刀具材料及性能介紹

1、（3）優(yōu)良導熱性和耐熱性）優(yōu)良導熱性和耐熱性（2）高強度與強韌性）高強度與強韌性2.5 刀具材料 2.5.1 刀具材料的基本要求刀具材料的基本要求v刀具材料需滿足一些刀具材料需滿足一些基本要求基本要求 ：（1）高硬度和耐磨性）高硬度和耐磨性刀具材料耐熱性刀具材料耐熱性是衡量刀具切削是衡量刀具切削性能的主要標性能的主要標志志 ，通常用高，通常用高溫下保持高硬度溫下保持高硬度的性能來衡量，的性能來衡量，也稱熱硬性也稱熱硬性（4）良好的工藝性與經濟性）良好的工藝性與經濟性（1）高硬度和耐磨性）高硬度和耐磨性v刀具是從工件上去除材料，刀具是從工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必所以刀具材料的硬度必須高

2、于工件材料的硬度。須高于工件材料的硬度。v刀具材料刀具材料最低硬度最低硬度應在應在60HRC以上。以上。v對于對于碳素工具鋼碳素工具鋼材料，在室溫條件下硬度應在材料，在室溫條件下硬度應在62HRC以上；以上；高速鋼高速鋼硬度為硬度為63HRC70HRC；硬硬質合金刀具質合金刀具硬度為硬度為89HRC93HRC。 A、刀具耐、刀具耐磨性是刀具抵抗磨損能力。磨性是刀具抵抗磨損能力。v一般刀具一般刀具硬度硬度越高，越高，耐磨性耐磨性越好。越好。v刀具金相組織中刀具金相組織中硬質點硬質點（如碳化物、氮化物等）越（如碳化物、氮化物等）越多，顆粒越小，分布越均勻，則刀具多，顆粒越小，分布越均勻，則刀具耐磨

3、性越好耐磨性越好。（2）高強度與強韌性）高強度與強韌性v刀具材料在切削時受到很大的切削力與沖擊刀具材料在切削時受到很大的切削力與沖擊力。力。v如車削如車削45鋼，在背吃刀量鋼，在背吃刀量ap4，進給量，進給量f 0.5/r的條件下，刀片所承受的的條件下，刀片所承受的切削力達切削力達到到4000N，可見，刀具材料必須具有較高的，可見，刀具材料必須具有較高的強度和較強的韌性。強度和較強的韌性。v一般刀具材料的韌性用沖擊韌度一般刀具材料的韌性用沖擊韌度aK表示，反表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。映刀具材料抗脆性和崩刃能力。（3）優(yōu)良導熱性和耐熱性）優(yōu)良導熱性和耐熱性vA、刀具導熱性好，表示切削產

4、生的熱量容易傳導、刀具導熱性好，表示切削產生的熱量容易傳導出去，降低了刀具切削部分溫度，減少刀具磨損。出去，降低了刀具切削部分溫度，減少刀具磨損。v刀具材料導熱性好，其抗耐熱沖擊和抗熱裂紋性能刀具材料導熱性好，其抗耐熱沖擊和抗熱裂紋性能也強。也強。vB、刀具材料耐熱性是衡量刀具切削性能的主要標、刀具材料耐熱性是衡量刀具切削性能的主要標志，通常用高溫下保持高硬度的性能來衡量，也稱志，通常用高溫下保持高硬度的性能來衡量，也稱熱硬性熱硬性。v刀具材料刀具材料高溫硬度越高，則耐熱性越好，高溫硬度越高，則耐熱性越好，在高溫抗在高溫抗塑性變形能力、抗磨損能力越強。塑性變形能力、抗磨損能力越強。（4）良好的

5、工藝性與經濟性）良好的工藝性與經濟性v刀具不但要有良好的切削性能，本身還應該刀具不但要有良好的切削性能，本身還應該易于制造，這要求刀具材料有較好的易于制造，這要求刀具材料有較好的工藝性工藝性，如鍛造、熱處理、焊接、磨削、高溫塑性變如鍛造、熱處理、焊接、磨削、高溫塑性變形等功能。形等功能。v經濟性也是刀具材料的重要指標之一，選擇經濟性也是刀具材料的重要指標之一，選擇刀具時，要刀具時，要考慮經濟效果考慮經濟效果，以降低生產成本。，以降低生產成本。2.5.2 普通刀具材料普通刀具材料v2.5.2 普通刀具材料普通刀具材料v1高速鋼高速鋼v（1）概念概念：v高速鋼是一種含有鎢、鉬、鉻、釩等合金元高速鋼

6、是一種含有鎢、鉬、鉻、釩等合金元素較多的工具鋼素較多的工具鋼 v（2）性質性質：v、高速鋼具有良好的熱穩(wěn)定性、高速鋼具有良好的熱穩(wěn)定性 v、高速鋼具有較高強度和韌性、高速鋼具有較高強度和韌性 v、高速鋼具有一定的硬度、高速鋼具有一定的硬度(6370HRC)和和耐磨性耐磨性 v（3）高速鋼的分類）高速鋼的分類v 、普通高速鋼、普通高速鋼v A、鎢系高速鋼（簡稱鎢系高速鋼（簡稱 W18）v優(yōu)點優(yōu)點：鋼磨削性能和綜合性能好，通用性強。：鋼磨削性能和綜合性能好，通用性強。 v缺點缺點：碳化物分布常不均勻，強度與韌性不夠：碳化物分布常不均勻，強度與韌性不夠強，熱塑性差，不宜制造成大截面刀具。強，熱塑性差

7、，不宜制造成大截面刀具。 v B、鎢鉬鋼鎢鉬鋼（將一部分鎢用鉬代替所制成的鋼（將一部分鎢用鉬代替所制成的鋼 ）v優(yōu)點優(yōu)點：減小了碳化物數量及分布的不均勻性：減小了碳化物數量及分布的不均勻性 。v缺點缺點：高溫切削性能和：高溫切削性能和W18相比稍差。相比稍差。 v 、高性能高速鋼、高性能高速鋼 v優(yōu)點優(yōu)點：具有較強的耐熱性，：具有較強的耐熱性，刀具耐刀具耐用度是普通高速鋼的用度是普通高速鋼的1.53倍倍 。 v缺點缺點：強度與韌性較普通高速鋼：強度與韌性較普通高速鋼低，高釩高速鋼磨削加工性差。低，高釩高速鋼磨削加工性差。v適合加工的零件：奧氏體不銹鋼、高適合加工的零件：奧氏體不銹鋼、高溫合金、

8、鈦合金、超高強度鋼等難加溫合金、鈦合金、超高強度鋼等難加工材料。工材料。 、粉末冶金高速鋼、粉末冶金高速鋼 v優(yōu)點：優(yōu)點：無碳化物偏析，提高鋼的強度、韌性和無碳化物偏析，提高鋼的強度、韌性和硬度，硬度值達硬度，硬度值達6970HRC；v保證材料各向同性，減小熱處理內應力和變形；保證材料各向同性，減小熱處理內應力和變形；v磨削加工性好，磨削效率比熔煉高速鋼提高磨削加工性好，磨削效率比熔煉高速鋼提高23倍；倍；v耐磨性好。耐磨性好。 v適于制造切削適于制造切削難加工材料難加工材料的刀具、大尺寸刀具的刀具、大尺寸刀具（如滾刀和插齒刀），精密刀具和磨加工量大（如滾刀和插齒刀），精密刀具和磨加工量大的復

9、雜刀具。的復雜刀具。v2硬質合金硬質合金v（1）硬質合金組成硬質合金組成v硬質合金是由難熔金屬碳化物和金屬粘結劑經粉末硬質合金是由難熔金屬碳化物和金屬粘結劑經粉末冶金方法制成。冶金方法制成。v（2）硬質合金的）硬質合金的性能特點性能特點v硬質合金硬質合金優(yōu)點優(yōu)點：硬質合金中高熔點、高硬度碳化物：硬質合金中高熔點、高硬度碳化物含量高，熱熔性好含量高，熱熔性好 ,熱硬性好，切削速度高。熱硬性好，切削速度高。v硬質合金硬質合金缺點缺點：脆性大，抗彎強度和抗沖擊韌性不：脆性大，抗彎強度和抗沖擊韌性不強?？箯潖姸戎挥懈咚黉摰膹??？箯潖姸戎挥懈咚黉摰?/31/2，沖擊韌性只，沖擊韌性只有高速鋼的有高速鋼的

10、1/41/35。v硬質合金硬質合金力學性能：力學性能：主要由組成硬質合金碳化物的主要由組成硬質合金碳化物的種類、數量、粉末顆粒的粗細和粘化劑的含量決定。種類、數量、粉末顆粒的粗細和粘化劑的含量決定。 v（2）普通硬質合金的種類、牌號及適）普通硬質合金的種類、牌號及適用范圍用范圍v按其化學成分的不同按其化學成分的不同可分為可分為 ：v、鎢鈷類鎢鈷類（WC+Co）（合金代號為（合金代號為YG，對應于國標對應于國標K類類 ）v合金鈷含量越高，韌性越好，適于粗加合金鈷含量越高，韌性越好，適于粗加工；工；v鈷含量低，適于精加工。鈷含量低，適于精加工。 、鎢鈦鈷類鎢鈦鈷類v鎢鈦鈷類鎢鈦鈷類（WC+TiC+

11、Co）（合金代號為（合金代號為YT，對應于國標，對應于國標P類類 ）v此類合金有較高的硬度和耐熱性，主要此類合金有較高的硬度和耐熱性，主要用于加工切屑成呈狀的鋼件等塑性材料。用于加工切屑成呈狀的鋼件等塑性材料。 v合金中合金中TiC含量高，則耐磨性和耐熱性提高，含量高，則耐磨性和耐熱性提高，但強度降低但強度降低 粗加工一般選擇粗加工一般選擇TiC含量少的含量少的牌號，精加工選擇牌號，精加工選擇TiC含量多的牌號。含量多的牌號。、鎢鈦鉭（鈮）鈷類鎢鈦鉭（鈮）鈷類v鎢鈦鉭（鈮）鈷類鎢鈦鉭（鈮）鈷類（WC+TiC+TaC（Nb）+Co）（）（合金代號為合金代號為YW，對應于國標，對應于國標M類）類）

12、v適用于加工冷硬鑄鐵、有色金屬及合金適用于加工冷硬鑄鐵、有色金屬及合金半精加工，也能用于高錳鋼、淬火鋼、半精加工，也能用于高錳鋼、淬火鋼、合金鋼及耐熱合金鋼的半精加工和精加合金鋼及耐熱合金鋼的半精加工和精加工。工。v、碳化鈦基類碳化鈦基類（WC+TiC+Ni+Mo）合金代號合金代號YN，對應于國標，對應于國標P01類。類。v用于精加工和半精加工，對于用于精加工和半精加工，對于大長零件且加工精度較高的零大長零件且加工精度較高的零件尤其適合，但不適于有沖擊件尤其適合，但不適于有沖擊載荷的粗加工和低速切削。載荷的粗加工和低速切削。（3）超細晶粒硬質合金）超細晶粒硬質合金 v超細晶粒硬質合金多用于超細

13、晶粒硬質合金多用于YG類合金，它類合金，它的硬度和耐磨性得到較大提高，抗彎強的硬度和耐磨性得到較大提高，抗彎強度和沖擊韌度也得到提高，已接近高速度和沖擊韌度也得到提高，已接近高速鋼。鋼。v適合做小尺寸銑刀、鉆頭等，并可用于適合做小尺寸銑刀、鉆頭等，并可用于加工高硬度難加工材料。加工高硬度難加工材料。2.5.3 特殊刀具材料特殊刀具材料v1陶瓷刀具陶瓷刀具v（1）材料組成：材料組成：主要由硬度和熔點都很高的主要由硬度和熔點都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物組成，另外還有等氧化物、氮化物組成，另外還有少量的金屬碳化物、氧化物等添加劑，通過粉末少量的金屬碳化物、氧化物等添加劑，通過粉末冶

14、金工藝方法制粉，再壓制燒結而成。冶金工藝方法制粉，再壓制燒結而成。 v（2）常用種類：常用種類：Al2O3基陶瓷和基陶瓷和Si3N4基陶瓷基陶瓷v（3）優(yōu)點：優(yōu)點：有很高的硬度和耐磨性，刀具壽命有很高的硬度和耐磨性，刀具壽命比硬質合金高；具有很好的熱硬性，摩擦系數低，比硬質合金高；具有很好的熱硬性，摩擦系數低，切削力比硬質合金小，用該類刀具加工時能提高切削力比硬質合金小，用該類刀具加工時能提高表面光潔度。表面光潔度。 v（4）缺點：缺點：強度和韌性差，熱導率低。陶瓷最強度和韌性差，熱導率低。陶瓷最大缺點是脆性大，抗沖擊性能很差。大缺點是脆性大，抗沖擊性能很差。v（5）適用范圍：適用范圍：高速精

15、細加工硬材料高速精細加工硬材料。 v2金剛石刀具金剛石刀具v（1）分類：分類：天然金剛石刀具；人造聚晶金剛石天然金剛石刀具；人造聚晶金剛石刀具；復合聚晶金剛石刀具。刀具；復合聚晶金剛石刀具。 v（2）優(yōu)點：優(yōu)點：極高的硬度和耐磨性，人造金剛石極高的硬度和耐磨性，人造金剛石硬度達硬度達10000HV，耐磨性是硬質合金的，耐磨性是硬質合金的6080倍；切削刃鋒利，能實現(xiàn)超精密微量加工和鏡倍；切削刃鋒利，能實現(xiàn)超精密微量加工和鏡面加工；很高的導熱性。面加工；很高的導熱性。v（3）缺點：缺點：耐熱性差，強度低，脆性大，對振耐熱性差，強度低，脆性大，對振動很敏感。動很敏感。v（4）適用范圍：適用范圍：用

16、于高速條件下精細加工有色用于高速條件下精細加工有色金屬及其合金和非金屬材料。金屬及其合金和非金屬材料。 v3立方氮化硼刀具立方氮化硼刀具v（1）概念）概念：立方氮化硼（簡稱：立方氮化硼（簡稱CBN）是由六方）是由六方氮化硼為原料在高溫高壓下合成。氮化硼為原料在高溫高壓下合成。v（2）優(yōu)點）優(yōu)點：硬度高，硬度僅次于金剛石，熱穩(wěn)：硬度高，硬度僅次于金剛石，熱穩(wěn)定性好，較高的導熱性和較小的摩擦系數。定性好，較高的導熱性和較小的摩擦系數。v（3）缺點）缺點：強度和韌性較差，抗彎強度僅為陶：強度和韌性較差，抗彎強度僅為陶瓷刀具的瓷刀具的1/51/2。 v（4）適用范圍）適用范圍：適用于加工高硬度淬火鋼、

17、冷：適用于加工高硬度淬火鋼、冷硬鑄鐵和高溫合金材料。它不宜加工塑性大的鋼硬鑄鐵和高溫合金材料。它不宜加工塑性大的鋼件和鎳基合金，也不適合加工鋁合金和銅合金，件和鎳基合金，也不適合加工鋁合金和銅合金，通常采用負前角的高速切削。通常采用負前角的高速切削。2.5.4 涂層刀具涂層刀具v（1）概念：概念：涂層刀具是在韌性較好的硬質合金基體涂層刀具是在韌性較好的硬質合金基體上或高速鋼刀具基體上，涂覆一層耐磨性較高的難熔上或高速鋼刀具基體上，涂覆一層耐磨性較高的難熔金屬化合物而制成。金屬化合物而制成。v（2）常用的）常用的涂層材料涂層材料有：有：TiC、TiN、Al2O3等等 v（3）涂層形式：涂層形式：

18、可以采用單涂層和復合涂層可以采用單涂層和復合涂層 v（4）優(yōu)點：優(yōu)點：涂層刀具具有高的抗氧化性能和抗粘結涂層刀具具有高的抗氧化性能和抗粘結性能，因此具有較高的耐磨性性能，因此具有較高的耐磨性 v（5）適用范圍：適用范圍：主要用于車削、銑削等加工，由于主要用于車削、銑削等加工，由于成本較高，還不能完全取代未涂層刀具的使用。不適成本較高，還不能完全取代未涂層刀具的使用。不適合受力大和沖擊大的粗加工，高硬材料的加工以及進合受力大和沖擊大的粗加工，高硬材料的加工以及進給量很小的精密切削。給量很小的精密切削。課堂問題避免積屑瘤的發(fā)生的措施？避免積屑瘤的發(fā)生的措施避免積屑瘤的發(fā)生的措施P45v、首先從加工

19、前的熱處理工藝階段解決。通過熱處理，、首先從加工前的熱處理工藝階段解決。通過熱處理，提高提高零件零件材料材料的的硬度硬度，降低降低材料的材料的加工硬化加工硬化。v、調整、調整刀具刀具角度，角度，增大前角，增大前角，從而減小切屑對刀具前從而減小切屑對刀具前刀面的壓力。刀面的壓力。v、調低調低切削速度切削速度，使切削層與刀具前刀面接觸面使切削層與刀具前刀面接觸面溫度溫度降低，避免粘結現(xiàn)象的發(fā)生。降低，避免粘結現(xiàn)象的發(fā)生?；虿捎没虿捎幂^高的切削速度，較高的切削速度，增加切削溫度，因為增加切削溫度，因為溫度高到一定程度，溫度高到一定程度，積屑瘤也不會積屑瘤也不會發(fā)生。發(fā)生。v、更換、更換切削液切削液，

20、采用潤滑性能更好的切削液，減少切，采用潤滑性能更好的切削液，減少切削摩擦。削摩擦。影響切削變形的因素問題？影響切削變形的因素問題？v1隨著工件材料強度的增大，切屑的隨著工件材料強度的增大，切屑的變形如何變化？變形如何變化？ v2當當刀具刀具前角前角O增大時，金屬切屑的增大時，金屬切屑的變形趨勢？變形趨勢？v刀尖刀尖圓弧半徑圓弧半徑越大越大，表面的切削變形是表面的切削變形是增大還是減小？增大還是減??？1工件材料工件材料v通過試驗，可以發(fā)通過試驗，可以發(fā)現(xiàn)工件材料強度和現(xiàn)工件材料強度和切屑變形有密切的切屑變形有密切的關系。關系。v從圖可以看出，從圖可以看出，隨隨著工件材料強度的著工件材料強度的增大

21、，切屑的變形增大，切屑的變形越來越小。越來越小。 變形系數材料強度圖圖2-10 材料強度對變形系數的影響材料強度對變形系數的影響 2刀具幾何參數刀具幾何參數v由由圖圖2-7可以看到，當可以看到，當刀具刀具前角前角O增大時，增大時，沿刀面流出沿刀面流出的金屬切削層將比較平緩的的金屬切削層將比較平緩的流出，流出，金屬切屑的變形也會金屬切屑的變形也會變小。變小。v刀尖圓弧半徑對切削變形也刀尖圓弧半徑對切削變形也有影響，有影響，刀尖刀尖圓弧半徑圓弧半徑越大越大，表明刀尖越鈍，對加工表面表明刀尖越鈍，對加工表面擠壓也越大，擠壓也越大，表面的切削變表面的切削變形也越大形也越大。v1、切削速度、切削速度c

22、、進給量、進給量f 、背吃刀量背吃刀量ap哪一個對溫度的哪一個對溫度的影響最顯著？說明影響最顯著？說明原因？原因？v2、前角前角o對切削溫度的影響？對切削溫度的影響？v3、主偏角、主偏角r對切削溫度的影響？對切削溫度的影響？v4、材料的、材料的強度與硬度增大強度與硬度增大時，切削時，切削溫度升高還是降低？溫度升高還是降低？（1）切削用量）切削用量v經驗公式經驗公式：高速鋼刀具：高速鋼刀具(加工材料加工材料45鋼鋼)： v 140170a f v v 硬質合金刀具硬質合金刀具(加工材料加工材料45鋼鋼)： v 320a f v v切削用量三要素切削用量三要素c、 ap 、f中，中，v切削速度切削

23、速度c對溫度的對溫度的影響最顯著影響最顯著，因為，因為指數最大指數最大，切削，切削速度增加一倍，溫度約增加速度增加一倍，溫度約增加32；v其次是進給量其次是進給量f ，進給量增加一倍，溫度約升高，進給量增加一倍，溫度約升高18，v背吃刀量背吃刀量ap影響最小影響最小，約，約7。v主要的原因是主要的原因是速度增加速度增加，使，使摩擦熱增多摩擦熱增多；vf增加增加，切削變形減小，切削變形減小，切屑切屑帶走的熱量帶走的熱量也增多，所以也增多，所以熱量增加不多；熱量增加不多；v背吃刀量背吃刀量ap的增加的增加，使切削寬度增加，顯著增加熱量的，使切削寬度增加，顯著增加熱量的散熱面積散熱面積。1 . 00

24、8. 0p3 . 02 . 045. 035. 005. 0p15. 041. 026. 0影響切削溫度的因素影響切削溫度的因素（2）刀具的幾何參數）刀具的幾何參數v前角前角o ：前角：前角o增大，切削溫度降低。因前增大，切削溫度降低。因前角增大時，單位切削力下降，切削熱減少。角增大時，單位切削力下降，切削熱減少。v主偏角主偏角r ：主偏角：主偏角r減小，切削寬度減小，切削寬度bD增大，增大，切削厚度減小，因此切削溫度也下降。切削厚度減小，因此切削溫度也下降。（3）工件材料）工件材料v材料的材料的強度與硬度增大強度與硬度增大時，單位切削力增大，時，單位切削力增大，因此切削熱增多，切削溫度升高。

25、因此切削熱增多，切削溫度升高。v導熱系數影響材料的傳熱，因此導熱系數導熱系數影響材料的傳熱，因此導熱系數大大，產生的切削溫度產生的切削溫度低低。v2 . 刀具的磨損原因刀具的磨損原因：v（1）硬質點磨損）硬質點磨損v（2）粘結磨損）粘結磨損v（3）擴散磨損）擴散磨損v（4）氧化磨損）氧化磨損v（5）相變磨損）相變磨損v問題？問題？v在在低溫區(qū)，一般以哪些磨低溫區(qū)，一般以哪些磨損為主？在高溫區(qū)又以哪些損為主？在高溫區(qū)又以哪些磨損等為主？磨損等為主？v在在低溫區(qū)，一般以硬質點磨損為主；在高溫低溫區(qū)，一般以硬質點磨損為主；在高溫區(qū)以粘結磨損、擴散磨損、氧化磨損、相變區(qū)以粘結磨損、擴散磨損、氧化磨損、

26、相變磨損為主。磨損為主。課堂問題？課堂問題？3、車刀各刀具角度的概念？、車刀各刀具角度的概念？前角前角o、后角、后角o、主偏角、主偏角r 、 副偏角副偏角r、刃傾角、刃傾角s1、強度和韌性大的、強度和韌性大的刀具材料刀具材料選擇大的還是小選擇大的還是小的前角，而脆性大的刀具又如何選擇？的前角，而脆性大的刀具又如何選擇？2、加工塑性材料加工塑性材料時，一般選擇大的還是小的時，一般選擇大的還是小的前角。前角。 3、加工脆性材料時，刀具前角相對塑性材料、加工脆性材料時，刀具前角相對塑性材料如何選擇？如何選擇？4、粗加工和精加工時刀具的前角有何區(qū)別？、粗加工和精加工時刀具的前角有何區(qū)別？問題？問題？v

27、強度和韌性大的刀具材料可以選擇大的前角，強度和韌性大的刀具材料可以選擇大的前角，而脆性大的刀具甚至取負的前角。而脆性大的刀具甚至取負的前角。v加工鋼件等加工鋼件等塑性材料塑性材料時，一般采用選擇時，一般采用選擇大大的的前角。前角。 v加工加工脆性材料脆性材料時，因此刀具前角相對塑性材時，因此刀具前角相對塑性材料取得料取得小些或取負值小些或取負值，以提高刀刃的強度。，以提高刀刃的強度。v粗加工粗加工時，一般取較時，一般取較小小的前角；的前角；v精加工精加工時，宜取較時，宜取較大大的前角，以減小工件變的前角，以減小工件變形與表面粗糙度；形與表面粗糙度；解答解答v1、當切削點高于工件中心時，對工作前、當切削點高于工件中心時，對工作前角、后角有何影響？角、后角有何影響？v2、導桿中心與進給方向不垂直，當刀桿、導桿中心與進給方向不垂直，當刀桿中心與正常位置逆時針偏中心與正常位置逆時針偏角時，如何影角