切削原理与刀具1

金属切削原理与刀具MetalCuttingMethodAndTheDesignofCuttingTools（2007本科课程版）机械设计制造及其自动化专业主干课程1欢迎大家学习金属切削原理与刀具课2一、本课程的性质《金属切削原理与刀具》在工科院校与机制有关的专业中占有重要的地位，因此一直列为考试课，在我院的数控、机制、机电等专业自然也是考试课。二、本课程的内容《金属切学原理与刀具》分为两部分，原理部分讨论的是金属切削加工过程中的主要物理现象的变化规律，以及对规律的控制及应用；刀具部分是要我们学习常用金属切削刀具的选择、使用以及常用非标准刀具的设计，如成形车刀、成形铣刀和拉刀等。三、本课程的特点（1）涉及知识面广（2）实验理论多（3）实践性强金属切削原理与刀具课程简介本课程的性质、内容和任务3金属切削原理与刀具课程简介课程宗旨了解金属切削原理与刀具领域的最新成就和发展趋势。掌从理论上认识金属切削过程一般现象和基本规律，能按具体的加工条件选择合理的刀具材料、刀具切削部分的几何参数及切削用量，并能运用所学知识，分析和解决生产中出现的一些有关问题。初步掌握金属切削课程实验、生产等实践环节训练，培养分析和解决机械制造工程问题的能力。4金属切削原理与刀具课程简介主要内容金属切削原理部分金属切削原理基本定义（6学时）刀具材料（12学时）金属切削变形过程（10学时）金属切削过程切削力（12学时）切削热和切削温度（12学时）刀具磨损、破损和使用寿命（6学时）

5切削用量的选择（12学时）磨削加工（6学时）金属切削原理与刀具课程简介主要内容金属切削原理部分工件材料的切削加工性（6学时）已加工表面质量（12学时）刀具合理几何参数的选择（12学时）6金属切削原理与刀具课程简介主要内容二，刀具部分铣刀（12学时）拉刀（6学时）齿轮刀具（6学时）

车刀（12学时）成型车刀（10学时）

孔加工刀具（12学时）7课程简介学习方式考核方法课程特点与学习方法综合性——注意联系和综合应用以往所学知识实践性——注意理论联系生产实际，重视实践性环节灵活性——掌握基本原理，活学活用期末考查——70％作业及课堂纪律——20％，实验——10％课堂讲授——讲授重点、难点自学——课程内容20％自学，通过作业、答疑保证效果实践环节——作业、练习、实验8主要参考教材与参考文献主要参考教材主要参考文献[1]天津大学先进制造技术实验室，机械制造技术基础实验指导书，2004[2]张冠伟等，机械制造技术基础习题集，2004[3]张世昌主编，机械制造技术基础网络课程，高教音像出版社，2003[4]MikellP.Groover.FundamentalsofModernManufacturing.JOHNWILEY&SONS,INC.2002周泽华主编，金属切削原理，上海科学技术出版社.袁哲俊主编，金属切削刀具，上海科学技术出版社.第2版9

刀具材料

金属切削变形过程切削力切削热和切削温度工件材料的切削加工性刀具磨损、破损和使用寿命课程导航

金属切削原理基本定义10

一、明代发展成与近代相类似的切削加工方法，如车、铣、刨、磨削等。二、建国以来，我国的机械制造业不断壮大，金属切削加工技术也得到了飞速发展。大力推广先进的切削方法；在金属切削变形、切削力、切削热、刀具磨损和刀具耐用度、以及加工质量等方面都取得了一定水平的科研成果；广泛推广应用了机夹重磨刀具和可转位刀具。

三、80年代以后，我国金属切削技术达到较高的水平，计算机已在切削理论研究和刀具设计中应用，各种先进的测试仪器已应用于切削机理的分析和研究中，并取得一系列科研成果。

切削原理与刀具我国金属切削加工技术的发展、

概况11

学习本课程主要做到重视实践知识，善于抓住问题的本质，善于比较，要建立正确的空间概念。学习过程中，要求达到以下几点：1、基本掌握切削过程中的主要物理现象的变化规律和应用及控制方法，具有解决实际生产问题的能力。2、具有正确图示和选择刀具合理几何参数的能力。3、具有根据具体要求选择使用常用刀具，以及设计一般非标准刀具的能力。4、要求课上认真听讲，抓住重点，做好笔记，课下复习，辅导与自学相结合。

本课程的学习要求切削原理与刀具12切削原理与刀具第1章

机械制造过程基础知识FundamentalofMechanicalManufacturingProcess§1-1

切削运动、加工表面和切削用量三要素MovementsofCutting,CuttingSurfacesAndThreeMainfactorsofCutting13切削原理与刀具一，车削运动和工件上的加工表面车削加工是一种最典型、最常见的切削加工方法。普通外圆车削加工中的切削运动是由两种运动单元组合而成的：其一是工件的回转运动，它是切除多余金属以形成工件新表面的基本运动；其二是车刀的纵向进给运动，他保证了切削工作的连续进行。即不断把余量投入切削的运动。14切削时形成的表面进给运动主运动待加工表面过渡表面已加工表面切削原理与刀具15切削原理与刀具在这两个运动合成的切削运动作用下，工件表面的一层金属不断地被车刀切下来并转变为切屑，从而加工出所需要的工件新表面。在新表面形成过程中，工件上有三个依次变化着的表面：（1）待加工表面：加工时即将被切除的工件表面（2）已加工表面；已被切去多余金属而形成符合要求的工件新表面。（3）过渡表面（切削表面）：加工时由切削刃在工件上正在切削的那个表面，位于待加工表面和已加工表面之间的表面。待加工表面、过渡表面和已加工表面16切削原理与刀具172-2刀具切削部分的几何角度一、外圆车刀切削部分的组成前面主后面副后面主切削刃副切削刃刀尖刀杆刀头切削原理与刀具181.1.1零件表面形成方法轨迹法成形法相切法展成法flashflashflashflasha）轨迹法

b）成形法c）相切法

d）展成法图2-6零件表面成形方法19主运动

指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运动的速度即切削速度，用v（m/s）表示。

◆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；可以是直线运动（用T

表示），也可以是回转运动（用

R

表示）。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。进给运动

指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的速度用进给量（f—mm/r）或进给速度（vf

—mm/min）表示。定位和调整运动

使工件或刀具进入正确加工位置的运动。如调整切削深度，工件分度等。1.1.2切削加工的成形运动20

外圆磨无心磨车铣加工滚压加工铣削成形磨（横磨）主运动进给运动表2-2外圆表面加工方法刀具T/RT主运动进给运动工件表面成形原理图RRRRRTRRT/R车削成形车削拉削研磨1.1.3典型表面加工方法21表2-3内圆表面加工方法表面成形原理图钻扩铰镗拉挤行星式内圆磨主运动进给运动刀具主运动进给运动工件RRTRRT/RTRTRTTRTT内圆磨无心磨1.1.4典型表面加工方法22主运动进给运动表2-4平面加工方法刀具主运动进给运动工件表面成形原理图RTRTTT刨插周铣端铣平磨端面平磨车拉T1.1.5典型表面加工方法23车螺纹板牙主运动进给运动表2-5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RR1.1.6典型表面加工方法24主运动进给运动表2-6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1.1.7典型表面加工方法251.1.8切削用量三要素主运动（切削速度）指直接切除工件上的余量形成加工表面的运动。主运动的速度即切削速度，用v（m/s）表示。进给运动

（进给速度）指为不断把余量投入切削的运动。进给运动的速度用进给量（f—mm/r）或进给速度（vf

—mm/min）表示。背吃刀量主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的值。用（ap

—mm）表示。261.1.8切削用量与切削层截面参数切削用量

切削速度vc若主运动为往复运动时，其平均速度为：

（2-2）式中n——主运动转速（r/s）；

d——刀具或工件的最大直径（mm）。式中nr——主运动每秒钟往复次数（str/s）；

l——往复运动行程长度（mm）。（2-3）进给量：工件或刀具每转一周时(或主运动一循环时)，两者沿进给方向上相对移动的距离，单位为mm/r。背吃刀量：主刀刃与工件切削表面接触长度在主运动方向及进给运动方向所组成的平面的法线方向上测量的值。272.3.4切削用量与切削层截面参数切削层截面参数

切削厚度

（2-4）切削宽度

（2-5）图2-7切削层截面bDhD

=ffdwDmapa）ΚrhDbD

=apb）c）28切削原理与刀具§1-2

刀具切削部分的基本定义FundamentalConceptsofTheCuttingpartsofTheCuttingTools2.6

刀具切削部分的结构要素TheStructurefactorsofTheCuttingpartsofThe

CuttingTool292.6.1刀具结构

车刀a）焊接式车刀b）整体式车刀c）机夹式车刀图2-47车刀的结构外圆车刀是最基本、最典型的刀具，由刀头和刀体组成。车刀的切削部分由3个刀面（前刀面、主后刀面和副后刀面），2个刀刃（主切削刃和副切削刃）和1个刀尖组成。302.6.1刀具结构

刨刀、铣刀、钻头等其他刀具可视为车刀的演变或组合图2-48各种刀具切削部分的形状312.6.2刀具几何角度

刀具标注角度坐标系（主剖面坐标系）主切削刃主后刀面前刀面副切削刃主剖面PoA1）基面

Pr：通过切削刃选定点与主运动方向垂直的平面。基面与刀具底面平行。切削平面Ps基面Pr图2-49车刀主剖面坐标系2）切削平面

Ps：通过切削刃选定点与主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3）主剖面

Po：通过切削刃选定点垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。32基面Pr假定主运动方向主切削刃上选定点刀柄底面平面2.6.2刀具几何角度

33主剖面Po：⊥Ps⊥Pγ基面Pγ：Pγ⊥Vc

∥刀具安装面（车刀）切削平面Ps:与S相切且⊥Pγ假定主运动方向Vc主剖面参考系（Pr-Ps-Po)主切削刃上选定点2.6.2刀具几何角度

341）前角γo

在主剖面内测量，是前刀面与基面的夹角。通过选定点的基面位于刀头实体之外时γo定为正值；位于刀头实体之内时γo定为负值。γo影响切削难易程度。增大前角可使刀具锋利，切削轻快。但前角过大，刀刃和刀尖强度下降，刀具导热体积减小，影响刀具寿命。Aκr′A向f图2-50车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsγ02.6.2刀具几何角度

刀具标注角度用硬质合金车刀切削钢件，γo取10～20°；切削灰铸铁，γo取5～15°；切削铝及铝台金，γo取25～35°；切削高强度钢，γo取-5～-10°。35Aκr′A向f图2-50车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs2）后角αo

后角αo在主剖面内测量，是主后刀面与切削平面的夹角。后角的作用是为了减小主后刀面与工件加工表面之间的摩擦以及主后刀面的磨损。但后角过大，刀刃强度下降，刀具导热体积减小，反而会加快主后刀面的磨损。α02.6.2刀具几何角度

粗加工和承受冲击载荷的刀具，为了使刀刃有足够强度，后角可选小些，一般为4°～6°；精加工时切深较小，为保证加工的表面质量，后角可选大一些，一般为8°～12°。36主偏角应根据加工对象正确选取，车刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°几种。3）主偏角κr

在基面内测量，是主切削刃在基面上投影与假定进给方向的夹角。κr的大小影响刀具寿命。减小主偏角，主刃参加切削的长度增加，负荷减轻，同时加强了刀尖，增大了散热面积，使刀具寿命提高。κr的大小还影响切削分力。减小主偏角使吃刀抗力增大，当加工刚性较弱的工件时，易引起工件变形和振动。2.6.2刀具几何角度

Aκr′A向f图2-50车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsκr37κr′AA向f图2-50车刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs4）副偏角κr′

κr′在基面内测量，是副切削刃在基面上的投影与假定进给反方向的夹角。副偏角的作用是为了减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦，以防止切削时产生振动。副偏角的大小影响刀尖强度和表面粗糙度。2.6.2刀具几何角度

κr′在切深、进给量和主偏角相同的情况下，减小副偏角可使残留面积减小，表面粗糙度降低。38a）b）c）图2-51刃倾角对排屑方向的影响2.6.2刀具几何角度

5）刃倾角λs——切削平面内测量，是主切削刃与基面的夹角。当刀尖是切削刃最高点时,λs定为正值；反之位负。

λs影响刀尖强度和切屑流动方向。粗加工时为增强刀尖强度，λs常取负值；精加工时为防止切屑划伤已加工表面，λs常取正值或零。39法剖面Pn：Pn⊥S基面Pγ：Pγ⊥Vc

∥刀具安装面（车刀）切削平面Ps:与S相切且⊥Pγ假定主运动方向Vc法剖面参考系（Pr-Ps-Pn

）90°主切削刃上选定点2.6.2刀具几何角度

40刀具工作角度◆刀具安装对工作角度的影响图2-52车刀安装高度对工作角度的影响γre=γrα0e=α0a）α

0e＜α0b）α

0e＞α0c）γre＜γrγre＞γr

2.6.2刀具几何角度

41刀具安装高低时42刀杆中心面（线）不垂直于进给运动方向的影响2.6.2刀具几何角度

43刀具工作角度

式中μ角是主运动方向与合成切削速度方向间的夹角。◆进给运动对工作角度的影响横切（图2-53）α0e=α0-μγ0e=γ0+μ

μγ0μPsPes图2-53切断刀的工作角度fxα0（2-8）2.6.2刀具几何角度

（2-8a）44

纵切（图2-54）

在进给剖面，有：将其换算到主剖面内得到：在主剖面内：（2-9）O—O图2-54外圆车刀工作角度μffγoeαoeπdwμγooαμfoκrACAO

vf

B

C

B

f

O

dwαffeαγfγfe2.6.2刀具几何角度

45对刀具切削部分材料的要求1）高的硬度和耐磨性2）足够的强度和韧性3）较好的热硬性4）良好的工艺性5）经济性2.6.3刀具材料

刀具材料的发展462.6.3刀具材料

图2-55

刀具材料的发展与切削加工高速化的关系切削速度（m/min）2000100050020010050201018001850190019502000年代碳素工具钢合金工具钢WC系硬质合金高速钢WC-TiC系硬质合金涂层硬质合金TiAlN涂层硬质合金DLC涂层硬质合金TiC-TiN金属陶瓷聚晶立方氮化硼（PCBN）陶瓷聚晶金刚石（PCD）472.6.3刀具材料

天然金刚石PCBNPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬质合金涂层WC硬质合金涂层超细粒状硬金属涂层高速钢TiN涂层高速钢断裂韧性耐磨性图2-56刀具材料的耐磨性与断裂韧性48刀具材料种类很多，常用的有工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。◆高速钢高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。特点：1）强度高，抗弯强度为硬质合金的2～3倍；2）韧性高，比硬质合金高几十倍；3）硬度HRc63以上，且有较好的耐热性；4）可加工性好，热处理变形较小。应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。2.6.3刀具材料

常用刀具材料49表2-9常用高速钢牌号及其应用范围类别牌号主要用途普通高速钢W18Cr4V广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等W14Cr4VmnRe用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等高性能高速钢高碳95W18Cr4V用于制造对韧性要求不高，但对耐磨性要求较高的刀具高矾W12Cr4V4Mo用于制造形状简单，对耐磨性要求较高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造复杂刀具和难加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高强度耐热钢的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形状简单的刀具，如加工铁基高温合金的钻头W12Cr4V3Mo3Co5Si耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作难加工材料的刀具，因其磨削性好可作复杂刀具，价格昂贵

2.6.3刀具材料

50◆硬质合金

超硬刀具材料包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼三种。金刚石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非铁金属、耐磨材料和塑料，如铝及铝合金、黄铜、预烧结的硬质合金和陶瓷、石墨、玻璃纤维、橡胶及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬钢、喷涂材料、冷硬铸铁和耐热合金等。天然金刚石是自然界最硬的材料，根据其质量的不同，硬度范围为HK8000～12000（HK，Knoop硬度，单位kgf/mm2），密度为3.48～3.56。由于天然金刚石是一种各向异性的单晶体，因此，在晶体上的取向不同，耐磨性及硬度也有差异，其耐热性为700～800℃。天然金刚石的耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01μm左右，刀具寿命可长达数百小时。但天然金刚石价格昂贵，因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求极高的零件的刀具，如加工磁盘、激光反射镜、感光鼓、多面镜等。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶金刚石是由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，因此不存在各向异性，其硬度比天然金刚石低，为HK6500～8000，价格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成为当前金刚石刀具的主要材料，可在大部分场合替代天然金刚石刀具。用等离子CVD法开发的金刚石涂层刀具，其基体材料为硬质合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金刚石相同。由于可在形状复杂的刀具（如硬质合金麻花钻、立铣刀、成形刀具及带断屑槽的刀片等）上进行涂层，故具有广阔的发展前途。聚晶立方氮化硼是由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV3000～4500间变动，其耐热性达1200℃左右，化学惰性很好，在1000℃的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。由于陶瓷、金刚石和立方氮化硼等材料韧性差、硬度高，因此要求使用这类刀具的机床刚性好、速度高、功率足够、主轴偏摆小，并且要求机床一夹具一工件一刀具系统的刚性好。只有这样才能充分发挥这些先进刀具材料的作用，取得良好的使用效果。硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金属粘结剂（如Co、Ni、Mo等）经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，允许的切削速度远高于高速钢，且能切削诸如淬火钢等硬材料。硬质合金的不足是与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。硬质合金因其切削性能优良而被广泛用来制作各种刀具。在我国，绝大多数车刀、面铣刀和深孔钻都采用硬质合金制造，目前，在一些较复杂的刀具上，如立铣刀、孔加工刀具等也开始应用硬质合金制造。2.6.3刀具材料

51

超硬刀具材料包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼三种。金刚石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非铁金属、耐磨材料和塑料，如铝及铝合金、黄铜、预烧结的硬质合金和陶瓷、石墨、玻璃纤维、橡胶及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬钢、喷涂材料、冷硬铸铁和耐热合金等。天然金刚石是自然界最硬的材料，根据其质量的不同，硬度范围为HK8000～12000（HK，Knoop硬度，单位kgf/mm2），密度为3.48～3.56。由于天然金刚石是一种各向异性的单晶体，因此，在晶体上的取向不同，耐磨性及硬度也有差异，其耐热性为700～800℃。天然金刚石的耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01μm左右，刀具寿命可长达数百小时。但天然金刚石价格昂贵，因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求极高的零件的刀具，如加工磁盘、激光反射镜、感光鼓、多面镜等。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶金刚石是由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，因此不存在各向异性，其硬度比天然金刚石低，为HK6500～8000，价格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成为当前金刚石刀具的主要材料，可在大部分场合替代天然金刚石刀具。用等离子CVD法开发的金刚石涂层刀具，其基体材料为硬质合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金刚石相同。由于可在形状复杂的刀具（如硬质合金麻花钻、立铣刀、成形刀具及带断屑槽的刀片等）上进行涂层，故具有广阔的发展前途。聚晶立方氮化硼是由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV3000～4500间变动，其耐热性达1200℃左右，化学惰性很好，在1000℃的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。由于陶瓷、金刚石和立方氮化硼等材料韧性差、硬度高，因此要求使用这类刀具的机床刚性好、速度高、功率足够、主轴偏摆小，并且要求机床一夹具一工件一刀具系统的刚性好。只有这样才能充分发挥这些先进刀具材料的作用，取得良好的使用效果。表2-10各种硬质合金的应用范围牌号应用范围YG3X铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG3铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG6X普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工YG6铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属及合金、非金属材料粗加工，也可用于断续切削YG6A冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工，亦可用于高锰钢、淬硬钢的半精加工和精加工YT30碳素钢、合金钢的精加工YT15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的精加工YT14同YT15YT5碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削YW1高温合金、高锰钢、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半精加工和精加工YW2高温合金、高锰钢、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粗加工和半精加工抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度2.6.3刀具材料

52

超硬刀具材料包括天然金刚石、聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼三种。金刚石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非铁金属、耐磨材料和塑料，如铝及铝合金、黄铜、预烧结的硬质合金和陶瓷、石墨、玻璃纤维、橡胶及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬钢、喷涂材料、冷硬铸铁和耐热合金等。天然金刚石是自然界最硬的材料，根据其质量的不同，硬度范围为HK8000～12000（HK，Knoop硬度，单位kgf/mm2），密度为3.48～3.56。由于天然金刚石是一种各向异性的单晶体，因此，在晶体上的取向不同，耐磨性及硬度也有差异，其耐热性为700～800℃。天然金刚石的耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01μm左右，刀具寿命可长达数百小时。但天然金刚石价格昂贵，因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求极高的零件的刀具，如加工磁盘、激光反射镜、感光鼓、多面镜等。金刚石刀具不适于加工钢及铸铁。聚晶金刚石是由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，因此不存在各向异性，其硬度比天然金刚石低，为HK6500～8000，价格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成为当前金刚石刀具的主要材料，可在大部分场合替代天然金刚石刀具。用等离子CVD法开发的金刚石涂层刀具，其基体材料为硬质合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金刚石相同。由于可在形状复杂的刀具（如硬质合金麻花钻、立铣刀、成形刀具及带断屑槽的刀片等）上进行涂层，故具有广阔的发展前途。聚晶立方氮化硼是由单晶立方氮化硼微粉在高温高压下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV3000～4500间变动，其耐热性达1200℃左右，化学惰性很好，在1000℃的温度下不与铁、镍和钴等金属发生化学反应。主要用于加工淬硬工具钢、冷硬铸铁、耐热合金及喷焊材料等。用于高精度铣削时可以代替磨削加工。由于陶瓷、金刚石和立方氮化硼等材料韧性差、硬度高，因此要求使用这类刀具的机床刚性好、速度高、功率足够、主轴偏摆小，并且要求机床一夹具一工件一刀具系统的刚性好。只有这样才能充分发挥这些先进刀具材料的作用，取得良好的使用效果。◆陶瓷刀具材料陶瓷材料比硬质合金具有更高的硬度（HRA91～95）和耐热性，在1200℃的温度下仍能切削，耐磨性和化学惰性好，摩擦系数小，抗粘结和扩散磨损能力强，因而能以更高的速度切削，并可切削难加工的高硬度材料。2.6.3刀具材料

主要缺点是性脆、抗冲击韧性差，抗弯强度低。53◆超硬刀具材料

天然金刚石是自然界最硬的材料，耐磨性极好，刃口锋利，切削刃的钝圆半径可达0.01μm，刀具寿命可达数百小时。因价格昂贵，主要用于高速、精密加工。

聚晶金刚石由金刚石微粉在高温高压下聚合而成，硬度比天然金刚石略低（HK650