模块01 刀具材料与切削加工基本知识

1、模块模块1 1 刀具材料与切削加工基本知识刀具材料与切削加工基本知识 金属切削加工就是利用金属切削机床，使用金属切削金属切削加工就是利用金属切削机床，使用金属切削刀具对金属材料进行切削加工，从工件上切除多余金属，刀具对金属材料进行切削加工，从工件上切除多余金属，使之成为具有一定几何形状、尺寸精度和表面质量的工件。使之成为具有一定几何形状、尺寸精度和表面质量的工件。在切削加工过程中，除了要有一定切削性能的切削刀具外，在切削加工过程中，除了要有一定切削性能的切削刀具外，还要有机床提供工件与切削刀具间所必需的相对运动，而还要有机床提供工件与切削刀具间所必需的相对运动，而且这种相对运动还要与工件各种表

2、面的形成规律和几何特且这种相对运动还要与工件各种表面的形成规律和几何特征相适应。本模块就来学习金属切削刀具材料的选用、切征相适应。本模块就来学习金属切削刀具材料的选用、切削运动和切削用量、刀具的组成及其几何参数、常用车削削运动和切削用量、刀具的组成及其几何参数、常用车削用刀具的绘制、车刀的工作角度及其计算等内容。用刀具的绘制、车刀的工作角度及其计算等内容。模块模块1 1 刀具材料与切削加工基本知识刀具材料与切削加工基本知识 课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用 课题课题2 2 切削运动和切削用量切削运动和切削用量 课题课题3 3 刀具的组成及其主要角度刀具的组成及其主要角度 课题课题4

3、 4 常用车刀的绘制及刃磨常用车刀的绘制及刃磨 课题课题5 5 车刀的工作角度车刀的工作角度 课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用 一、课题引入一、课题引入 二、课题分析二、课题分析 三、相关知识三、相关知识 知识点知识点常用刀具材料的选用。常用刀具材料的选用。刀具材料应具备的性能。刀具材料应具备的性能。刀具材料类型。刀具材料类型。技能点技能点能够根据加工条件为某一工作任务选择刀具。能够根据加工条件为某一工作任务选择刀具。性能优良的刀具材料是保证刀具高效工作的基本条件。刀具性能优良的刀具材料是保证刀具高效工作的基本条件。刀具材料选择不当，则无论刀具结构如何先进、几何参数如何合材料选择不

4、当，则无论刀具结构如何先进、几何参数如何合理，都是无法正常工作的。新型刀具材料的出现和采用，常理，都是无法正常工作的。新型刀具材料的出现和采用，常常使刀具耐用度成几倍、几十倍地提高，而且使一些难加工常使刀具耐用度成几倍、几十倍地提高，而且使一些难加工材料的切削加工成为可能。材料的切削加工成为可能。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用一、课题引入一、课题引入现要求在车床上以现要求在车床上以70m/min70m/min的切削速度精加工如图的切削速度精加工如图1-11-1所示的零件，已知零件材料为所示的零件，已知零件材料为4545钢，试选用合理的刀具材料。钢，试选用合理的刀具材料。图图1-1

5、 1-1 加工轴零件图加工轴零件图课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用二、课题分析二、课题分析在切削加工中，刀具直接承担着切除加工余量，形成在切削加工中，刀具直接承担着切除加工余量，形成零件表面的任务。刀具切削部分的材料不仅对加工表面质量，零件表面的任务。刀具切削部分的材料不仅对加工表面质量，而且对刀具寿命、切削效率和加工成本均有直接影响。在选而且对刀具寿命、切削效率和加工成本均有直接影响。在选择刀具材料时，需要考虑的因素主要包括：被加工零件的材择刀具材料时，需要考虑的因素主要包括：被加工零件的材料、切削加工速度和切削加工阶段。对于不同的被加工材料，料、切削加工速度和切削加工阶段。对于

6、不同的被加工材料，如钢和铸铁，由于它们具有不同的切削特点，故需要选择不如钢和铸铁，由于它们具有不同的切削特点，故需要选择不同的刀具材料；对于不同的加工阶段，如粗加工、半精加工同的刀具材料；对于不同的加工阶段，如粗加工、半精加工和精加工等，由于加工要求不同，在选用具体刀具牌号时，和精加工等，由于加工要求不同，在选用具体刀具牌号时，也应有所不同。另外，需要指出的是，切削速度在很大程度也应有所不同。另外，需要指出的是，切削速度在很大程度上决定着刀具材料的选用。总之，我们应当重视刀具材料的上决定着刀具材料的选用。总之，我们应当重视刀具材料的合理选用。合理选用。下面就来学习刀具材料的选用方法。下面就来学

7、习刀具材料的选用方法。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用三、相关知识三、相关知识( (一一) ) 常用刀具材料的选用常用刀具材料的选用一般来说，选择刀具材料时主要考虑的因素是工件材一般来说，选择刀具材料时主要考虑的因素是工件材料和切削速度。目前，我国常用的刀具材料有工具钢料和切削速度。目前，我国常用的刀具材料有工具钢( (碳素碳素工具钢、合金工具钢和高速钢工具钢、合金工具钢和高速钢) )、硬质合金、陶瓷和超硬刀、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料具材料( (金刚石、立方氮化硼金刚石、立方氮化硼) )等等4 4大类。目前使用量最大的大类。目前使用量最大的刀具材料是高速钢和硬质合金；碳素工具钢

8、和合金工具钢由刀具材料是高速钢和硬质合金；碳素工具钢和合金工具钢由于耐热性差已很少使用，主要用于手工刀具或低速切削刀具；于耐热性差已很少使用，主要用于手工刀具或低速切削刀具；陶瓷、金刚石、立方氮化硼或因强度低、脆性大，或因成本陶瓷、金刚石、立方氮化硼或因强度低、脆性大，或因成本高，仅应用于某些有限场合。高，仅应用于某些有限场合。(1) (1) 低速切削时的刀具材料。低速切削时，选择工具低速切削时的刀具材料。低速切削时，选择工具钢作为刀具材料较为适宜，部分刀具常用工具钢见表钢作为刀具材料较为适宜，部分刀具常用工具钢见表1-11-1。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用表表1-1 1-1

9、部分刀具常用工具钢部分刀具常用工具钢 9SiCr9SiCrT12AT12A，T10AT10A圆板牙圆板牙W18Cr4VW18Cr4VCrWMnCrWMn拉刀拉刀9SiCr9SiCrT12AT12A手用铰刀手用铰刀W18Cr4VW18Cr4V，W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2机用铰刀机用铰刀W18Cr4VW18Cr4V，W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2麻花钻麻花钻W18Cr4VW18Cr4V，W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2成形车刀成形车刀W18Cr4VW18Cr4V，W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2车刀、铣刀车刀、铣刀高速钢高速钢合金工具钢合金工具钢碳素工具钢碳

10、素工具钢刀具种类刀具种类课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用由表由表1-11-1不难看出，碳素工具钢和合金工具钢仅适合不难看出，碳素工具钢和合金工具钢仅适合于制作诸如手用铰刀和圆板牙等手用刀具，而手用刀具工于制作诸如手用铰刀和圆板牙等手用刀具，而手用刀具工作时的切削速度一般不会高于作时的切削速度一般不会高于10m/min10m/min。所以，在工具钢。所以，在工具钢中高速钢才是机加工刀具的主要材料。高速钢刀具能加工中高速钢才是机加工刀具的主要材料。高速钢刀具能加工碳素结构钢、合金结构钢和铸铁等常用金属。碳素结构钢、合金结构钢和铸铁等常用金属。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用

11、不过，由于受材料耐热温度不过，由于受材料耐热温度( (普通高速钢为普通高速钢为600700)600700)的制约，对于像的制约，对于像W18Cr4VW18Cr4V和和W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2这样的这样的普通高速钢，在使用时仍然必须注意切削速度的限制。切普通高速钢，在使用时仍然必须注意切削速度的限制。切削中碳钢时，切削速度一般不能大于削中碳钢时，切削速度一般不能大于30m/min30m/min。需要强调。需要强调的是，由于高速钢具有良好的综合性能，目前在形状复杂的是，由于高速钢具有良好的综合性能，目前在形状复杂刀具的制造中仍占有主要地位，如标准麻花钻、丝锥、铰刀具的制造中仍占有主

12、要地位，如标准麻花钻、丝锥、铰刀、拉刀、成形车刀、成形铣刀和齿轮刀具等。刀、拉刀、成形车刀、成形铣刀和齿轮刀具等。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用课题引入中的例子由于要求切削速度为课题引入中的例子由于要求切削速度为70m/min70m/min，所，所以不适宜采用工具钢以不适宜采用工具钢( (包括普通高速钢包括普通高速钢) )作为刀具材料。当作为刀具材料。当然，若采用高性能高速钢等则应另当别论。然，若采用高性能高速钢等则应另当别论。【知识链接知识链接】 高速钢高速钢(HSS)(HSS)是一种加入了较多的钨、是一种加入了较多的钨、铬、钒、钼等合金元素的高合金工具钢；根据化学成分可铬、钒

13、、钼等合金元素的高合金工具钢；根据化学成分可分为钨系、钨钼系及钼系高速钢；根据制造方法可分为熔分为钨系、钨钼系及钼系高速钢；根据制造方法可分为熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。因其强度和韧性在现有刀具炼高速钢和粉末冶金高速钢。因其强度和韧性在现有刀具材料中最高，并且制造工艺简单，容易刃磨出锋利的切削材料中最高，并且制造工艺简单，容易刃磨出锋利的切削刃，锻造、热处理变形小，所以有着良好的综合性能。高刃，锻造、热处理变形小，所以有着良好的综合性能。高速钢按其用途和切削性能可分为普通高速钢和高性能高速速钢按其用途和切削性能可分为普通高速钢和高性能高速钢。钢。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用高性

14、能高速钢是在普通高速钢成分中添加碳、钒、高性能高速钢是在普通高速钢成分中添加碳、钒、钴、铝等合金元素后而形成的，由于进一步提高了材料的钴、铝等合金元素后而形成的，由于进一步提高了材料的耐热性，其使用寿命约为普通高速钢的耐热性，其使用寿命约为普通高速钢的1.531.53倍，并能用于倍，并能用于切削加工不锈钢、耐热钢、钛合金及高强度钢等难加工材切削加工不锈钢、耐热钢、钛合金及高强度钢等难加工材料。我国推广使用的高性能高速钢牌号是料。我国推广使用的高性能高速钢牌号是W6Mo5Cr4V2A1W6Mo5Cr4V2A1。随着粉末冶金高速钢的出现，清除了碳化物的偏析现象，随着粉末冶金高速钢的出现，清除了碳化

15、物的偏析现象，大大改善了高速钢的物理、力学性能和工艺性能，特别适大大改善了高速钢的物理、力学性能和工艺性能，特别适用于制造切削难加工材料的形状复杂的刀具。另外，高速用于制造切削难加工材料的形状复杂的刀具。另外，高速钢的表面处理与涂层技术的采用，大大提高了刀具的耐磨钢的表面处理与涂层技术的采用，大大提高了刀具的耐磨性和使用寿命。性和使用寿命。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用(2) (2) 高速切削时的刀具材料。高速度、高精度一直高速切削时的刀具材料。高速度、高精度一直是切削加工追求的目标。硬质合金刀具材料因其具有较高是切削加工追求的目标。硬质合金刀具材料因其具有较高的耐热性的耐热性(

16、 (耐热温度达耐热温度达8001 000)8001 000)、较高的切削速度、较高的切削速度( (为为高速钢的高速钢的410410倍，切削中碳钢时可达倍，切削中碳钢时可达100m/min100m/min以上以上) )，在，在生产实际中得到了普遍的应用，已成为主要的刀具材料。生产实际中得到了普遍的应用，已成为主要的刀具材料。根据根据GB/T18376.12001GB/T18376.12001，常用的硬质合金分为，常用的硬质合金分为3 3类，其牌类，其牌号及用途见表号及用途见表1-21-2。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用表表1-2 1-2 常用硬质合金的牌号及用途常用硬质合金的牌号及

17、用途 高温合金、高锰钢和不锈钢等难加工材料高温合金、高锰钢和不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工粗加工和半精加工YW2YW2M20M20 高温合金、高锰钢和不锈钢等难加工材料高温合金、高锰钢和不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的半精加工、精加工半精加工、精加工YWlYWlM10M10M M类类 钨钍钽钨钍钽( (铌铌) )钴类钴类 铸铁、有色金属及其合金的精加工、半精加铸铁、有色金属及其合金的精加工、半精加工，不能承受冲击载荷工，不能承受冲击载荷YG3YG3K10K10铸

18、铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工YG6YG6K20K20 铸铁、有色金属及其合金、非金属材料的粗铸铁、有色金属及其合金、非金属材料的粗加工，也可用于断续切削加工，也可用于断续切削YG8YG8K30K30K K类类( (钨钴类钨钴类) )碳素钢、合金钢的精加工碳素钢、合金钢的精加工YT30YT30P01P01 碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半 精加工，亦可用于断续切削时精加工精加工，亦可用于断续切削时精加工YTl5YTl5P10P10碳素钢、合金钢的粗加工，可用于断续切削碳素钢、合金钢的粗加工，可用于断续切

19、削YT5YT5P30P30P P类类( (钨钛钴类钨钛钴类) )主要用途主要用途相近旧牌号相近旧牌号牌号牌号种类种类课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用【知识链接知识链接】 硬质合金是将高硬度、高熔点的金属硬质合金是将高硬度、高熔点的金属碳化物粉末，用钴等金属作为粘结剂在高温下压制、烧结碳化物粉末，用钴等金属作为粘结剂在高温下压制、烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金的质量分数为而成的粉末冶金制品。硬质合金的质量分数为85%95%85%95%的的碳化钨，其余的为用来粘结碳化钨粉末的钴黏合剂。硬质碳化钨，其余的为用来粘结碳化钨粉末的钴黏合剂。硬质合金的性能取决于碳化物合金的性能取决于碳化物(

20、 (也称硬质相也称硬质相) )和粘结剂和粘结剂( (也称粘结也称粘结相相) )的比例。碳化物的多少决定了硬质合金的硬度和耐磨性；的比例。碳化物的多少决定了硬质合金的硬度和耐磨性；粘结剂的多少决定了硬质合金的强度。含碳化物多，适用粘结剂的多少决定了硬质合金的强度。含碳化物多，适用于精加工，含粘结剂多，适用于粗加工。于精加工，含粘结剂多，适用于粗加工。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用1. P1. P类硬质合金类硬质合金相当于我国原钨钛钴类相当于我国原钨钛钴类(YT)(YT)硬质合金，主要成分为硬质合金，主要成分为WC+TiC+CoWC+TiC+Co。常用牌号有。常用牌号有P01P01、

21、P10P10、P20P20、P30P30、P40P40。YTYT代代号后的数字为该牌号合金含号后的数字为该牌号合金含TiCTiC的百分数。的百分数。P P类硬质合金具类硬质合金具有很高的硬度、较高的耐热性、较好的耐磨性，主要用于有很高的硬度、较高的耐热性、较好的耐磨性，主要用于加工长切屑的黑色金属，用蓝色作标志。其中，加工长切屑的黑色金属，用蓝色作标志。其中，P01P01适合精适合精加工，加工，P10P10、P20P20适合半精加工，适合半精加工，P30P30、P40P40适合粗加工。特适合粗加工。特别需要指出的是，别需要指出的是，P P类硬质合金不适宜切削含类硬质合金不适宜切削含TiTi元素

22、的不锈元素的不锈钢和钛合金。这是因为刀具和工件中的钢和钛合金。这是因为刀具和工件中的TiTi元素之间的亲和元素之间的亲和作用会加剧刀具的磨损。作用会加剧刀具的磨损。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用【知识链接知识链接】 各类硬质合金牌号中的数字越大，各类硬质合金牌号中的数字越大，CoCo的含量越多，韧性越好，适用于粗加工；如果碳化物的含的含量越多，韧性越好，适用于粗加工；如果碳化物的含量越多，则热硬性越高，韧性越差，适用于精加工。量越多，则热硬性越高，韧性越差，适用于精加工。课题引入中的例子要求精加工一个课题引入中的例子要求精加工一个4545钢零件，且切钢零件，且切削速度为削速度为7

23、0m/min70m/min。因为其要求高速车削，所以选择硬质。因为其要求高速车削，所以选择硬质合金作刀具材料较为适宜。又由于工件材料为合金作刀具材料较为适宜。又由于工件材料为4545钢，所以钢，所以最好选择最好选择P P类硬质合金作为刀具材料。考虑到精加工对刀具类硬质合金作为刀具材料。考虑到精加工对刀具材料的耐磨性要求较高，所以最终刀具牌号选择耐磨性较材料的耐磨性要求较高，所以最终刀具牌号选择耐磨性较好的好的P01P01。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用如果要求车削的零件材料为如果要求车削的零件材料为Crl8Ni9TiCrl8Ni9Ti的不锈钢，又的不锈钢，又该如何选择刀具材料呢？

24、我们知道，该如何选择刀具材料呢？我们知道，Crl8Ni9TiCrl8Ni9Ti不锈钢为不锈钢为塑性材料，从表面上看可以选择塑性材料，从表面上看可以选择P P类硬质合金作为刀具材料，类硬质合金作为刀具材料，但稍加思考就会发现，该零件材料是含有但稍加思考就会发现，该零件材料是含有TiTi元素的不锈钢，元素的不锈钢，若采用若采用P P类硬质合金材料刀具进行加工，会因粘结而加剧刀类硬质合金材料刀具进行加工，会因粘结而加剧刀具磨损，使工件表面变得粗糙。所以，选用具磨损，使工件表面变得粗糙。所以，选用K K类硬质合金作类硬质合金作为刀具材料比较合理。为刀具材料比较合理。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材

25、料的选用2. K2. K类硬质合金类硬质合金相当于我国原钨钴类相当于我国原钨钴类(YG)(YG)硬质合金，主要成分为硬质合金，主要成分为WC+CoWC+Co。常用牌号有。常用牌号有K01K01、K10K10、K20K20、K30K30、K40K40。YGYG代号后代号后的数字为该牌号合金含钴量的百分数。的数字为该牌号合金含钴量的百分数。K K类硬质合金主要用类硬质合金主要用于加工短切屑于加工短切屑( (崩碎状崩碎状) )的黑色金属、有色金属和非金属材的黑色金属、有色金属和非金属材料，以及含料，以及含TiTi元素的不锈钢，用红色作标志。元素的不锈钢，用红色作标志。课题课题1 1 刀具材料的选用刀

26、具材料的选用【例例1-11-1】 现要求以现要求以50m/min50m/min的切削速度粗加工一铸的切削速度粗加工一铸铁件，试选择恰当的刀具牌号。铁件，试选择恰当的刀具牌号。解：一般情况下，加工铸铁零件可以选用普通高速解：一般情况下，加工铸铁零件可以选用普通高速钢或硬质合金中的钢或硬质合金中的K K类作为刀具材料。但是，由于切削速度类作为刀具材料。但是，由于切削速度高于高于30m/min30m/min，故不适宜采用普通高速钢作为刀具材料，故不适宜采用普通高速钢作为刀具材料，选择硬质合金刀具材料较为合适。又因为是粗加工，考虑选择硬质合金刀具材料较为合适。又因为是粗加工，考虑到粗加工对刀具强度要求

27、较高，所以最终选择牌号为到粗加工对刀具强度要求较高，所以最终选择牌号为K30K30的的硬质合金作为刀具材料。硬质合金作为刀具材料。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用3. M3. M类硬质合金类硬质合金相当于我国原钨钛钽相当于我国原钨钛钽( (铌铌) )钴类钴类(YW)(YW)硬质合金，主要硬质合金，主要成分为成分为WC+TiC+TaC(NbC)+CoWC+TiC+TaC(NbC)+Co。常用牌号有。常用牌号有M10M10、M20M20、M30M30、M40M40。M M类硬质合金主要用于加工黑色金属和有色金属，用类硬质合金主要用于加工黑色金属和有色金属，用黄色作标志。其中，精加工可用

28、黄色作标志。其中，精加工可用M10M10，半精加工可用，半精加工可用M20M20，粗加工可用粗加工可用M30M30。该类硬质合金具有高的耐热性和高温硬度，能用来该类硬质合金具有高的耐热性和高温硬度，能用来切削钢或铸铁，所以又称通用硬质合金。切削钢或铸铁，所以又称通用硬质合金。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用( (二二) ) 刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能一般来说，金属切削刀具常用于极其恶劣的工作条一般来说，金属切削刀具常用于极其恶劣的工作条件，刀具在切削过程中通常要承受较大的切削力、较高的件，刀具在切削过程中通常要承受较大的切削力、较高的切削温度、剧烈的摩擦及冲击振动，所

29、以很容易造成磨损切削温度、剧烈的摩擦及冲击振动，所以很容易造成磨损或损坏。要胜任切削加工，刀具材料必须具备相应的性能。或损坏。要胜任切削加工，刀具材料必须具备相应的性能。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用1. 1. 足够的硬度和耐磨性足够的硬度和耐磨性刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必须具备的基本性能，通常要求常下金属，这是刀具材料必须具备的基本性能，通常要求常温下刀具材料硬度在温下刀具材料硬度在60HRC60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨

30、性还取决于它越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还取决于它的化学成分和金相组织的稳定性。的化学成分和金相组织的稳定性。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用2. 2. 足够的强度和冲击韧性足够的强度和冲击韧性强度是指刀具抵抗切削力的作用而不至于刀刃崩碎强度是指刀具抵抗切削力的作用而不至于刀刃崩碎或刀杆折断所应具备的性能，一般用抗弯强度来表示。冲或刀杆折断所应具备的性能，一般用抗弯强度来表示。冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力。一般来说，硬度越高，冲击韧性越低，证不崩刃的能力。一般来说，硬度越高，冲击韧性

31、越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键问题。服的一个关键问题。3. 3. 高的耐热性高的耐热性耐热性又称红硬性，是指刀具材料在高温下保持硬耐热性又称红硬性，是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。耐度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要指标。刀具材料的耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要指标。刀具材料的耐热性越好，高温硬度越高，允许的切削速度就越高。热性越好，高温硬度越高，允许的切削速度就越高。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用4

32、. 4. 良好的导热性良好的导热性能降低切削温度，减轻刀具磨损。能降低切削温度，减轻刀具磨损。【知识链接知识链接】 常用刀具材料的耐热温度如下：碳素常用刀具材料的耐热温度如下：碳素工具钢工具钢200250200250，合金工具钢，合金工具钢300400300400，普通高速钢，普通高速钢600700600700，硬质合金，硬质合金8001 0008001 000。5. 5. 工艺性和经济性工艺性和经济性为了便于刀具的制造，刀具材料还应具有良好的工为了便于刀具的制造，刀具材料还应具有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能等。当然在选用刀艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能等。当然在选用刀具材料

33、时还应综合考虑经济性。目前，超硬材料及涂层刀具材料时还应综合考虑经济性。目前，超硬材料及涂层刀具材料费用较高，不过其使用寿命很长，在成批生产中，具材料费用较高，不过其使用寿命很长，在成批生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此，在选用时分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此，在选用时一定要综合考虑。一定要综合考虑。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用( (三三) ) 其他刀具材料其他刀具材料随着科学技术的发展，新的刀具材料层出不穷，应随着科学技术的发展，新的刀具材料层出不穷，应充分重视新型刀具材料的应用。这些材料包括陶瓷、人造充分重视新型刀具材料的应用。这些材料包括陶瓷、人造

34、金刚石和立方氮化硼等。金刚石和立方氮化硼等。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用1. 1. 陶瓷陶瓷陶瓷是一种快速发展的刀具材料，陶瓷刀具主要成陶瓷是一种快速发展的刀具材料，陶瓷刀具主要成分是氧化铝，一些制造厂商还加入了分是氧化铝，一些制造厂商还加入了10%10%或更少的钛、镁或或更少的钛、镁或者铬的氧化物，刀具材料在超过者铬的氧化物，刀具材料在超过2.82.810107 7PaPa的压强下成型，的压强下成型，在温度高达在温度高达1 6491 649时烧结，因此具有较高的硬度和密度。时烧结，因此具有较高的硬度和密度。它比硬质合金刀具有更高的硬度、耐磨性、耐热性、化学它比硬质合金刀具有更

35、高的硬度、耐磨性、耐热性、化学稳定性和抗粘结性能。由于陶瓷材料刀具的抗弯强度和冲稳定性和抗粘结性能。由于陶瓷材料刀具的抗弯强度和冲击韧性差，对冲击非常敏感，故不适用于断续切削和重切击韧性差，对冲击非常敏感，故不适用于断续切削和重切削加工。主要应用于高硬度材料工件的半精车、精车，或削加工。主要应用于高硬度材料工件的半精车、精车，或用于低硬度、高韧性材料工件的加工。我国研制的牌号有用于低硬度、高韧性材料工件的加工。我国研制的牌号有AMAM、AMFAMF复合陶瓷刀片。复合陶瓷刀片。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用2. 2. 人造金刚石人造金刚石人造金刚石又称为聚晶金刚石，聚晶金刚石刀具是

36、人造金刚石又称为聚晶金刚石，聚晶金刚石刀具是由一层随机取向的人造金刚石晶体涂层通过硬钎焊与碳化由一层随机取向的人造金刚石晶体涂层通过硬钎焊与碳化钨刀头粘结而成。它具有极高的硬度和耐磨性，非常高的钨刀头粘结而成。它具有极高的硬度和耐磨性，非常高的导热性和很低的热膨胀系数，切削刃非常锋利，刃面粗糙导热性和很低的热膨胀系数，切削刃非常锋利，刃面粗糙度很小，摩擦系数低等优点，因此金刚石刀具是目前高速度很小，摩擦系数低等优点，因此金刚石刀具是目前高速切削切削(2 5005 000m/min)(2 5005 000m/min)铝合金较理想的刀具材料。铝合金较理想的刀具材料。课题课题1 1 刀具材料的选用刀

37、具材料的选用但由于碳对铁的亲和作用，特别是在高温下，金刚但由于碳对铁的亲和作用，特别是在高温下，金刚石能与铁发生化学反应，因此它不适宜于切削铁及其合金石能与铁发生化学反应，因此它不适宜于切削铁及其合金工件。金刚石刀具主要适合于非铁合金的高精度加工，现工件。金刚石刀具主要适合于非铁合金的高精度加工，现已广泛应用于制造加工高硬度、高耐磨的机械密封件的精已广泛应用于制造加工高硬度、高耐磨的机械密封件的精密磨削用砂轮。近来研制成的复合人造金刚石刀片，则是密磨削用砂轮。近来研制成的复合人造金刚石刀片，则是在硬质合金基体上烧结上一层约在硬质合金基体上烧结上一层约0.5 mm0.5 mm的金刚石制作而成的金

38、刚石制作而成的，是金刚石刀具的一种发展方向。的，是金刚石刀具的一种发展方向。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用3. 3. 立方氮化硼立方氮化硼(CBN)(CBN)立方氮化硼有很高的硬度立方氮化硼有很高的硬度( (仅次于金刚石仅次于金刚石) )和耐热性和耐热性(1 3001 500)(1 3001 500)，优良的化学稳定性，优良的化学稳定性( (远优于金刚石远优于金刚石) )和和导热性，低的摩擦系数。立方氮化硼与铁族元素亲和性很导热性，低的摩擦系数。立方氮化硼与铁族元素亲和性很低，所以它是高速切削黑色金属、加工淬硬钢及高温合金低，所以它是高速切削黑色金属、加工淬硬钢及高温合金等难加工

39、材料较理想的刀具材料。等难加工材料较理想的刀具材料。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用( (四四) ) 新技术新技术近来表面加工技术的革新能够使普通刀具材料获得近来表面加工技术的革新能够使普通刀具材料获得更高的硬度和更强的表面耐磨性。碳氮钛涂层可以使硬质更高的硬度和更强的表面耐磨性。碳氮钛涂层可以使硬质合金切削刀具获得很高的强度。通过离子喷涂过程，可以合金切削刀具获得很高的强度。通过离子喷涂过程，可以在高速钻头上喷涂一层氮化钛涂层，这样可以极大地提高在高速钻头上喷涂一层氮化钛涂层，这样可以极大地提高钻头的耐磨性能。金刚石和立方氮化硼钻头的耐磨性能。金刚石和立方氮化硼(CBN)(CBN

40、)都可以附着在都可以附着在刀具上，立方氮化硼涂层性能不亚于多晶金刚石。刀具上，立方氮化硼涂层性能不亚于多晶金刚石。在硬质合金刀具上添加多个涂层可以获得良好的耐在硬质合金刀具上添加多个涂层可以获得良好的耐磨性和韧性。在富钴表面上可添加的涂层包括氧化铝、碳磨性和韧性。在富钴表面上可添加的涂层包括氧化铝、碳化钛、碳氮化物。这些添加涂层后的刀具特别适合用于加化钛、碳氮化物。这些添加涂层后的刀具特别适合用于加工不锈钢、铸钢、锻钢。工不锈钢、铸钢、锻钢。课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用制造陶瓷刀头的一个新方法是使用二硼化钛制造陶瓷刀头的一个新方法是使用二硼化钛(TiB(TiB2 2) )。这类

41、刀头专门用于铣削或者车削铁质和非铁质金属、高硬这类刀头专门用于铣削或者车削铁质和非铁质金属、高硬度钢铁和高温合金，通常它们的使用寿命是碳化钨刀头的度钢铁和高温合金，通常它们的使用寿命是碳化钨刀头的5656倍。倍。练习与思考练习与思考1 1精加工铸铁工件采用什么牌号的刀具材料比较合精加工铸铁工件采用什么牌号的刀具材料比较合适？适？2 2为什么加工含钛不锈钢工件采用为什么加工含钛不锈钢工件采用K K类硬质合金刀类硬质合金刀具更合理？具更合理？3 3为什么不可忽视刀具材料必须具备的性能？为什么不可忽视刀具材料必须具备的性能？ 课题课题1 1 刀具材料的选用刀具材料的选用课题课题2 2 切削运动和切削

42、用量切削运动和切削用量 一、课题引入一、课题引入 二、课题分析二、课题分析 知识点知识点切削运动、切削用量的概念。切削运动、切削用量的概念。切削用量三要素及其计算。切削用量三要素及其计算。切削用量的选择。切削用量的选择。技能点技能点掌握切削加工的基本概念以及切削用量的计算。掌握切削加工的基本概念以及切削用量的计算。课题课题2 2 切削运动和切削用量切削运动和切削用量一、课题引入一、课题引入在上一个课题中，我们学习了如何选择刀具材料，在上一个课题中，我们学习了如何选择刀具材料，如果下一步着手车削外圆，准备以如果下一步着手车削外圆，准备以40m/min40m/min的速度，将外的速度，将外圆尺寸由

43、圆尺寸由 50mm50mm车削到车削到 45mm45mm。那么，车削时需要哪些运。那么，车削时需要哪些运动？加工表面能否一次走刀加工完成呢？刀具移动的速度动？加工表面能否一次走刀加工完成呢？刀具移动的速度和主轴转动的速度又该怎样选择和计算呢？和主轴转动的速度又该怎样选择和计算呢？课题课题2 2 切削运动和切削用量切削运动和切削用量二、课题分析二、课题分析要完成相应零件表面的加工，首先，离不开机床和要完成相应零件表面的加工，首先，离不开机床和刀具之间的相对运动，如车削外圆时需要车床主轴刀具之间的相对运动，如车削外圆时需要车床主轴( (工件工件) )的旋转运动和刀具的纵向的旋转运动和刀具的纵向(

44、(轴向轴向) )移动；其次，在切削加工移动；其次，在切削加工前，必须根据加工阶段的不同，合理确定和计算切削运动前，必须根据加工阶段的不同，合理确定和计算切削运动参数参数( (切削用量切削用量) )的大小的大小. .课题课题2 2 切削运动和切削用量切削运动和切削用量其原因是：一方面，切削运动参数是切削加工前操其原因是：一方面，切削运动参数是切削加工前操作者调整机床的依据，例如，在车削加工前通常需要调整作者调整机床的依据，例如，在车削加工前通常需要调整主轴的转速等；另一方面，切削运动参数的合理与否还影主轴的转速等；另一方面，切削运动参数的合理与否还影响着切削加工效率、零件加工精度和加工成本，例如

45、，粗响着切削加工效率、零件加工精度和加工成本，例如，粗加工时如果切削运动速度过高，加工材料切除量过大等都加工时如果切削运动速度过高，加工材料切除量过大等都会给加工带来极为不利的影响，轻则加快刀具磨损，重则会给加工带来极为不利的影响，轻则加快刀具磨损，重则引起加工振动甚至崩刃、断刀，总之，加工效率低下，加引起加工振动甚至崩刃、断刀，总之，加工效率低下，加工成本提高。工成本提高。课题课题2 2 切削运动和切削用量切削运动和切削用量下面就来学习切削运动和切削用量三要素的有关内下面就来学习切削运动和切削用量三要素的有关内容。容。( (一一) ) 切削运动切削运动切削运动分为主运动和进给运动。如图切削运

46、动分为主运动和进给运动。如图l-2l-2所示，车所示，车削外圆时，工件的旋转运动为主运动，刀具的轴向移动为削外圆时，工件的旋转运动为主运动，刀具的轴向移动为进给运动。进给运动。课题课题2 2 切削运动和切削用量切削运动和切削用量图图1-2 1-2 外圆切削外圆切削课题课题2 2 切削运动和切削用量切削运动和切削用量1. 1. 主运动主运动c c主运动是指直接切除工件上多余材料主运动是指直接切除工件上多余材料( (切削层切削层) )，使，使之转变为切屑，以形成工件新表面的运动。金属切削过程之转变为切屑，以形成工件新表面的运动。金属切削过程中，无论哪种切削运动，主运动只有一种，且它的速度通中，无论

47、哪种切削运动，主运动只有一种，且它的速度通常较高，功率消耗也较大，约占功率总消耗的常较高，功率消耗也较大，约占功率总消耗的90%90%。主运动。主运动可以由工件完成，如车削加工时工件的旋转运动；也可以可以由工件完成，如车削加工时工件的旋转运动；也可以由刀具完成，如铣削、钻削加工中的铣刀、钻头的旋转运由刀具完成，如铣削、钻削加工中的铣刀、钻头的旋转运动。动。课题课题2 2 切削运动和切削用量切削运动和切削用量2. 2. 进给运动进给运动f f使新的切削层不断投入切削的运动称为进给运动。使新的切削层不断投入切削的运动称为进给运动。切削运动中，进给运动可以是一个切削运动中，进给运动可以是一个( (如

48、钻削加工时如钻削加工时) )或多个或多个( (如磨削加工时如磨削加工时) )，进给运动通常速度较低、功率消耗较小，进给运动通常速度较低、功率消耗较小，可以是连续的，也可以是间断的。例如，车削外圆时，纵可以是连续的，也可以是间断的。例如，车削外圆时，纵向进给运动是连续的，横向进给运动是间断的，刀具进给向进给运动是连续的，横向进给运动是间断的，刀具进给运动仅消耗切削总功率的运动仅消耗切削总功率的10%10%左右。左右。3. 3. 合成切削运动合成切削运动e e合成切削运动是由主运动和进给运动合成的运动。合成切削运动是由主运动和进给运动合成的运动。刀具切削刃上选定点相对于工件的瞬时合成运动方向称为刀

49、具切削刃上选定点相对于工件的瞬时合成运动方向称为合成切削运动方向，其速度称为合成切削速度。合成切削运动方向，其速度称为合成切削速度。课题课题2 2 切削运动和切削用量切削运动和切削用量【知识链接知识链接】 切削过程中，随着切削运动的进行，切削过程中，随着切削运动的进行，在工件上形成了在工件上形成了3 3个不断变化着的表面个不断变化着的表面( (如图如图1-2(a)1-2(a)所示所示) )。它们是已加工表面、待加工表面和加工表面它们是已加工表面、待加工表面和加工表面( (也称过渡表也称过渡表面面) )。工件上即将被切去金属层的表面称为待加工表面；工。工件上即将被切去金属层的表面称为待加工表面；

50、工件上经刀具切除多余金属后形成的新表面称为已加工表面；件上经刀具切除多余金属后形成的新表面称为已加工表面；工件上由切削刃正在切削的表面称为加工表面。在以后定工件上由切削刃正在切削的表面称为加工表面。在以后定义和判别刀具上的刀面时要用到这些概念，务必弄清。义和判别刀具上的刀面时要用到这些概念，务必弄清。课题课题2 2 切削运动和切削用量切削运动和切削用量( (二二) ) 切削用量三要素切削用量三要素我们已经知道，切削加工中必须考虑切削运动的大我们已经知道，切削加工中必须考虑切削运动的大小，以满足切削加工生产率、工件的加工质量和切削加工小，以满足切削加工生产率、工件的加工质量和切削加工的经济性等方

51、面的要求。用来表征切削运动大小的参数称的经济性等方面的要求。用来表征切削运动大小的参数称为切削用量，它也是金属切削加工之前操作者调整机床的为切削用量，它也是金属切削加工之前操作者调整机床的依据。一般来说，切削用量包括切削速度、背吃刀量和进依据。一般来说，切削用量包括切削速度、背吃刀量和进给量给量3 3个要素。个要素。1. 1. 切削速度切削速度主运动的线速度称为切削速度，它是用来表示主运主运动的线速度称为切削速度，它是用来表示主运动大小的参数。车削时的切削速度如下所示。动大小的参数。车削时的切削速度如下所示。 c1000dn课题课题2 2 切削运动和切削用量切削运动和切削用量(1-1) (1-

52、1) 式中式中 c c切削速度，切削速度，m/minm/min；n n主轴主轴( (工件工件) )每分钟转速，每分钟转速，r/minr/min；d d工件或刀具的最大直径，工件或刀具的最大直径，mmmm；提示：计算时，应以最大的切削速度为准。如车削提示：计算时，应以最大的切削速度为准。如车削时以待加工表面直径的数值进行计算，因为在转速一定时，时以待加工表面直径的数值进行计算，因为在转速一定时，切削刃上各点的切削速度不同，此处速度最大，刀具磨损切削刃上各点的切削速度不同，此处速度最大，刀具磨损最快。最快。课题课题2 2 切削运动和切削用量切削运动和切削用量【知识链接知识链接】 对于主运动为旋转运

53、动的切削加工方对于主运动为旋转运动的切削加工方式均按公式式均按公式(1-1)(1-1)计算计算c c，例如磨削、钻削、铣削和镗削，例如磨削、钻削、铣削和镗削等。它们的区别在于等。它们的区别在于 的意义不同。其中，磨削、钻削、的意义不同。其中，磨削、钻削、铣削时铣削时 为刀具直径；镗削时为刀具直径；镗削时 工件直径。工件直径。( ( ：待加：待加工工件直径工工件直径) )图图1-3 1-3 切削运动切削运动【例例1-21-2】 如图如图1-31-3所示，在车床上车削工件，已知所示，在车床上车削工件，已知主轴转速为主轴转速为450r/min450r/min， =60mm=60mm，已加工表面直径，

54、已加工表面直径 =50mm=50mm，切削速度为多少？，切削速度为多少？解：由于解：由于 =60mm=60mm，n n=450r/min=450r/min所以所以 c3.146045084.78m / min10001000dn课题课题2 2 切削运动和切削用量切削运动和切削用量wdwdwdwdwdmdwd【知识链接知识链接】 对于上例，若工件直径为对于上例，若工件直径为 80mm80mm，车床主轴转速仍选择为车床主轴转速仍选择为450r/min450r/min，则此时的切削速度为，则此时的切削速度为113.04m/min113.04m/min。不难看出，在相同转速下，加工表面直径。不难看出，

55、在相同转速下，加工表面直径越大，切削速度越大，若要保证相同的切削速度，加工大越大，切削速度越大，若要保证相同的切削速度，加工大直径工件时，应选用比较低的主轴转速。直径工件时，应选用比较低的主轴转速。在实际工作中，往往是已知工件直径在实际工作中，往往是已知工件直径( (或刀具直径或刀具直径) )和由加工条件确定的切削速度计算车床和由加工条件确定的切削速度计算车床( (或铣床等或铣床等) )主轴的主轴的转速，本课题引入的实例就属于这种情况，具体公式如下。转速，本课题引入的实例就属于这种情况，具体公式如下。c1000nd课题课题2 2 切削运动和切削用量切削运动和切削用量总之，应用切削速度公式总之，

56、应用切削速度公式(1-1)(1-1)可完成以下工作：确可完成以下工作：确定切削速度和确定主轴转速，前者可用于检验所选刀具材定切削速度和确定主轴转速，前者可用于检验所选刀具材料是否符合加工的要求，后者则可作为调整机床主轴转速料是否符合加工的要求，后者则可作为调整机床主轴转速的依据。的依据。课题课题2 2 切削运动和切削用量切削运动和切削用量2. 2. 进给速度进给速度进给速度是指在单位时间内，刀具在进给运动方向进给速度是指在单位时间内，刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，其计算公式如下所示。上相对于工件的位移量，其计算公式如下所示。式中式中 v vf f进给速度，进给速度，mm/minmm/

57、min；n n主轴每分钟转速，主轴每分钟转速，r/minr/min；f f进给量，进给量，mm/rmm/r。进给量进给量f f是指工件或刀具每转一周时，刀具在进给运是指工件或刀具每转一周时，刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量。动方向上相对于工件的位移量。ffn课题课题2 2 切削运动和切削用量切削运动和切削用量(1-2)(1-2)【知识链接知识链接】 进给量的完整概念是指工件或刀具每进给量的完整概念是指工件或刀具每转一转转一转( (或往复一次或往复一次) )或刀具每转过一齿时，工件与刀具在或刀具每转过一齿时，工件与刀具在进给方向的相对位移，这里涵盖了各种切削加工方法，以进给方向的相对位移，

58、这里涵盖了各种切削加工方法，以上仅给出了车削加工时进给量的含义。另外，在数控加工上仅给出了车削加工时进给量的含义。另外，在数控加工中，进给运动的单位通常有转进给和分进给两种表示方式，中，进给运动的单位通常有转进给和分进给两种表示方式，其实就是以上所说的进给量和进给速度。其实就是以上所说的进给量和进给速度。3. 3. 背吃刀量背吃刀量已加工表面和待加工表面间的垂直距离称为背吃刀已加工表面和待加工表面间的垂直距离称为背吃刀量，单位为量，单位为mmmm。车削时的计算公式如下所示。车削时的计算公式如下所示。(1-3)(1-3)wmp2dda课题课题2 2 切削运动和切削用量切削运动和切削用量式中式中

59、a ap p背吃刀量，背吃刀量，mmmm；d dw w待加工表面直径，待加工表面直径，mmmm；d dm m已加工表面直径，已加工表面直径，mmmm。【知识链接知识链接】 以上仅给出了外圆车削时的计算公式，以上仅给出了外圆车削时的计算公式， 内孔车削时的背吃刀量为已加工表面直径与待加工表面直内孔车削时的背吃刀量为已加工表面直径与待加工表面直径之差的一半。径之差的一半。课题课题2 2 切削运动和切削用量切削运动和切削用量( (三三) ) 切削用量的选择切削用量的选择切削用量总的选择原则是：粗加工时，由于工件的切削用量总的选择原则是：粗加工时，由于工件的尺寸精度要求不高，工件的表面粗糙度允许较大，

60、所以选尺寸精度要求不高，工件的表面粗糙度允许较大，所以选择时着重考虑如何发挥机床和刀具的能力、减少机动时间、择时着重考虑如何发挥机床和刀具的能力、减少机动时间、提高生产率、提高刀具耐用度，选择时应选择尽量大的背提高生产率、提高刀具耐用度，选择时应选择尽量大的背吃刀量、较大的进给量、合适的切削速度。精加工以精度吃刀量、较大的进给量、合适的切削速度。精加工以精度为主，首先选择较小的背吃刀量，再选择较小的进给量，为主，首先选择较小的背吃刀量，再选择较小的进给量，最后选择较高最后选择较高( (对于硬质合金刀具对于硬质合金刀具) )或较低或较低( (对于高速钢刀具对于高速钢刀具) )的切削速度。的切削速