刀具的系统、分类、材料

1、目录目录知识点知识点课时课时第一章第一章刀具的系统、分类、材料刀具的系统、分类、材料0.8H第二章第二章刀具参数（钻头、铣刀、铰刀）刀具参数（钻头、铣刀、铰刀）1.2H第三章第三章 刀具设计、涂层、面铣刀刀具设计、涂层、面铣刀0.8H第四章第四章刀具使用问题及对策刀具使用问题及对策1.2H 刀具系统 数控机床上所使用的数控刀具已经不是普数控机床上所使用的数控刀具已经不是普通机床通机床“一机一刀一机一刀”的模式，而是多种不的模式，而是多种不同类型的刀具同时在数控机床上轮换使用同类型的刀具同时在数控机床上轮换使用，来达到自动换刀和快速换刀的目的。，来达到自动换刀和快速换刀的目的。 因此，对因此，对

2、“数控刀具数控刀具”的含义应该理解为的含义应该理解为“数控刀具系统数控刀具系统”。第一章 数控刀具系统除了包括机床的自动换刀机构外，数控刀具系统除了包括机床的自动换刀机构外，为了保证刀具的可互换性，还必须有刀柄和工具为了保证刀具的可互换性，还必须有刀柄和工具系统。系统。 刀柄的作用有：刀柄的作用有： u准确地安装各种刀具；准确地安装各种刀具；u满足在机床主轴上的自动松开和拉紧定位；满足在机床主轴上的自动松开和拉紧定位；u在刀库中的存储识别；在刀库中的存储识别；u机械手的夹持。机械手的夹持。 链轮式自动换刀系统 转盘式自动换刀系统 机械手夹持 常用刀柄面铣刀刀柄整体钻夹头刀柄常用刀柄镗刀柄常用刀

3、柄常用刀柄ER弹簧夹头刀柄ER弹簧夹头侧压式立铣刀柄刀具的要求与特点 可靠的断屑和排屑措施 分类 按结构分 刀具种类 按材料分 按加工工艺分按结构来分按结构来分 整体式整体式 镶嵌式镶嵌式 内冷式内冷式 减振式减振式 机夹可转位式机夹可转位式按加工按加工工艺来分工艺来分 高速钢刀具高速钢刀具硬质合金刀具硬质合金刀具立方氮化硼刀具立方氮化硼刀具陶瓷刀具陶瓷刀具聚晶金刚石刀具聚晶金刚石刀具按制造材料分按加工按加工工艺来分工艺来分 车刀车刀 钻刀钻刀 （钻头）（钻头） 镗刀镗刀 铣刀铣刀 零件不同表面加工时的切削运动外圆车刀内孔车刀螺纹车刀常用车刀整体硬质合金铣刀常用铣刀面铣刀方肩铣刀仿形铣刀三面刃

4、和螺纹铣刀铰刀钻头丝锥钻削刀具粗镗刀精镗刀镗削刀具材料 发动机制造用 刀具制造用发动机缸体、框架常用材料：发动机缸体、框架常用材料：铸铁铸铁灰铸铁 碳以石墨的形式存在，石墨呈片状。抗拉强度和塑性都很低，这是石墨对基体的严重割裂所导致。石墨的强度韧性极低，相当于钢基体上的裂纹和空洞，减少有效面积，同时引起应力集中。有良好的切削加工性能。常用来制造缸体、框架。 球墨铸铁 石墨呈球状，使其具有很高的强度, 又有良好的塑性和韧性，综合机械性能接近于钢。在汽车行业内甚至可用来代替结构钢, 如用来做凸轮轴和曲轴等。常用于制造曲轴、凸轮轴。发动机缸盖常用材料发动机缸盖常用材料：铝：铝特性 含硅量为 5% 至

5、 10% 的铝合金 - 可用作压铸件, 如汽缸盖和发动机壳体等 含硅量大于 10% 的铝合金 - 可用作锻件和压铸件, 如刹车鼓, 汽缸套和复合铸件等 较好的导热性 碳素工具钢 碳素工具钢是含碳量较高的优质钢（含碳量0.7%1.2% ）淬火后碳度较高的耐热性较差。 在碳素工具钢中加入少量的Cr、W、Mn、Si等元素形成合金工具钢。可适当减少热处理变形和提高耐热性。 由于这两种材料的耐热性较低，目前主要用来制造一些切削速度不太高的手动工具，如锉刀、锯条，较少用来制造其它刀具。高速钢W（钨）系：W与Fe、Cr（铬）形成高硬度的碳化物，可以提高钢的耐磨性。Mo（钼）系：与W基本相同，并能减少碳化物的

6、不均匀性，细化碳化物颗粒，增加钢对机械能的吸收能力 高速钢具有较高的热稳定性，在切削温度高达到500650尚能进行切削。 与碳素工具钢和合金工具钢相比，高速钢能提高切削13倍，提高刀具耐用度1040倍。它可以加工从有色金属到高温合金的范围广泛的材料。 高速钢(HSS)刀具过去曾经是切削工具的主流，各国曾大力开发了各种涂层和不涂层的高性能、高效率的高速钢刀具，其在强度、韧性、热硬性及工艺性等方面有着优良的综合性能。 在切削某些难加工材料以及在复杂刀具，特别是切齿刀具、拉刀和立铣刀造中仍有较大的比重。但经过市场探索一些高端产品逐步已被硬质合金工具代替。高速钢刀具硬质合金 硬质合金是由难熔金属碳化物

7、（如WC、TiC等）和金属粘结剂（如Co、Ni等）经粉末冶金方法制成的。这些碳化物都有熔点高、硬度高、化学稳定性好、热稳定性好等特点，因此，硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高。 切削性能比高速钢高得多，刀具耐用度可提高几倍到几十倍，在耐用度相同时，切削速度可提高410倍。允许切削温度可达8001000，切削速度可比高速钢高十几倍。 但其抗弯强度和冲击韧性较高速钢低的多。因此，硬质合金刀具不能像高速钢刀具那样能够承受大的切削振动和冲击负荷。硬质合金刀具普通硬质合金新型硬质合金超细晶粒硬质合金涂层硬质合金金属陶瓷粒径在1m以下，这种材料具有硬度高、韧性好、切削刀可靠性高等优异性能保持了普通硬质合

8、金机体的强度和韧性，又使表面有很高的硬度和耐磨性，减少摩擦系数和切削力，降低切削温度TiC(N)基硬质合金，其性能介于陶瓷和硬质合金之间目前硬制合金的颗粒尺寸大小目前硬制合金的颗粒尺寸大小粗糙型 中等型 精细型 亚超细型 超细型 4-6m 2-4m 1-2m 0.5-0.9m 0.2-0.5m 平均粒度 4.5m 3.2m 1.5m 0.8m 0.5m 硬度（HRA） 88 90 91 92 93为什么硬制合金有不同的颗粒级别为什么硬制合金有不同的颗粒级别颗粒尺寸越小，刀具的硬度越大。单纯地增加刀具的硬度会延长刀刃的寿命，而韧性和抗破裂强度则会减小。但如果使用颗粒较小的刀具，将同时提高硬度、韧

9、性及抗破裂强度。 钴含量增加，刀具的硬度就会下降，这会影响到刀刃的性能，对于所有颗粒级别的都是如此。但精细颗粒的刀具的硬度要比粗糙颗粒的高。 而钴含量增加，刀具的韧性和抗破裂强度会增强。同样，精细颗粒刀具的韧性和抗破裂强度要高于粗糙颗粒的刀具。材料：主要用Al2O3，加微量添加剂经冷压烧结而成，硬度、耐磨性、红硬性均较硬质合金高。优点：能在1200高温下切削，可采用比硬质合 金高几倍的切削速度，可获得较高的工件表面粗糙度和尺寸稳定性。 缺点：就是抗弯强度和冲击韧性差。陶瓷刀具n可加工传统刀具难以加工或根本不能加工的高硬材料；n刀具耐用度比传统刀具高几倍甚至几十倍，减少了加工中的换刀次数；n可进

10、行高速切削，切削效率比传统刀具高3-10倍。 陶瓷刀具超硬刀具 比陶瓷更硬的刀具材料。包括：单晶金刚石、聚晶金刚石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)和CVD金刚石等。 其中以人造金刚石复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合片(PCBN)刀具占主导地位。PCDPCD：聚晶金刚石，硬度最硬.用于加工高硬度而具耐磨的硬合金、陶瓷、玻璃外，还可以加工有色金属及其合金，可获得较高的表面粗糙度和尺寸精度. 但不宜加工铁族金属，这是由于铁和碳原子的亲和力较强，易产生粘结作用而加快刀具磨损。 。PCBN立方氮化硼是人工合成的又一种高硬材料，。但它的耐热性与化学稳定性大大高于金刚石，在1400仍然保持其硬度。

11、与铁族金属的亲和力小，不但能加工非铁族难加工材料，也适合铁族材料的加工，能以加工普通钢和铸铁的切削速度切削淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等 。种类密度(gcm)耐热性硬度抗弯强度/MPa热导率W(m.K)热膨胀系数10-6/0C聚晶金刚石3.473.56 7008009000HV60011002103.1聚晶立方氮化硼3.443.49130015004500HV5008001304.7陶瓷刀具3.15.O12009l95HRA700150015.O38.07.O9.O硬质合金钨钴类14.O15.58008991.5HRA1000235074.587.937.5钨钴钛类 9.O14.O9008992.5HRA800180020.9628通用合金 12.014.01000110092.5HRATiC基