机械制造技术基础第1章_金属切削加工基础知识

1、 第一章第一章 金属切削加工的基础知识金属切削加工的基础知识 1）本）本 课程教学目的课程教学目的 机械制造技术基础机械制造技术基础是机械设计制造及自动化专业的必修专是机械设计制造及自动化专业的必修专业基础课程，是该专业的主干课程，通过学习业基础课程，是该专业的主干课程，通过学习机械制造技机械制造技术基础术基础，可以使学生对制造活动有一个总体的、全貌的了，可以使学生对制造活动有一个总体的、全貌的了解与把握，掌握金属切削加工的基本规律，机械加工的基本解与把握，掌握金属切削加工的基本规律，机械加工的基本知识，具备机械加工和装配工艺规程设计的能力，掌握机械知识，具备机械加工和装配工艺规程设计的能力，

2、掌握机械加工中精度及表面质量的概念及其控制方法，初步具备分析加工中精度及表面质量的概念及其控制方法，初步具备分析解决现场工艺问题的能力，了解当今先进制造技术和先进制解决现场工艺问题的能力，了解当今先进制造技术和先进制造模式的发展概况和制造技术发展的前沿与趋势，初步具备造模式的发展概况和制造技术发展的前沿与趋势，初步具备对制造系统、制造模式选择决策的能力。对制造系统、制造模式选择决策的能力。本课程教学目的和任务本课程教学目的和任务 2） 本课程教学主要任务本课程教学主要任务 介绍机械产品的生产过程及生产活动的组织、机械加工过程介绍机械产品的生产过程及生产活动的组织、机械加工过程及其系统，包括：及

3、其系统，包括：本课程教学目的和任务本课程教学目的和任务（1）金属切削过程及其基本规律；）金属切削过程及其基本规律；（2）机床、夹具、刀具的基本知识；）机床、夹具、刀具的基本知识；（3）机械加工和装配工艺规程的设计；）机械加工和装配工艺规程的设计；（4）机械加工中精度及表面质量的概念及其控）机械加工中精度及表面质量的概念及其控制方法；制方法；（5）制造技术与现代生产管理模式；）制造技术与现代生产管理模式；（6）制造技术发展的前沿与趋势。）制造技术发展的前沿与趋势。 1. 1. 金属切削加工的定义金属切削加工的定义概述概述 金属切削刀具和工件按一定规律作相对运动，通过刀具上金属切削刀具和工件按一定

4、规律作相对运动，通过刀具上的切削刃切除工件上多余的（或预留的）金属，从而使工件的切削刃切除工件上多余的（或预留的）金属，从而使工件的形状、尺寸精度及表面质量都符合预定要求，这样的加工的形状、尺寸精度及表面质量都符合预定要求，这样的加工称为金属切削加工。称为金属切削加工。 在金属切削加工过程中有两个基本要素：在金属切削加工过程中有两个基本要素： 一个是成形运动，一个是成形运动， 另一个是刀具。另一个是刀具。 3. 3. 金属切削加工的种类金属切削加工的种类 车削、铣削、刨削、磨削、钻削、镗削、拉削等。车削、铣削、刨削、磨削、钻削、镗削、拉削等。 车车削削铣铣削削刨刨削削磨磨削削钻削钻削镗削镗削拉

5、拉削削 金属切削刀具和工件按一定规律作相对运金属切削刀具和工件按一定规律作相对运动，通过刀具上的切削刃切除工件上多余的（或预动，通过刀具上的切削刃切除工件上多余的（或预留的）金属，从而使工件的形状、尺寸精度及表面留的）金属，从而使工件的形状、尺寸精度及表面质量都合乎预定要求，这样的加工称为金属切削加质量都合乎预定要求，这样的加工称为金属切削加工。任何零件的表面形状都是由一些基本表面组合工。任何零件的表面形状都是由一些基本表面组合而成的，所以零件的切削加工过程就是表面成形过而成的，所以零件的切削加工过程就是表面成形过程。程。 加工表面的形成加工表面的形成 1. 1. 零件的表面形状零件的表面形状

6、 平面、直线成形表面、平面、直线成形表面、圆柱面、圆锥面、圆柱面、圆锥面、球面、圆环面、螺球面、圆环面、螺旋面。旋面。 加工表面的形成加工表面的形成 2. 2. 工件表面的形成工件表面的形成方法方法 各种典型表面都可各种典型表面都可以看作是一条线以看作是一条线（称为（称为母线母线）沿着）沿着另一条线（称为另一条线（称为导导线线）运动的轨迹。）运动的轨迹。母线和导线母线和导线统称为统称为形成表面的形成表面的发生线。发生线。 加工表面的形成加工表面的形成螺旋线螺旋线螺纹牙形螺纹牙形渐开线渐开线 有些表面的发生线完全相同，只因母线的原始位置不同，有些表面的发生线完全相同，只因母线的原始位置不同，也可

7、以形成不同的表面。也可以形成不同的表面。 母线和导线有时候可以互换；有时候不可以互换。母线和导线有时候可以互换；有时候不可以互换。 加工表面的形成加工表面的形成 3 3 发生线的形成方法及所需的运动发生线的形成方法及所需的运动 在实际的切削加工中，在实际的切削加工中，发生线是由刀具的切削刃与工件间的相对发生线是由刀具的切削刃与工件间的相对运动得到的。运动得到的。由于生产中使用的刀具切削刃形状和采取的加工方由于生产中使用的刀具切削刃形状和采取的加工方法不同，形成发生线的方法可归纳为四种。法不同，形成发生线的方法可归纳为四种。 加工表面的形成加工表面的形成 轨迹法轨迹法 成形法成形法 是利用刀具作

8、一定规律的轨迹运动来对工件是利用刀具作一定规律的轨迹运动来对工件进行加工的方法。进行加工的方法。 利用成形刀具对利用成形刀具对工件进行加工的方法，刀具的工件进行加工的方法，刀具的切削刃与所需形成的母线完全切削刃与所需形成的母线完全吻合。吻合。 相切法相切法 加工表面的形成加工表面的形成 展成法展成法（亦称共轭法或包络法）（亦称共轭法或包络法） 是利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进是利用刀具边旋转边作轨迹运动来对工件进行加工的方法。行加工的方法。 是利用工件和刀具作展是利用工件和刀具作展成切削运动进行加工的方法。成切削运动进行加工的方法。 加工表面的形成加工表面的形成成形法成形法母线母线 导线

9、导线 导线导线 母线母线 表面成形运动是保证得到工件表面成形运动是保证得到工件要求的表面形状的运动。例要求的表面形状的运动。例如用车刀车削外圆柱面，形如用车刀车削外圆柱面，形成母线和导线的方法，都属成母线和导线的方法，都属于轨迹法。工件的旋转运动于轨迹法。工件的旋转运动B B1，产生母线（圆）；刀具，产生母线（圆）；刀具的纵向直线运动的纵向直线运动A A2产生导线产生导线（直线）。（直线）。运动运动B B1和和A A2就是就是形成外圆表面两两个成形运形成外圆表面两两个成形运动。动。 加工表面的形成加工表面的形成 （1 1）成形运动的种类）成形运动的种类 简单成形运动简单成形运动 由单独的旋转运

10、动或直线运动构成；由单独的旋转运动或直线运动构成； 复合成形运动复合成形运动 由两个或两个以上旋转运动或（和）直线运动，按照某些确由两个或两个以上旋转运动或（和）直线运动，按照某些确定的运动关系组合而成定的运动关系组合而成。 加工表面的形成加工表面的形成 （2 2）零件表面成形所需的成形运动）零件表面成形所需的成形运动 形成表面所需要的成形运动，就是形成母线及导线所需要的成形形成表面所需要的成形运动，就是形成母线及导线所需要的成形运动的总和。为了加工出所需的零件表面，机床就必须具备这运动的总和。为了加工出所需的零件表面，机床就必须具备这些成形运动。些成形运动。 加工表面的形成加工表面的形成例例

11、1-1 1-1 用普通车刀车削外圆用普通车刀车削外圆 母线母线圆，由轨迹法形成，需圆，由轨迹法形成，需要一个成形运动要一个成形运动B1B1。 导线导线直线，由轨迹法形成，直线，由轨迹法形成，需要一个成形运动需要一个成形运动A2A2。 表面成形运动的总数为两个，即表面成形运动的总数为两个，即BlBl和和A2A2，都是简单的成形运动。，都是简单的成形运动。 加工表面的形成加工表面的形成例例1-2 1-2 用成形车刀车削成形回转用成形车刀车削成形回转表面表面 母线母线曲线，由成形法形成，曲线，由成形法形成，不需要成形运动。不需要成形运动。 导线导线圆，由轨迹法形成，需圆，由轨迹法形成，需要一个成形运

12、动要一个成形运动B1B1。 表面成形运动的总数为一个表面成形运动的总数为一个BlBl，是简单的成形运动。是简单的成形运动。 加工表面的形成加工表面的形成 例例1-3 1-3 用螺纹车刀车削螺纹用螺纹车刀车削螺纹 母线母线车刀的车刀的刀刃形状刀刃形状与螺纹与螺纹轴向剖面轮廓的形状一致，故母轴向剖面轮廓的形状一致，故母线由成形法形成，不需要成形运线由成形法形成，不需要成形运动。动。 导线导线螺旋线，由轨迹法形成，螺旋线，由轨迹法形成，需要一个成形运动。这是一个复需要一个成形运动。这是一个复合运动。合运动。B11B11，A12A12。 加工表面的形成加工表面的形成例例1-4 1-4 用齿轮滚刀加工直

13、齿圆柱齿用齿轮滚刀加工直齿圆柱齿轮齿面轮齿面 母线母线渐开线渐开线，由展成法形成，由展成法形成，需要一个成形运动，是复合运动，需要一个成形运动，是复合运动，可分解为滚刀旋转可分解为滚刀旋转B11B11和工件旋转和工件旋转B12B12两个部分，两个部分，B11B11和和B12B12之间必须之间必须保持严格的相对运动关系。保持严格的相对运动关系。 导线导线直线直线，由相切法形成，由相切法形成，需要两个独立的成形运动，即滚刀需要两个独立的成形运动，即滚刀的旋转运动的旋转运动B11B11和滚刀沿工件的轴向和滚刀沿工件的轴向移动移动A2A2。 切削运动切削运动 要进行切削加工，金属切削机床必须为形成工件

14、表面提供两种要进行切削加工，金属切削机床必须为形成工件表面提供两种最主要的相对运动，即最主要的相对运动，即主运动和进给运动主运动和进给运动。 （1 1）主运动及切削速度）主运动及切削速度 主运动是刀具和工件之间产生的最主要的相对运动主运动是刀具和工件之间产生的最主要的相对运动，它是刀具切削刃及其毗邻的刀面切入工件材料，使切它是刀具切削刃及其毗邻的刀面切入工件材料，使切削层金属转变成切屑，从而形成新鲜表面的运动。削层金属转变成切屑，从而形成新鲜表面的运动。 在表面成形运动中，必须有而且只能有一个主运动。在表面成形运动中，必须有而且只能有一个主运动。主运动消耗的功率比较大，速度也比较高。主运动消耗

15、的功率比较大，速度也比较高。 切削运动切削运动 主运动可以由工件完成，也可以由刀具完成；可主运动可以由工件完成，也可以由刀具完成；可以是旋转运动，也可以是直线运动。以是旋转运动，也可以是直线运动。 主运动的方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬主运动的方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时主运动方向。时主运动方向。 主运动的速度主运动的速度v vc c：切削刃上选定点相对于工件的主：切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度，一般称为切削速度。运动的瞬时速度，一般称为切削速度。 切削运动切削运动（2 2）进给运动和进给速度）进给运动和进给速度 由由机床或人力机床或人力提供的，使主运动能够继续切除工件

16、上提供的，使主运动能够继续切除工件上多余金属以形成工件表面所需的运动称为进给运动。多余金属以形成工件表面所需的运动称为进给运动。 进给运动可以用进给速度进给运动可以用进给速度vf或进给量或进给量f、fz、af来表示。来表示。 进给运动的特点：速度低；消耗的机床功率少；各种进给运动的特点：速度低；消耗的机床功率少；各种切削加工方法可以有一个或多个进给运动，一般不唯一。切削加工方法可以有一个或多个进给运动，一般不唯一。 切削运动切削运动 进给运动可能是进给运动可能是连续的连续的（例如在车床上车削圆柱表（例如在车床上车削圆柱表面时，刀架带动车刀作连续纵向运动），也可能是面时，刀架带动车刀作连续纵向运

17、动），也可能是间歇的间歇的（例如牛头刨床上加工平面时，刨刀作往复（例如牛头刨床上加工平面时，刨刀作往复运动，进给运动为工作台带动工件作的横向间歇移运动，进给运动为工作台带动工件作的横向间歇移动）。进给运动动）。进给运动可以由刀具完成可以由刀具完成，也，也可以由工件完可以由工件完成成；可以是；可以是直线运动直线运动，也可以是，也可以是旋转运动旋转运动。 切削运动切削运动 进给运动的方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬进给运动的方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给运动的方向。时进给运动的方向。 进给速度进给速度vf vf：切削刃上选定点相对于工件的进给运：切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时

18、速度。动的瞬时速度。 切削运动切削运动 主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可主运动和进给运动是实现切削加工的基本运动，可以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是直以由刀具来完成，也可以由工件来完成；可以是直线运动（用线运动（用 T T 表示），也可以是回转运动（用表示），也可以是回转运动（用 R R 表表示）。示）。 正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的正是由于上述不同运动形式和不同运动执行元件的多种组合，产生了不同的加工方法。多种组合，产生了不同的加工方法。 切削运动切削运动进给运动进给运动RRRRRRRRRR 主运动主运动 进给运动进给运动平面加工方法刀刀 具具主运动主运

19、动 进给运动进给运动工工 件件表 面 成 形 原 理 图RTRTTT刨插周铣端铣周磨端磨车拉T 车螺纹板牙主运动 进给运动螺纹加工方法刀 具主运动 进给运动工 件表 面 成 形 原 理 图RTRRTTR滚压丝锥铣螺纹梳形铣刀旋风铣磨螺纹RR 主运动 进给运动齿形加工方法刀 具主运动 进给运动工 件表 面 成 形 原 理 图RTRTTR/TRRR/T铣齿指状铣刀铣齿成形磨齿滚齿剃齿插齿蜗杆砂轮磨齿碟形砂轮磨齿锥形砂轮磨齿 切削运动切削运动（3 3）合成切削运动）合成切削运动 由同时进行的主运动和进给运由同时进行的主运动和进给运动合成的运动，称为动合成的运动，称为合成切削合成切削运动运动。 切削刃

20、上任一点相对工件的合切削刃上任一点相对工件的合成切削运动的瞬时速度称为合成切削运动的瞬时速度称为合成切削速度，用成切削速度，用ve表示。它是表示。它是同一选定点的主运动速度同一选定点的主运动速度vc与与进给运动速度进给运动速度vf的矢量和，即：的矢量和，即： vevc+vf 切削运动切削运动（3 3）合成切削运动）合成切削运动 合成切削运动方向与主运动方合成切削运动方向与主运动方向的夹角称为向的夹角称为合成切削速度角合成切削速度角，用用表示。表示。 在一些间歇进给的机床（如刨在一些间歇进给的机床（如刨床）上，主运动就是合成切削床）上，主运动就是合成切削运动。但在大多数情况下运动。但在大多数情况

21、下v vf f 与与v vc c相比是很小的，可略去不计，相比是很小的，可略去不计，则在大小上近似认为：则在大小上近似认为： v ve ev vc c （ v vf f v vc c ） 切削运动切削运动3 3 切削过程中工件上的加工表面切削过程中工件上的加工表面 如外圆车削时，工件做旋转运动，如外圆车削时，工件做旋转运动，刀具作纵向直线运动，形成了工刀具作纵向直线运动，形成了工件的外圆表面。在新的表面的形件的外圆表面。在新的表面的形成过程中，工件上有三个依次变成过程中，工件上有三个依次变化的表面。化的表面。 待加工表面待加工表面 即将被切除金属即将被切除金属层的表面。层的表面。 切削运动切削

22、运动3 3 切削过程中工件上的加工表面切削过程中工件上的加工表面 过渡表面过渡表面( (或称切削表面或称切削表面) ) 加工加工时由主切削刃在工件上正在形成时由主切削刃在工件上正在形成的那个表面。是待加工表面和已的那个表面。是待加工表面和已加工表面之间的表面。加工表面之间的表面。 已加工表面已加工表面 已被切除多余金已被切除多余金属而形成符合要求的工件新表面。属而形成符合要求的工件新表面。 切削运动切削运动4 4 切削用量三要素切削用量三要素 所谓切削用量是指切削速度所谓切削用量是指切削速度v vc c、进给量、进给量f（或进给速度（或进给速度v vf）和背）和背吃刀量吃刀量asp，也常称为切

23、削用量三要素。，也常称为切削用量三要素。 （1 1）切削速度）切削速度 切削速度即主运动的速度。切削速度即主运动的速度。 主运动为旋转运动主运动为旋转运动 大多数主运动属于回转运动，切削速度为刀具或工件最大直径大多数主运动属于回转运动，切削速度为刀具或工件最大直径处的线速度：处的线速度： d d完成主运动的刀具或者工件的最大直径完成主运动的刀具或者工件的最大直径(mm)(mm)；n n主运动的转速主运动的转速(rad/S(rad/S或或r/min)r/min)。(/ min)60 1000cdnvm sm或者 切削运动切削运动主运动为直线往复运动主运动为直线往复运动 （牛头刨床刨刀的直线往复运

24、动为主运动），切削速度计算（牛头刨床刨刀的直线往复运动为主运动），切削速度计算公式：公式： nn工件或刀具的转速或往复次数（工件或刀具的转速或往复次数（r/minr/min或或dstr/mindstr/min）strstr是是Stroke“Stroke“行程行程”的缩写；的缩写； LL工件或刀具往复单行程（工件或刀具往复单行程（mmmm）。）。)/(6010002smLnvc 切削运动切削运动（2 2）进给速度）进给速度vf ，进给量，进给量f和每齿进给量和每齿进给量fz 进给运动速度进给运动速度vf 切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给运动速度，即单位时间切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给运动

25、速度，即单位时间的进给量，单位是的进给量，单位是mm/s(mm/min)mm/s(mm/min) 进给量进给量f、af 刀具或工件的主运动每转一转，或一个双行程，工件和刀具在刀具或工件的主运动每转一转，或一个双行程，工件和刀具在进给运动方向上的相对位移量，以进给运动方向上的相对位移量，以mm/r （毫米（毫米/ /转）或转）或mm/dstr( (毫米毫米/ /双行程双行程) )表示。表示。 切削运动切削运动 每齿进给量每齿进给量fz 对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在它们进对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在它们进行工作时，还应规定每一个刀齿的进给量行工作时，还应规定

26、每一个刀齿的进给量fz ，即后一个刀齿，即后一个刀齿相对于前一个刀齿在进给运动方向上的相对位移量，单位是相对于前一个刀齿在进给运动方向上的相对位移量，单位是mm/z( (毫米毫米/ /齿齿) )。 存在以下关系：存在以下关系：）或（mm/min mm/snzfnfvzf 切削运动切削运动（3 3）背吃刀量）背吃刀量 背吃刀量指已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，以背吃刀量指已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，以asp表示，单位为表示，单位为mm。 对于车削和刨削加工来说，背吃刀量对于车削和刨削加工来说，背吃刀量a aspsp为工件上已加工表面为工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位

27、为和待加工表面间的垂直距离，单位为mmmm。 外圆柱表面车削的深度外圆柱表面车削的深度可用下式计算：可用下式计算： a aspsp = =（d dw wd dm m）/2 /2 切削运动切削运动 对于对于钻孔钻孔 a aspsp = =d dm m/2/2 上两式中上两式中 ud dm m已加工表面直径（已加工表面直径（mmmm）ud dw w 待加工表面直径（待加工表面直径（mmmm）待加工表面已加工表面 刀具种类刀具种类 由于机械零件的材质、形状、技术要求和加工工艺的多样性，由于机械零件的材质、形状、技术要求和加工工艺的多样性，客观上要求进行加工的刀具具有不同的结构和切削性能。因客观上要求

28、进行加工的刀具具有不同的结构和切削性能。因此，生产中所使用的刀具的种类很多。此，生产中所使用的刀具的种类很多。 刀具常按加工方式和具体用途刀具常按加工方式和具体用途 分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型。自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型。 刀具还可以按其它方式进行分类刀具还可以按其它方式进行分类 . . 如按所用材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、如按所用材料分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（立方氮化硼（CBNCBN）刀具和金刚石刀具等；）刀具和金刚石刀具等

29、； . . 按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等；按结构分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等； . . 按是否标准化分为标准刀具和非标准刀具等。按是否标准化分为标准刀具和非标准刀具等。 刀具材料刀具材料 刀具切削性能的好坏，取决于构成刀具切削部分的材料、几刀具切削性能的好坏，取决于构成刀具切削部分的材料、几何形状和刀具结构。何形状和刀具结构。 刀具材料对刀具使用寿命、加工效率、加工质量和加工成本刀具材料对刀具使用寿命、加工效率、加工质量和加工成本等都有很大影响，因此要重视刀具材料的正确选择与和合理等都有很大影响，因此要重视刀具材料的正确选择与和合理使用。使用。 刀具材料主

30、要是指刀具切削部分的材料。刀具材料主要是指刀具切削部分的材料。 刀具材料刀具材料（一）（一） 刀具材料必须具备性能刀具材料必须具备性能 作为刀具材料应满足以下基本要求：作为刀具材料应满足以下基本要求：（1 1）高的硬度和耐磨性）高的硬度和耐磨性 刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在HRC62HRC62以上。以上。 耐磨性表示抵抗磨损的能力。耐磨性表示抵抗磨损的能力。 耐磨性取决于组织中硬质点及其数量、大小和分布。耐磨性取决于组织中硬质点及其数量、大小和分布。（2 2）足够的强度和韧性）足够的强度和韧性 为了承受切削中的压力冲击和振动，避免崩刃和折断，刀具

31、材为了承受切削中的压力冲击和振动，避免崩刃和折断，刀具材料应该具有足够的强度和韧性。料应该具有足够的强度和韧性。 一般强度用抗弯强度来表示，韧性用冲击韧性值表示一般强度用抗弯强度来表示，韧性用冲击韧性值表示. . 刀具材料刀具材料 （3 3）高的耐热性（热稳定性、红硬性）高的耐热性（热稳定性、红硬性） 是指刀具材料在高温下仍能保持高的硬度、耐磨性、强度是指刀具材料在高温下仍能保持高的硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。和韧性的能力。 是衡量刀具材料切削性能的重要指标之一。是衡量刀具材料切削性能的重要指标之一。 刀具材料的高温硬度越高，允许的切削速度越高，切削性刀具材料的高温硬度越高，允许的切削速度

32、越高，切削性能越好。能越好。 另外刀具材料还应具有在高温下抗氧化、抗粘结和抗扩散另外刀具材料还应具有在高温下抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力，即良好的化学稳定性。的能力，即良好的化学稳定性。 刀具材料刀具材料（4 4）良好的工艺性）良好的工艺性 为了便于制造，要求刀具材料有较好的可加工性，如切削加工为了便于制造，要求刀具材料有较好的可加工性，如切削加工性、铸造性、锻造性、焊接性能、热处理性等。性、铸造性、锻造性、焊接性能、热处理性等。（5 5）良好的经济性）良好的经济性 有些超硬材料，虽然价格较高，但是它的耐用度高，使用寿命有些超硬材料，虽然价格较高，但是它的耐用度高，使用寿命长，这样分摊到每个零

33、件的成本不一定很高，从而得到广泛长，这样分摊到每个零件的成本不一定很高，从而得到广泛的应用。的应用。（6 6）切削性能的可预测性）切削性能的可预测性 常用的刀具材料常用的刀具材料目前，生产中所用的刀具材料以目前，生产中所用的刀具材料以高速钢高速钢和和硬质合金硬质合金居多。碳素居多。碳素工具钢（如工具钢（如T10AT10A、T12AT12A）、工具钢（如）、工具钢（如9SiCr9SiCr、CrWMnCrWMn）因）因耐热性差，仅用于一些手工或切削速度较低的刀具。耐热性差，仅用于一些手工或切削速度较低的刀具。1 1 高速钢高速钢HSSHSSHigh Speed SteelHigh Speed St

34、eel 定义定义 是一种加入较多的钨（是一种加入较多的钨（WW）、钼（）、钼（MoMo）、铬（）、铬（CrCr）、）、钒（钒（V V）等合金元素的高合金工具钢。）等合金元素的高合金工具钢。强烈地与强烈地与C C化合形化合形成高硬度的合金碳化物。成高硬度的合金碳化物。提高耐磨性。提高耐磨性。 性能性能 有较高的热稳定性，较高的强度、韧性、硬度和耐有较高的热稳定性，较高的强度、韧性、硬度和耐磨性；磨性； 有良好的综合性能。有良好的综合性能。 常用的刀具材料常用的刀具材料工艺性能和应用工艺性能和应用 其制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造，可用于制其制造工艺简单，容易磨成锋利的切削刃，可锻造，

35、可用于制造一些形状复杂和大型刀具，如钻头、成形刀具、拉刀、齿造一些形状复杂和大型刀具，如钻头、成形刀具、拉刀、齿轮刀具等复杂刀具。轮刀具等复杂刀具。分类分类l按用途分为通用型高速钢和高性能高速钢；按用途分为通用型高速钢和高性能高速钢；l按化学性能分钨系、钨钼系和钼系高速钢；按化学性能分钨系、钨钼系和钼系高速钢；l按制造工艺不同分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。按制造工艺不同分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。 常用的刀具材料常用的刀具材料各类高速钢刀具各类高速钢刀具 常用的刀具材料常用的刀具材料（1 1）通用型高速钢）通用型高速钢 钨钢钨钢 典型牌号为典型牌号为W18Cr4VW18Cr4V（简称（简

36、称W18W18或或18-4-118-4-1或或T T1 1）。）。 有良好的综合性能，可以制造各种复杂刀具。淬火时过热倾向有良好的综合性能，可以制造各种复杂刀具。淬火时过热倾向小；磨加工性好；碳化物含量高，塑性变形抗力大；但碳化物小；磨加工性好；碳化物含量高，塑性变形抗力大；但碳化物分布不均匀，影响薄刃刀具或小截面刀具的耐用度；强度和韧分布不均匀，影响薄刃刀具或小截面刀具的耐用度；强度和韧性显得不够；热塑性差，很难用作热成形方法制造的刀具（如性显得不够；热塑性差，很难用作热成形方法制造的刀具（如热轧钻头）。热轧钻头）。 含含W18、Cr4%、V1。 C：0.800.90,高速钢不标注含高速钢不

37、标注含C量量W含量多，碳化物粗大、聚含量多，碳化物粗大、聚集、不均匀。影响强度、韧集、不均匀。影响强度、韧性、热硬性。国外缺性、热硬性。国外缺W。 常用的刀具材料常用的刀具材料 钨钼钢钨钼钢 典型牌号为典型牌号为W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2（简称（简称M2M2或或6-5-4-26-5-4-2） 将钨钢中的一部分钨以钼代替而得。国外用将钨钢中的一部分钨以钼代替而得。国外用1 1MoMo代替代替2 2WW，从而用从而用WW量减少了，克服了上述的不足，同时，强度、韧性和量减少了，克服了上述的不足，同时，强度、韧性和热塑性（热塑性（MoMo）得到了大大提高。）得到了大大提高。 具有良好的机

38、械性能，可做尺寸较小、承受冲击力较大的刀具；具有良好的机械性能，可做尺寸较小、承受冲击力较大的刀具；热塑性特别好，更适用于制造热轧钻头等；磨加工性也好，目热塑性特别好，更适用于制造热轧钻头等；磨加工性也好，目前各国广为应用。前各国广为应用。 常用的刀具材料常用的刀具材料W9Mo3Cr4VW9Mo3Cr4V（我国研制）（我国研制）特点：特点：硬度、强度、热塑性高于硬度、强度、热塑性高于W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2较高的硬度和较好的韧性较高的硬度和较好的韧性配合配合易于轧制、易于锻造易于轧制、易于锻造热处理范围宽脱碳敏感性热处理范围宽脱碳敏感性小小成本也较低成本也较低W6Mo5Cr4V

39、2 W6Mo5Cr4V2 （国外研制）（国外研制）特点：特点：抗弯强度和冲击韧性高于抗弯强度和冲击韧性高于W18Cr4VW18Cr4V淬火加热温度范围窄淬火加热温度范围窄脱碳倾向大，脱碳倾向大，易氧化易氧化适于制造热轧刀具或扭制麻花适于制造热轧刀具或扭制麻花钻、立铣刀、还可用于尺寸较钻、立铣刀、还可用于尺寸较大，受冲击力较大的刀具。大，受冲击力较大的刀具。 常用的刀具材料常用的刀具材料（2 2）高性能高速钢）高性能高速钢定义定义 是指在普通高速钢成分中再增加一些是指在普通高速钢成分中再增加一些C C、V V，再添加，再添加CoCo、AlAl等合金元素的新钢种。等合金元素的新钢种。性能特征性能特

40、征 具有比普通高速钢更为优越的切削性能，更高的强度、具有比普通高速钢更为优越的切削性能，更高的强度、耐热性和耐磨性，刀具的耐用度提高了几倍。耐热性和耐磨性，刀具的耐用度提高了几倍。应用应用 可以填补普通高速钢和硬质合金之间在切削速度上的空白。可以填补普通高速钢和硬质合金之间在切削速度上的空白。（vcvc=0.83=0.831.67m/s1.67m/s）主要用于加工奥氏体不锈钢、耐热钢、钛合金、高强度钢等难加主要用于加工奥氏体不锈钢、耐热钢、钛合金、高强度钢等难加工材料。工材料。钢种钢种 典型牌号有高碳高速钢典型牌号有高碳高速钢9W18Cr4V9W18Cr4V，高钒高速钢，高钒高速钢W6MoCr

41、4V3W6MoCr4V3、钴高速钢、钴高速钢W6MoCr4V2Co8W6MoCr4V2Co8、超硬高速钢、超硬高速钢W2Mo9Cr4Co8W2Mo9Cr4Co8等。等。 常用的刀具材料常用的刀具材料 钴高速钢钴高速钢W2Mo9Cr4VCo8(M42)W2Mo9Cr4VCo8(M42) 性能特征：性能特征： 有良好的综合机械性能，硬有良好的综合机械性能，硬度高（度高（HRC70HRC70）、红硬性高、）、红硬性高、磨加工性好。磨加工性好。 但是但是CoCo的含量高，价格较贵，的含量高，价格较贵，尽量少用，尽量少用，5 5倍于普通高速钢倍于普通高速钢价格价格 适用于加工高温合金、不锈适用于加工高温

42、合金、不锈钢钢铝高速钢铝高速钢 W6Mo5Cr4V2Al(501)W6Mo5Cr4V2Al(501)是我国独创的含是我国独创的含AlAl无钴的高速无钴的高速钢，因此价格低。钢，因此价格低。性能特点：性能特点：AlAl耐热性，耐磨性好耐热性，耐磨性好可以防止因高碳引起的钢的韧可以防止因高碳引起的钢的韧性下降。性下降。高温硬度（红硬性）、抗弯强高温硬度（红硬性）、抗弯强度和冲击韧性均与度和冲击韧性均与M42M42相当，相当，可磨性低于可磨性低于M42M42，热处理工艺，热处理工艺性较差。性较差。 粉末冶金加工工艺粉末冶金加工工艺粉末冶金（粉末压制）是用金属粉末（或者金属粉末和非金属粉末冶金（粉末压

43、制）是用金属粉末（或者金属粉末和非金属粉末的混合物）做原料，经压制成形后烧结而制造各种类型的粉末的混合物）做原料，经压制成形后烧结而制造各种类型的零件和产品的工艺方法。零件和产品的工艺方法。粉末冶金的特点：粉末冶金的特点： 能够生产出其它加工方法不能或难制造的制品；能够生产出其它加工方法不能或难制造的制品； 材料利用率很高达到材料利用率很高达到100100； 经济性好；经济性好； 一般来说，金属粉末的价格较高，粉末冶金设备和模具投资一般来说，金属粉末的价格较高，粉末冶金设备和模具投资大，零件的几何形状受到一定的限制，适宜大批量生产。大，零件的几何形状受到一定的限制，适宜大批量生产。 粉末冶金加

44、工工艺粉末冶金加工工艺粉末冶金生产技术流程：粉末冶金生产技术流程：制品制品烧结烧结制品制品其它处理加工其它处理加工原材料粉末原材料粉末添加剂添加剂配混配混压制成形压制成形矿物还原法矿物还原法雾化法雾化法机械粉碎法机械粉碎法 粉末冶金加工工艺粉末冶金加工工艺（3）粉末冶金高速钢）粉末冶金高速钢 工艺工艺用高压氩气或氮气雾化熔融的高速钢钢水，直接得到细小的高用高压氩气或氮气雾化熔融的高速钢钢水，直接得到细小的高速钢粉末，然后将这种粉末在高温下压制成致密的钢坯，而后速钢粉末，然后将这种粉末在高温下压制成致密的钢坯，而后在在11001100以下、以下、10.13GPa10.13GPa下，锻压成材或刀具

45、毛坯的一种高速下，锻压成材或刀具毛坯的一种高速钢。钢。 特点特点与熔炼高速钢相比；与熔炼高速钢相比；可避免碳化物偏析。颗粒细小（碳化物细小而均匀）；可避免碳化物偏析。颗粒细小（碳化物细小而均匀）； 粉末冶金加工工艺粉末冶金加工工艺韧性、硬度较高（是熔炼高速钢的韧性、硬度较高（是熔炼高速钢的2 2倍和倍和2.52.53 3倍）；倍）；可磨削性能显著改善；可磨削性能显著改善；热处理变形小。热处理变形小。 应用应用适合制造切削难加工材料的刀具，大尺寸刀具（如滚刀、插适合制造切削难加工材料的刀具，大尺寸刀具（如滚刀、插齿刀）、精密刀具、磨加工量大的复杂刀具、高压动载荷下使齿刀）、精密刀具、磨加工量大的

46、复杂刀具、高压动载荷下使用的刀具等。用的刀具等。用于加工调质钢、高速钢、不锈钢。用于加工调质钢、高速钢、不锈钢。 粉末冶金加工工艺粉末冶金加工工艺 硬质合金硬质合金（1 1）定义）定义 硬质合金是由难熔金属化合物（如硬质合金是由难熔金属化合物（如WCWC、TiCTiC）和金属粘结剂）和金属粘结剂（CoCo或或NiNi）用粉末冶金工艺制成。）用粉末冶金工艺制成。 硬度可达硬度可达HRA89HRA899393，在，在8008001000 1000 还能承担切削，耐用度还能承担切削，耐用度较高速钢高几十倍。当耐用度相同时，切削速度可提高较高速钢高几十倍。当耐用度相同时，切削速度可提高4 41010倍

47、。倍。（2 2） 特点特点a a 硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性都很高。硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性都很高。因含有大量熔点高、硬度高、化学稳定性好、热稳定性好的金因含有大量熔点高、硬度高、化学稳定性好、热稳定性好的金属碳化物。属碳化物。 硬质合金硬质合金b b 刀具耐用度高刀具耐用度高 可高于高速钢几倍到十几倍。可高于高速钢几倍到十几倍。c c 抗弯强度较高速钢低，冲击韧性差，抗弯强度较高速钢低，冲击韧性差，切削时不能承受大的振切削时不能承受大的振动和冲击负荷。动和冲击负荷。硬质合金刀具的抗弯强度和硬度与成分和颗粒细小程度之间的硬质合金刀具的抗弯强度和硬度与成分和颗粒细小程度之间的关系：关系

48、： 碳化物含量较高时，硬度高，但抗弯强度低；碳化物含量较高时，硬度高，但抗弯强度低； 粘结剂含量较高时，抗弯强度高，但硬度低；粘结剂含量较高时，抗弯强度高，但硬度低； 碳化物越细小，硬度高、强度稍有降低。碳化物越细小，硬度高、强度稍有降低。 硬质合金硬质合金（3 3）应用）应用 硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料（约占硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料（约占5050）。如大多数的车刀、端铣刀以至深孔钻、铰刀、齿轮刀具）。如大多数的车刀、端铣刀以至深孔钻、铰刀、齿轮刀具等。它还可用于加工高速钢刀具不能切削的淬硬钢等硬材料。等。它还可用于加工高速钢刀具不能切削的淬硬钢等硬材料。 很

49、少用于制造整体刀具。很少用于制造整体刀具。 硬质合金硬质合金ISOISO将切削用的硬质合金分为三类：将切削用的硬质合金分为三类： P P类类用于加工长切屑的黑色金属，相当于我国的用于加工长切屑的黑色金属，相当于我国的YT YT 类，类，蓝色标示蓝色标示 K K类类用于加工短切屑的黑色金属、有色金属及其非金属材用于加工短切屑的黑色金属、有色金属及其非金属材料，相当于我国的料，相当于我国的YGYG类，红色标示类，红色标示 M M类类用于加工长、短切屑的黑色金属、有色金属，相当于用于加工长、短切屑的黑色金属、有色金属，相当于我国的我国的YWYW类，黄色标示类，黄色标示 硬质合金硬质合金（1 1）YG

50、YG（K K）类，即）类，即WCWCCoCo类硬质合金类硬质合金 由由WCWC和和CoCo组成。牌号有组成。牌号有YG6YG6、YG8YG8、 YG10YG10、 YG3X YG3X 、YG6X YG6X （用（用X X表示细颗粒），含钴量分别为表示细颗粒），含钴量分别为6 6、8 8、 1010、 3 3、6 6。 组织结构有粗晶粒、中晶粒、细晶粒和超细晶粒之分。中晶粒组织结构有粗晶粒、中晶粒、细晶粒和超细晶粒之分。中晶粒组织（组织（YG6YG6、YG8YG8），细晶粒硬质合金（如），细晶粒硬质合金（如YG3XYG3X、YG6XYG6X）、超）、超细晶粒（细晶粒（YG10YG10）。在含钴量

51、相同时细晶粒比中晶粒的硬度、耐）。在含钴量相同时细晶粒比中晶粒的硬度、耐磨性高，但抗弯强度、韧性低。磨性高，但抗弯强度、韧性低。 此类硬质合金韧性、磨削性、导热性较好，较适于加工产生崩此类硬质合金韧性、磨削性、导热性较好，较适于加工产生崩碎切屑、有冲击切削力作用在刃口附近的脆性材料，如铸铁、有碎切屑、有冲击切削力作用在刃口附近的脆性材料，如铸铁、有色金属及其合金以及导热系数低的不锈钢和对刃口韧性要求高色金属及其合金以及导热系数低的不锈钢和对刃口韧性要求高（如端铣）的钢料等。（如端铣）的钢料等。 硬质合金硬质合金（2 2）YTYT（P P）类，即）类，即WCWCTiCTiCCoCo类硬质合金类硬

52、质合金 硬质点相除硬质点相除WCWC外，还含有外，还含有5 53030的的TiCTiC，还含有，还含有CoCo 。 牌号有牌号有YT5YT5、YT14YT14、YT15YT15、YT30YT30。 TiC TiC的含量分别为的含量分别为5 5、1414、1515、3030； 相应的钴含量为相应的钴含量为1010、8 8、6 6、4 4。 TiC TiC含量提高，含量提高，CoCo含量降低，硬度和耐磨性提高，但是冲击韧性含量降低，硬度和耐磨性提高，但是冲击韧性显著降低。显著降低。 硬质合金硬质合金（2 2）YTYT（P P）类，即）类，即WCWCTiCTiCCoCo类硬质合金类硬质合金 此类合金

53、有较高的硬度和耐磨性，抗粘结扩散能力和抗氧化能力此类合金有较高的硬度和耐磨性，抗粘结扩散能力和抗氧化能力好；但抗弯强度、磨削性能和导热系数较低，低温脆性大，韧性差。好；但抗弯强度、磨削性能和导热系数较低，低温脆性大，韧性差。适于高速切削钢料。适于高速切削钢料。 含钴量增加，抗弯强度和冲击韧性提高，适于粗加工，含钴减少，含钴量增加，抗弯强度和冲击韧性提高，适于粗加工，含钴减少，硬度、耐磨性及耐热性增加，适于精加工。硬度、耐磨性及耐热性增加，适于精加工。 应注意，该类硬质合金不适合加工不锈钢和钛合金。因应注意，该类硬质合金不适合加工不锈钢和钛合金。因YTYT中的钛中的钛元素之间的亲合力会产生严重的

54、粘刀现象，在高温切削及摩擦系数元素之间的亲合力会产生严重的粘刀现象，在高温切削及摩擦系数大的情况下会加剧刀具磨损大的情况下会加剧刀具磨损。 硬质合金硬质合金（3 3）YWYW（MM）类，即）类，即WCTiCWCTiCTaCTaCCoCo类硬质合金类硬质合金 在在YTYT类中加入类中加入TaCTaC（碳化钽（碳化钽(t (t n)n)）（）（NbCNbC（碳化铌）。可（碳化铌）。可提高其抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、高温硬度、强度和提高其抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、高温硬度、强度和抗氧化能力、耐磨性等。既可用于加工铸铁，也可加工钢，抗氧化能力、耐磨性等。既可用于加工铸铁，也可加工钢，因而又有通

55、用硬质合金之称。常用的牌号为因而又有通用硬质合金之称。常用的牌号为YW1YW1和和YW2YW2。 以上三类的主要成分均为以上三类的主要成分均为WCWC，所以又称为，所以又称为WCWC基硬质合金。基硬质合金。 牌号牌号合金性能合金性能适用范围适用范围YG3XYG3X是是YGYG类合金中耐磨性最好的类合金中耐磨性最好的一种，但抗冲击性能差一种，但抗冲击性能差适用于铸铁、有色金属及其合金的精镗，精车等，适用于铸铁、有色金属及其合金的精镗，精车等，亦可用于合金钢、淬火钢及钨、钼材料的精加工亦可用于合金钢、淬火钢及钨、钼材料的精加工YG6XYG6X属细晶粒合金，其耐磨度较属细晶粒合金，其耐磨度较YG6Y

56、G6高，而使用强度接近于高，而使用强度接近于YG6YG6适用于冷硬铸铁、合金铸铁、耐热钢及合金钢的适用于冷硬铸铁、合金铸铁、耐热钢及合金钢的加工，亦适用于普通铸铁的精加工，并可用于制加工，亦适用于普通铸铁的精加工，并可用于制造仪器仪表工业用的小型刀具和小模数滚刀造仪器仪表工业用的小型刀具和小模数滚刀YG6YG6耐磨性较高，但低于耐磨性较高，但低于YG6XYG6X、YG3XYG3X，韧性高于，韧性高于YG6XYG6X、YG3XYG3X，可使用较可使用较YG8YG8为高的速度为高的速度适用于铸铁、有色金属及合金与非金属材料连续适用于铸铁、有色金属及合金与非金属材料连续切削的粗车，间断切削的半精车、

57、精车、小端面切削的粗车，间断切削的半精车、精车、小端面精车、粗车螺纹、旋风车丝，连续断面的半精铣精车、粗车螺纹、旋风车丝，连续断面的半精铣与精铣，孔的粗扩与精扩与精铣，孔的粗扩与精扩YG8YG8使用强度较高，抗冲击和抗使用强度较高，抗冲击和抗振动性能较振动性能较YG6YG6好，耐磨性及好，耐磨性及允许的切削速度较低允许的切削速度较低适用于铸铁、有色金属及其合金与非金属材料加适用于铸铁、有色金属及其合金与非金属材料加工中不平整断面和间断切削时的粗车、粗刨、粗工中不平整断面和间断切削时的粗车、粗刨、粗铣，一般孔和深孔的钻孔、扩孔铣，一般孔和深孔的钻孔、扩孔YG10HYG10H 属超细晶粒合金，耐磨

58、性较属超细晶粒合金，耐磨性较好，抗冲击和抗振动性能高好，抗冲击和抗振动性能高适用于低速粗车，铣削耐热合金，作切断刀及丝适用于低速粗车，铣削耐热合金，作切断刀及丝锥等锥等YT5YT5在在YTYT类合金中，强度最高，类合金中，强度最高，抗冲击和抗振动性能好，不抗冲击和抗振动性能好，不易崩刃，但耐磨性较差易崩刃，但耐磨性较差适用于碳钢及合金钢，包括钢锻件、冲压件及铸适用于碳钢及合金钢，包括钢锻件、冲压件及铸铁的表面加工，以及不平整端面和间断切削时的铁的表面加工，以及不平整端面和间断切削时的粗车、粗刨、半精刨、粗铣、钻孔粗车、粗刨、半精刨、粗铣、钻孔各种硬质合金牌号刀具的应用范围各种硬质合金牌号刀具的

59、应用范围 牌号牌号合金性能合金性能适用适用范围范围YT14使用强度高，抗冲击性能和抗振使用强度高，抗冲击性能和抗振动性能好，但较动性能好，但较YT5稍差，耐磨稍差，耐磨性及允许的切削速度较性及允许的切削速度较YT5高高适于碳钢及合金钢连续切削时的粗车，不平端适于碳钢及合金钢连续切削时的粗车，不平端面和间断切削时的半精车和精车，连续面的粗面和间断切削时的半精车和精车，连续面的粗铣，铸孔的扩钻等铣，铸孔的扩钻等YT15耐磨性优于耐磨性优于YT14，但抗冲击性，但抗冲击性韧性较韧性较YT4差差适于碳钢及合金钢加工中连续切削时的半精车适于碳钢及合金钢加工中连续切削时的半精车及精车，间断切削时的小端面精

60、车，旋风车丝，及精车，间断切削时的小端面精车，旋风车丝，连续面的半精铣及精铣，孔的精扩及粗扩连续面的半精铣及精铣，孔的精扩及粗扩YT30耐磨性及允许的切削速度较耐磨性及允许的切削速度较YT15高，但使用强度及抗冲击高，但使用强度及抗冲击韧性较韧性较YT14差，焊接及刃磨时差，焊接及刃磨时极易产生裂纹极易产生裂纹适于碳钢及合金钢的精加工，如小端面精车、适于碳钢及合金钢的精加工，如小端面精车、精镗、精扩等精镗、精扩等YG6A属细晶粒合金，耐磨性及使用强属细晶粒合金，耐磨性及使用强度与度与YG6X相似相似适于硬铸铁、球墨铸铁、白口铁、有色金属及适于硬铸铁、球墨铸铁、白口铁、有色金属及其合金的半精加工