高的水平

6、。3、近代：1915年上海榮锠泰機器廠造出國產第一臺車床。4、建國后：50年代開始使用高速鋼、硬質合金；創(chuàng)造了大量的先進刀具，如群鉆、75°強力車刀、高速螺紋刀、細長軸車刀、寬刃精刨刀等5、現(xiàn)代：五、本課程內容與學習方法1、切削原理：四大規(guī)律：切削變形的變化規(guī)律；切削力的變化規(guī)律；切削溫度的變化規(guī)律；刀具磨損及耐用度。三個方面：工件材料方面：物理、機械性能； 刀具方面：刀具材料、刀具幾何角度； 切削條件：切削用量、切削液的冷卻；兩個提高：加工質量、生產效率；一個降低：降低加工成本。2、刀具：通用刀具：工件有理、結構特點、選擇原則；非標準刀具：成形車刀、銑刀、鉸刀、拉刀、滾刀等。項目2

7、 切削運動與工件表面金屬切削加工：是工件與刀具相互作用的過程，是用刀具從工件表面上切除多余的材料的過程。金屬切削加工的目的：使被加工零件的尺寸精度、形狀和位置精度、表面質量達到設計與使用要求。實現(xiàn)切削過程的三個條件1切削運動：工件與刀具之間要有相對運動。2切削性能：刀具材料必須具備一定的切削性能。3切削角度：刀具必須具有合理的幾何參數(shù)。三個表面待加工表面：工件上即將切除的表面。已加工表面：工件上已經切除而形成的新表面。過度表面（加工表面）：工件上正在切削的表面。一、切削運動與切削用量1、切削運動金屬切削加工就是用金屬切削刀具把工件毛坯上預留的金屬材料切除，獲得圖樣所要求的幾何形狀、尺寸精度和表

8、面質量的方法。在切削加工過程中，刀具和工件之間有一定的相對運動，即切削運動。1）、主運動主運動是由機床或手動提供的刀具與工件之間主要的相對運動，它使刀具和工件之間產生相對運動。一般情況下，主運動是切削運動中最基本的運動，也是速度最高，消耗功率最大的運動。任何切削過程必須有一個，也只有一個主運動。主運動方向:切削刃上選定點相對于工件的瞬時主運動方向。切削速度：切削刃上選定點相對于工件的主運動的瞬時速度。2）、進給運動進給運動是由機床或手動傳給刀具或工件的運動，它配合主運動依次地或連續(xù)地切除切削，同時形成具有所需幾何特征的已加工表面。進給運動方向：切削刃選定點相對于工件的瞬時進給運動的方向。進給速

9、度：切削刃選定點相對于工件的進給方向的瞬時速度。3）、合成切削運動當主運動和進給運動同時進行時，由主運動和進給運動合成的運動稱為合成切削運動。合成切削運動方向：切削刃選定點相對于工件的瞬時合成切削運動方向。合成切削速度： 切削刃選定點相對于工件的合成切削運動的瞬時速度。合成切削速度等于主運動切削速度和進給運動速度的矢量和。4）、常見切削加工方式的主運動和進給運動主運動進給運動刨削刨刀的直線運動工件移動鉆削鉆頭旋轉鉆頭軸向移動插齒插齒刀上下運動工件分度運動車外圓工件高速旋轉車刀軸向移動磨外圓砂輪旋轉工件轉動、砂輪軸向移動銑平面銑刀旋轉工件移動鏜孔刀具旋轉（繞工件軸線）刀具徑向移動2、切削用量切削

10、用量是切削加工中切削速度、進給量和背吃刀量（切削深度）的總稱。1）切削速度c ：切削加工時，切削刃上選定點相對于工件的主運動的速度。單位為m/s或m/min。主運動是旋轉時，最大切削運動是：2）進給量 f：是指刀具在進給運動方向上相對工件的位移量。當主運動是回轉運動時，進給量指工件或刀具每回轉一周，兩者沿進給方向的相對位移量，單位為mm/r；當主運動是直線運動時，進給量指刀具或工件每往復直線運動一次，兩者沿進給方向的相對位移量，單位為mm/str或mm/單行程；對于多齒的旋轉刀具（如銑刀、切齒刀），常用每齒進給量 fz，單位為mm/z或mm/齒。它與進給量 f 的關系為 f = z fz 進給

11、速度f ：指切削刃上選定點相對工件進給運動的瞬間時速度，單位為mm/s或m/min。車削時進給運動速度為：f = n f3）背吃刀量（切削深度）ap ：在基面上，垂直于進給運動方向測量的切削層最大尺寸（已加工表面與待加工表面間的垂直距離）。外圓車削的背吃刀量： ap（dw-dm）/2 合成切削運動：由主運動和進給運動合成的運動。合成切削速度e：切削刃上選定點相對于工件的合成運動的瞬時速度。ec+f切削用量三要素 主運動速度 ，主運動速度表示主運動的速度大小和方向。其速度大小可表示為（單位：m/min或m/s）:   式中：n主運動的轉速（r/s或r/min）；D完成主運動的

12、工件或刀具某一點的回轉直徑（mm）。 進給量，是工件或刀具的主運動每轉或每一行程時，工件和刀具在進給運動方向上的相對位移。每轉進給量f（mm/r），每齒進給量fz （mm/z）。  進給速度Vf (mm/min)，刀刃上選定點相對于相對于工件的運動速度。 式中： z刀具齒數(shù)。 背吃刀量：背吃刀量是車削時已加工表面與待加工表面之間的垂直距離（單位：mm）。 式中：dw 工件待加工表面的直徑，dm 工件已加工表面的直徑二、工件上的表面切削加工過程中，工件上形成了三個不斷變化著的表面已加工表面：工件上經刀具切削后產生的表面稱為已加工表面待加工表面：工件上有待切除切削層的表面稱為待

13、加工表面過渡表面：工件上切削刃形成的那部分表面，它在下一切削行程，刀具或工件的下一轉里將被切除，或者由下一切削刃切除。項目3 刀具切削部分的幾何角度項目3 刀具切削部分的幾何角度教學目標1、以外圓車刀為例，使學生了解刀具的基本組成部分，熟記“三面兩刃一尖”的概念，并能在刀具上指出；介紹參考系在刀具認識中的作用，理解兩個假設條件的含義；發(fā)揮能動性，想象出基面、切削平面和正交平面的大致位置。2、教學重點：刀具的“三面兩刃一尖”；參考系的相關概念；用以組成參考系的基面、切削平面及正交平面。一、車刀切削部分的組成1、車刀的組成1）刀柄 刀具上的夾持部分；2）刀體 刀具上夾持刀條或刀片的部分；另：刀孔

14、刀具上用以安裝或緊固在主軸、刀柄或心軸上的內孔。2、刀具切削部分的組成三面兩刃一尖 主切削刃和副切削刃連接處的一段刀刃3、 以外圓車刀為例，幫助學生了解“三面兩刃一尖”在車刀上的真實位置；進行分組討論，分別指出立銑刀、麻花鉆和機夾車刀的“三面兩刃一尖”的位置。前刀面主后刀面副后刀面主切削刃S副切削刃S刀尖二、刀具靜止角度參考系（一）主剖面系刀具幾何角度1、參考系有兩類刀具靜止參考系：用于刀具的設計、刃磨和測量的參考系。刀具工作參考系：它是確定刀具切削工作時的基準，用于定義刀具的工作角度。設：選定點與工件中心等高，進給運動速度vf = 0（1）參考平面基面P： Pvc 、 刀具安裝面（車刀）切削

15、平面Ps: 與 S相切 且 P （2）測量平面主剖面（正交平面）Po: PoP、Ps法剖面（法平面）Pn：PnS進給剖面（假定工作平面）Pf ：Pf Pr 、f切深剖面（背平面）Pp ：Pp Pr 、aP（3）參考系主剖面系（正交平面參考系） Pr Ps Po法剖面系（法平面參考系）：Pr Ps Pn進給、切深剖面系（假定工作平面和背平面參考系）Pr Pf Pp2、車刀切削部分的主要角度 （1）測量車刀切削角度的輔助平面圖3 測量車刀的輔助平面為了確定和測量車刀的幾何角度，需要選取三個輔助平面作為基準，這三個輔助平面是切削平面、基面和正交平面，如圖3所示。1）切削平面Ps：切削平面是切于主切削

16、刃某一選定點并垂直于刀桿底平面的平面。 2）基面Pr：基面是過主切削刃某一選定點并平行于刀桿底面的平面。 3）主剖面（正交平面）P0：主剖面是垂直于切削平面又垂直于基面的平面。 可見這三個坐標平面相互垂直，構成一個空間直角坐標系。圖4 車刀的主要角度(2) 車刀的主要幾何及其選擇 1）前角：在主剖面（正交平面）內測量的前刀面與基面間的夾角。前角的正負方向按圖示規(guī)定表示，即刀具前刀面在基面之下時為正前角，刀具前刀面在基面之上時為負前角。前角一般在-5° 25°之間選取。前角選擇的原則：前角的大小主要解決刀頭的堅固性與鋒利性的矛盾。因此首先要根據加工材料的硬度來選擇前

17、角。加工材料的硬度高，前角取小值，反之取大值。其次要根據加工性質來考慮前角的大小，粗加工時前角要取小值，精加工時前角應取大值。 ）后角：在主剖面（正交平面）內測量的主后刀面與切削平面間的夾角。后角不能為零度或負值，一般在6°12°之間選取。后角選擇的原則：首先考慮加工性質。精加工時，后角取大值，粗加工時，后角取小值。其次考慮加工材料的硬度，加工材料硬度高，主后角取小值，以增強刀頭的堅固性；反之，后角應取小值3）主偏角：在基面內測量的主切削刃在基面上的投影與進給運動方向的夾角。主偏角一般在30° 90°之間選取。主偏角的選用原則：首先考慮車床、夾具和刀具組

18、成的車工工藝系統(tǒng)的剛性，如車工工藝系統(tǒng)剛性好，主偏角應取小值，這樣有利于提高車刀使用壽命和改善散熱條件及表面粗造度。其次要考慮加工工件的幾何形狀，當加工臺階時，主偏角應取90°，加工中間切入的工件，主偏角一般取60 °。圖5  刃傾角的符號）副偏角：在基面內測量的副切削刃在基面上的投影與進給運動反方向的夾角。副偏角一般為正值。副偏角的選擇原則：首先考慮車刀、工件和夾具有足夠的剛性，才能減小副偏角；反之，應取大值；其次，考慮加工性質，粗加工時，副偏角可取10°15°，粗加工時，副偏角可取5°左右。 ）刃傾角s：在切削平面內測量的主切削刃

19、與基面間的夾角。當主切削刃呈水平時，s =0°；刀尖為主切刃上最高點時，s0°；刀尖為主切削刃上最低點時，s0°（如圖5所示）。刃傾角一般在-10°5°之間選取。刃傾角的選擇原則：主要看加工性質，粗加工時，工件對車刀沖擊大，s 0°，精加工時，工件對車刀沖擊力小，s 0°，一般取s =0°。 3、主剖面系刀具幾何角度繪制：1）理解基面、切削平面、主剖面的建立：2）主剖面系幾何角度：（二）法剖面系刀具幾何角度法平面Pn：過切削刃選定點，并垂直于切削刃的平面。（三）進給、切深面系刀具幾何角度進給剖面Pf：過切

20、削刃選定點，平行于假定進給運動方向，并垂直于基面Pr的平面；切深剖面Pp：過切削刃選定點，同時垂直于假定工作平面Pf與基面Pr的平面。（四）常用幾種車刀幾何角度舉例1、45°車刀幾何角度圖形：2、90°車刀幾何角度圖形：3、切斷刀幾何角度圖形：三、刀具工作角度參考系刀具在工作參考系中確定的角度稱為刀具工作角度。與靜態(tài)系統(tǒng)中正交平面參考系建立的定義和程序相似，不同點就在于它以合成切削運動e或刀具安裝位置條件來確定工作參考系的基面pre。由于工作基面的變化，將帶來工作切削平面pse的變化，從而導致工作前角oe、工作后角oe 的變化。研究刀具工作角度的變化趨勢，對刀具的設計、改進

21、、革新有重要的指導意義。刀具工作參考系工作基面Pre ：通過切削刃上的選定點，垂直于合成切削運動速度方向的平面。工作切削平面Pse：通過切削刃上的選定點，與切削刃相切且垂直于工作基面的平面。工作正交平面Poe：通過切削刃上的選定點，同時垂直于工作基面、工作切削平面的平面。刀具工作角度的定義與標注角度類似。在工作正交平面參考系中，一般考核刀具工作角度（oe 、oe 、re、re、oe 、se）的變化，對刀具角度設計補償量以及對切削加工過程的影響情況。在車削（切斷、車螺紋、車絲杠）、鏜孔、銑削等加工中，通常因刀具工作角度的變化，對工件已加工表面質量或切削性能造成不利影響。工作參考系下的刀具幾何角度

22、即刀具的工作角度。(1)進給運動對工作角度的影響1)橫向進給時，工作參考系為：、工作參考系內的工作角度為：為合成切削速度角：2)縱向進給時，刀具工作角度參考系，傾斜了一個角，則工作角度為：(2)刀具安裝對工作角度的影響當?shù)毒甙惭b高于工件中心或低于工件中心時，工作前角、后角都會有變化。 此外，刀柄中心線與進給方向不垂直時，工作主、副角將發(fā)生變化;工件形狀也影響刀具工作角度。1、刀尖安裝高低對工作前、后角的影響（即：刀具安裝高低對工作角度的影響）oe=o+oe=o-=arcsin2h/dw2、 刀桿安裝偏斜對工作主、副偏角的影響（即：刀柄軸線與進給方向不垂直時對工作角度的影響）re=r+re=r-

23、 3、橫向進給運動對工作角度的影響切斷刀切斷工件時，若不考慮刀具的進給運動，則：oe =o，即工作前角和工作后角與刀具的前后角相等，刀具的切削平面和基面不發(fā)生變化。但在鏟背加工中，由于橫向進給量大，所以對車刀工作角度有明顯的影響，刀尖的運動軌跡為阿基米德螺旋線，這時切削平面為通過切削刃A點切于螺旋面的平面，基面則為螺旋面的法向平面，當?shù)毒咴诼菪矫鎯惹邢鲿r，從上圖當中可以看出其工作角度的變化情況：工作前角增大，而減小。               

24、;                              即    由切削速度與進給速度組成的合成速度切與阿基米德螺旋面的過渡表面，包含的工作切削平面與靜態(tài)切削平面間的夾角為。同樣，垂直于合成速度工作基面與靜態(tài)基面間的夾角也為，在如圖所示的矢量三角形中：由

25、（1-2）式和（1-3）式得：                                               

26、60;                                   式中：進給量，單位為mm/r；切削過程中不斷地減小著的工件半徑，單位為mm。由公式（1-4）可知工件直徑與刀具的進給量f成正比，而與成反比。而夾角的取值范圍又在0450內變化

27、，是個單調增函數(shù)。刀具在螺旋平面內切削時，當切削刃越接近工件中心時，越大，那么這樣一來是逐漸增大的，由于橫向進給量大，就有可能會增大，這與我們實際不相符，工件直徑應該是逐漸減小才是，為了克服這樣的矛盾，我們?yōu)榇顺３龃箸P背車刀的刃磨后角，即=0;180。這樣刀具在螺旋平面內切削時，夾角的增量才有可能會更大，進而值才會減小。而對與切槽和不切削到工件中心的車端面，由于較小較大，所以工作角度變化較小，可以忽略不計。4、縱向進給運動對工作角度的影響其中：Pse：工作切削平面；Pre：工作基面。左側后角：左側前角：左側工作前角：左側工作后角：右側后角：右側前角：右側工作前角：右側工作后角P：螺紋導程（

28、方牙螺紋為單頭，單位為mm）：方牙螺紋兩側的螺旋升角刀具在車削方牙螺紋時，方牙螺紋兩側均為螺旋升角為的阿基米德螺旋線，刀具靜態(tài)狀態(tài)與工作狀態(tài)間的夾角也為，左、右兩側工作切削平面中的合成速度切于阿基米德螺旋面，即面傾斜了角，左、右兩側切削刃的工作基面也傾斜了角。于是，螺紋車刀左、右切削刃工作角度將發(fā)生變化：左側切削刃的工作前角和工作后角分別為：                     &#

29、160;                                右側切削刃的工作前角和工作后角分別為：              &

30、#160;                                                 &

31、#160;             (2-2)在如圖矢量三角形中：                                 

32、0; 式中：方牙螺紋的中徑，單位為mm         刀具靜態(tài)狀態(tài)與工作狀態(tài)間的夾角           P螺紋導程（方牙螺紋為單頭，單位為mm）因為方牙螺紋的較大（幾度到十幾度），所以就有增大的可能性，又因為和為定值，所以這時會產生矛盾。為此，為抵消工作時刀具角度的變化，螺紋車刀兩側切削刃的靜態(tài)后角應事先刃磨得不一樣大小，但其右側切削刃的工作前角仍負得相當多。為改善切削條件，可在螺紋車刀右側切削刃上加磨

33、靜態(tài)前角（圖3a），或將螺紋車刀傾斜角安裝（圖3b）。在后者情況下兩側切削刃上的工作前角、工作后角就等于其刃磨前角和刃磨后角(靜態(tài)角度，即標注角度)了。                                     &#

34、160;     圖3螺紋車刀靜態(tài)狀態(tài)的調整而對于縱車外圓，由于進給量f較小、工件直徑有比較大，所以工作角度變化甚小，可以忽略不計。項目4切削方式一、 自由切削與非自由切削1、 自由切削只有一條直線切削刃參加切削工作，這種情況稱之為自由切削。切金屬的變形基本上發(fā)生在二維平面內。切削刃為曲線，或有幾條切削刃（包括副切削刃）都參加了切削，金屬變形更為復雜，且發(fā)生在三維空間內。2、非自由切削主切削刃和副切削刃同時參加切削，稱之為非自由切削。非自由切削時，主切削刃與副切削刃交匯處金屬變形相互干涉，從而變形比較復雜。實際切削通常都是非自由切削。二、正切削與倒切削1

35、、正切削背吃刀量ap遠大于進給量f的切削方式稱為正切削。正切削時切屑沿著接近正交平面方向流出（圖1-20a），前述刀具幾何角度的定義均為正切削得出。2、倒切削背吃刀量ap遠小于進給量f的切削方式稱為倒切削（圖1-20b）。倒切削時，切屑沿著接近副正交平面方向流出，原來的副切削刃起主切削刃的作用，原來的主切削刃卻變?yōu)楦鼻邢魅辛?。這種倒切削常見于寬刃大進給切削中。三、直角切削與斜角切削1、直角切削 所謂直角切削是指刀刃垂直于合成切削運動方向的切削方式，如圖 1-21左所示，直角切削時，其刀刃刃傾角s=0 。2、斜角切削斜角切削時刀刃不垂直于合成切削運動方向，即s

36、60;0 ，如圖 1-21右所示。直角切削方式，其切屑流出方向在刀刃法平面內；而斜角切削方式，切屑流出方向不在法平面內。當s0是的刀具進行切削都是斜角切削。良刃傾角s較大時（如S=450750時），斜角切削具有刃口鋒利，實際前角明顯增大，排屑輕快等優(yōu)點。尤其當s>750時，實際前角oe接近于刃傾角s。目前使用較多的大刃傾角（s=750850）、薄切削（ap=0.11mm），f為幾十mm）精刨平面，實現(xiàn)以刨代磨就是利用這個原理。教學過程教學后記【課題實施的自我反思。本次課教法、學法、感想小結，包括成功的地方、需要改進的地方，教學效果分析、教學經驗歸納、設想與改進措施等。

37、】末頁第二章 刀具材料課題第二章 刀具材料課時4課時首頁教學內容1、刀具材料應具備的性能；2、常用刀具材料及其性能。目的要求1、掌握常用刀具材料的種類；2、掌握常用刀具材料性能及應用：高速鋼 硬質合金。重點難點重點為：常用刀具材料性能及應用：高速鋼 硬質合金。難點為：高速鋼 硬質合金等常用刀具材料的合理應用。教具講述法。使用多媒體課件。時間分配2X90分鐘教學進程項目1 結論教學目標1、刀具材料應具備的性能； 2、掌握常用刀具材料性能及應用：高速鋼 硬質合金。第二章 刀具材料刀具材料一般是指刀具切削部分的材料在切削過程中，刀具擔負著切除工件上多余金屬以形成已加工表面的任務。刀具的切削性能好壞，

38、取決于刀具切削部分的材料、幾何參數(shù)以及結構的合理性等。刀具材料對刀具壽命、加工生產效率、加工質量以及加工成本都有很大影響，因此必須合理選擇。刀具材料的發(fā)展受著工件材料發(fā)展的促進和影響。一、刀具材料應具備的性能1. 高的硬度和耐磨性 2. 足夠的強度和韌性3. 高的耐熱性（熱穩(wěn)定性）4. 良好的物理特性5. 良好的工藝性6. 經濟性高的硬度和耐磨性：硬度是刀具材料應具備的基本特性。刀具要從工件上切下切屑，其硬度必須比工件材料的硬度大。切削金屬所用刀具的切削刃的硬度，刀具材料常溫硬度一般要求大于60HRC。耐磨性是材料抵抗磨損的能力。一般來說，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。組織中硬質點（碳化物

39、、氮化物等）的硬度越高，數(shù)量越多，顆粒越小，分布越均勻，則耐磨性越高。但刀具材料的耐磨性實際上不僅取決于它的硬度，而且也和它的化學成分、強度、顯微組織及摩擦區(qū)的溫度有關。足夠的強度和韌性：為承受切削負荷、振動和沖擊，刀具材料必須具備足夠的強度和韌性。高的耐熱性（熱穩(wěn)定性）：耐熱性是衡量刀具材料切削性能的主要標志。它是指刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強度和韌性的性能。刀具材料的高溫硬度愈高，則刀具的切削性能愈好，允許的切削速度也愈高。 除高溫硬度外，刀具材料還應具有在高溫下抗氧化的能力以及良好的抗粘結和抗擴散能力，即刀具材料應具有良好的化學穩(wěn)定性。良好的物理特性：刀具材料應具備良好的導熱性、

40、大的熱容量以及優(yōu)良的熱沖擊性能。良好的工藝性能：為便于刀具制造，要求刀具材料具有良好的工藝性能，如鍛造性能、熱處理性能、高溫塑性變形性能、磨削加工性能等等。經濟性：經濟性是刀具材料的重要指標之一。刀具材料的發(fā)展應結合本國資源。有的刀具（如超硬材料刀具）雖然單件成本很貴，但因其使用壽命很長，分攤到每個零件的成本不一定很高。因此在選用時要考慮經濟效果。此外，在切削加工自動化和柔性制造系統(tǒng)中，也要求刀具的切削性能比較穩(wěn)定和可靠，有一定的可預測性和高度的可靠性。 二、常用刀具材料工具鋼：包括碳素工具鋼（如T10A、T12A）、合金工具鋼（如9SiCr、CrWMn）高速鋼硬質合：有鎢鈷類硬質合金、鎢鈦鈷

41、類硬質合金和鎢鈦鉭（鈮）類硬質合金。陶瓷超硬刀具材料：金剛石及立方氮化硼等。碳素工具鋼和合金工具鋼因耐熱性低而常用于手工工具。陶瓷、金剛石及立方氮化硼目前僅用于超硬工件的加工。目前最常用的是高速鋼和硬質合金。1、高 速 鋼它是一種加入較多鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金鋼。熱處理后硬度可達6266HRC，抗彎強度約3.3GPa，有較高的熱穩(wěn)定性 、耐磨性 、耐熱性。切削溫度在500650°C時仍能進行切削。由于熱處理變形小、能鍛易磨，所以特別適合于制造結構和刃型復雜的刀具，如成形車刀、銑刀、鉆頭、切齒刀、螺紋刀具和拉刀等。高速鋼的分類 按用途可分為：通用高速鋼和高性能高速鋼。按制造工

42、藝可分為：熔煉高速鋼、粉末冶金高速鋼和表面涂層高速鋼。按基本化學成份可分為：鎢系和鎢鉬系。通用型高速鋼這類高速鋼含碳量為0.70.9，合金元素主要成分有W、Mo、Gr、V等。主要牌號：鎢鋼：W18Cr4V（1841）由于鎢價高，熱塑性差，碳化物分布不均勻等原因，目前國內外已很少采用。鎢鉬鋼 ：它是鎢鋼中部分鎢用鉬取代而獲得的一種高速鋼。典型牌號W6Mo5Cr4V2（6542），簡稱M2鋼。強度、韌性、熱塑性好，但熱處理時易脫炭、氧化，且淬火溫度范圍窄等，用于熱軋刀具或熱成形刀具。另一種是W9Mo3Cr4V（9341）簡稱W9。其碳化物均勻界于M2與W18之間，熱穩(wěn)定性優(yōu)于M2。 高性能高速鋼高

43、性能高速鋼是指在通用型高速鋼中增加碳、釩、鈷或鋁等合金元素，使其常溫硬度可達6770HRC，耐磨性與熱穩(wěn)定性進一步提高。典型牌號：高碳高速鋼9W6Mo5Cr4V2高釩高速鋼W6Mo5Cr4V3鈷高速鋼W6Mo5Cr4V2Co5、W18Cr4VCo5超硬高速鋼W2Mo9Cr4VCo8（M42）W6Mo5Cr4V2Al（501）可以用于加工不銹鋼、高溫合金、耐熱鋼和高強度鋼等難加工材料。粉末冶金高速鋼粉末冶金高速鋼是用高壓氬氣或純氮氣霧化熔融的高速鋼鋼水而得到細小的高速鋼粉末，然后再熱壓鍛軋制成。優(yōu)點1. 可有效地解決一般熔煉高速鋼在鑄造時要產生的粗大碳化物共晶偏析，得到細小均勻的結晶組織。這就使

44、這種鋼有良好的力學性能。強度和韌性分別是熔煉鋼的2倍和2.53倍。2. 這種鋼的磨加工性很好，磨削表面粗糙度可顯著減小。3. 由于粉冶鋼物理力學性能的高度各向同性，可減小淬火時的變形（只及熔煉鋼的1/21/3）。4. 粉冶鋼的耐磨性可提高20%30%。5. 適用于制造精密刀具、大尺寸（滾刀、插齒刀）刀具、復雜成形刀具、拉刀等。2、硬質合金硬質合金是由高硬度和高熔點的金屬碳化物（碳化鎢WC、碳化鈦TiC、碳化鉭TaC、碳化鈮NbC等）和金屬粘結劑（Co、Mo、Ni等）用粉末冶金工藝制成。特點：硬質合金刀具常溫硬度為8993HRA，化學穩(wěn)定性好，熱穩(wěn)定性好，耐磨性好，耐熱性達8001000

45、6;C。硬質合金刀具允許的切削速度比高速鋼刀具高510倍，切削鋼時，切削速度可達220m/min。 硬質合金以其優(yōu)良的性能被廣泛用作刀具材料。大多數(shù)車刀、端銑刀等均由硬質合金制造。硬質合金分為類P類，用于加工長切屑（塑性）黑色金屬。相當我國YT類硬質合金； K類，用于加工短切屑（脆性）黑色金屬、有色金屬和非金屬材料。相當于我國的YG類；M類，可加工長切屑和短切屑黑色金屬和有色金屬。相當于我國的YW類。 K類：鎢鈷類硬質合金 代號為YG。這類合金是由WC和Co組成。合金中含鈷量愈高，韌性愈好，適合于粗加工，反之用于精加工。我國生產的常用牌號有YG3X、YG6X、YG6、YG8等，含Co量分別為3

46、%、6%、6%、8%。YG（K）類硬質合金，有較好的韌性、磨削性、導熱性。硬度為8991.5HRA，抗彎強度為1.11.5GPa比YT類高。適合于加工產生崩碎切屑及有沖擊載荷的脆性金屬材料。如黑色金屬、有色金屬以及非金屬材料，低速時也可加工鈦合金等耐熱鋼。P類：鎢鈦鈷類硬質合金 代號為YT。它以WC為基體，添加TiC，用Co作粘結劑燒結而成，常用牌號有YT5、YT14、YT15及YT30，TiC含量分別為5%、14%、15%和30%，相應的鈷含量為10%、8%、6%及4%主要用于加工鋼料；不宜加工不銹鋼和鈦合金；適合于精加工。這類合金的硬度為89.592.5HRA，抗彎強度為0.91.4GPa

47、。隨著合金成分中TiC含量的提高和Co含量的降低，硬度和耐磨性提高，抗彎強度則降低 。YT類硬質合金的突出優(yōu)點是耐熱性好。M類：鎢鈦鉭（鈮）類硬質合金 代號為YW。它在YT（P）類硬質合金中加入TaC或NbC，這樣可提高抗彎強度、疲勞強度、沖擊韌性、抗氧化能力、耐磨性和高溫硬度等。它既適用于加工脆性材料，又適用于加工塑性材料。以上三類硬質合金的主要成分都是WC，故可統(tǒng)稱為WC基硬質合金。YN類硬質合金（ TiC 基硬質合金）：這類合金是TiC為主要硬質相，以Ni或Mo為粘結相制成的合金。它比WC基合金有高的耐磨性、耐熱性和高的硬度（近似陶瓷），但抗彎強度和沖擊韌性較差。通常適用于鋼和鑄鐵的半精加工和精加工。代表牌號為YN05和YN10。硬質合金的選用YG類硬質合金主要用于加工鑄鐵、有色金屬及非金屬材料。YT類硬質合金適于加工鋼料。YW類硬質合金則主要用于加工耐熱鋼、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料。硬質合金中含鈷量增多（WC、TiC含量減少）時，其抗彎強度和沖擊韌度增高（硬度及耐熱性降低），適合于粗加工。含鈷量減少（WC、Tic含量增加）時，其硬度、耐磨性及耐熱性增加（強度及韌性降低），適合于作精加工用。在加工含鈦的不銹鋼（如1Cr18Ni9Ti）和鈦合金時，不宜采用YT類硬質合金。3、涂層刀具材料在韌牲較好的刀具基體上，涂覆一層耐磨性好的難熔金