机械制造基础课件 第一章 金属切削过程及其控制(第三节)
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机械制造基础ppt课件
定疲劳极限（疲劳强度）？ 10 7
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21
金属材料的物理、化学及工艺 性能
物理性能
密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电 性和磁性等。
化学性能
主要是指在常温或高温时，抵抗各种介
质侵袭的能力，如耐酸性、耐碱性和抗
氧化性等。
可编辑课件PPT
22
金属材料的物理、化学及工艺 性能
工艺性能
第一篇 金属材料导论
内容
金属材料的主要性能 不同温度下金属材料的结构及变化 金属材料的种类 铁碳合金 钢的热处理
可编辑课件PPT
3
第一章 金属材料的主要性能
力学性能------重点（机械制造角度） 物理性能 化学性能 工艺性能
性能为什么要分为几类？每一类都包括 哪些具体指标？具体指标是重点
内涵：硬度是衡量金属软硬的判据。
测定方法：在硬度计上测定。
布氏硬度法
洛氏硬度法
维氏硬度法
可编辑课件PPT
12
布氏硬度（HB）
d
测试原理：
（1）以直径为D 的淬火钢球或硬质合金球，在载荷F
的静压力下，压入被测材料的表面； （2）停留若干秒后，卸去载荷；
（3）测出压痕直径d，并根可编据辑课d件的PPT 数值查出HB值。 13
KK
。AK
A
(J
cm2)
测定方法：采用摆锤式冲击试验机测定。
可编辑课件PPT
17
韧性
原理：
（1）将带缺口的标准 冲击试样放在试验机上
（2）用摆锤将其一次冲断
（3）以试样缺口处单位截
冲断试样所消
面积上所吸收的冲击功表
耗的冲击功
示冲击韧度，即：K
AK A
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金属材料的物理、化学及工艺 性能
物理性能
密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电 性和磁性等。
化学性能
主要是指在常温或高温时，抵抗各种介
质侵袭的能力，如耐酸性、耐碱性和抗
氧化性等。
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金属材料的物理、化学及工艺 性能
工艺性能
第一篇 金属材料导论
内容
金属材料的主要性能 不同温度下金属材料的结构及变化 金属材料的种类 铁碳合金 钢的热处理
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3
第一章 金属材料的主要性能
力学性能------重点（机械制造角度） 物理性能 化学性能 工艺性能
性能为什么要分为几类？每一类都包括 哪些具体指标？具体指标是重点
内涵：硬度是衡量金属软硬的判据。
测定方法：在硬度计上测定。
布氏硬度法
洛氏硬度法
维氏硬度法
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12
布氏硬度（HB）
d
测试原理：
（1）以直径为D 的淬火钢球或硬质合金球，在载荷F
的静压力下，压入被测材料的表面； （2）停留若干秒后，卸去载荷；
（3）测出压痕直径d，并根可编据辑课d件的PPT 数值查出HB值。 13
KK
。AK
A
(J
cm2)
测定方法：采用摆锤式冲击试验机测定。
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韧性
原理：
（1）将带缺口的标准 冲击试样放在试验机上
（2）用摆锤将其一次冲断
（3）以试样缺口处单位截
冲断试样所消
面积上所吸收的冲击功表
耗的冲击功
示冲击韧度，即：K
AK A
2金属切削过程基本知识ppt课件
刀具标注角度的参考系由下列诸平面构成：
（1〕基面Pr 通过切削刃选定点，垂直于假定主运动方向的平面。
通常，基面应平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量 的某一安装定位平面或轴。例如，图1.6所示为普通车刀、 刨刀的基面Pr ，它平行于刀具底面。
(2)切削平面Ps 通过切削刃选定点，与主切削刃 相切，并垂直于基面Pr的平面。 也就是主切削刃与切削速度方向 构成的平面。
1.1.4.2 刀具安装对工作角度的影响
（1〕刀尖安装对工作角度的影响
当刀尖安装得高于工件中心线时， 工作切削平面将变为Pse，工作基面 变为Pre，工作角度γpe增大，αpe减 小。在背平面〔P－P仍为标注背平面〕 内角度变化值为θp：
h d w 2 h 2 2
（2〕刀杆安装倾斜对工作角度的影响
（2〕纵车
由合成切削速度角η的定义可知：
f
tanη=
dw
式中 f－进给量
dw－切削刃选定在A点时的工件待加工表面直径。
上述角度变化可以换算至主剖面内：
tanη0＝tanη.sinkr； γ0e＝γ0＋η0
（1.20）
由上式可知：η值不仅与进给量f有关，也同工件直径dw有 关；dw越小，角度变化值越大。
前角γ0：前刀面与基面间的夹角〔在 主剖面中测量）。
图1.11(a) 主剖面系标注的刀具角度
后角α0：后刀面与切削平面间的夹角 〔在主剖面中测量）。
图1.11(b) 主剖面系标注的刀具角度
主动方
向的夹角。
图1.11(c) 主剖面系标注的刀具角度
刃倾角 λs：切削平面 中测量的主切削刃与 基面间的夹角。
图1.1车削时的切削运动
待加工表面：即将被切去 金属层的表面;
金属切削过程及其控制ppt课件
24
2. 具有很高的热稳定性 PCBN在800℃时的硬度还高于陶瓷和硬质合金的
常温硬度。 因此PCBN刀具适于加工淬硬钢、铸铁、高温合金
钢等高硬度耐磨材料。
3. 具有优良的化学稳定性 CBN的化学惰性特别大，在1200℃～1300℃时也不 与铁系材料发生化学反应，在中性、还原性的气体 中，对酸、碱都是稳定的；其对各种材料的粘结、 扩散作用比硬质合金小得多，因此PCBN刀具特别适 合加工钢铁材料。
8
粉末冶金高速钢 适用于制造精密刀具、大尺 寸(滚刀、插齿刀)刀具、复杂成形刀具、拉刀等。
牌号
W18Cr4V2 W6Mo5Cr4V2 W6Mo5Cr4VCo8 W6Mo5Cr4V2Al
（表3—2）常用高速钢的力学性能
常温硬 度/HRC
抗弯强 度/GPa
冲击韧 性/
MJ/ m2
63~66 63~66 66~68 67~69
常用的涂层材料有：TiC、TiN、Al203及其复合材料 等, 涂层厚度随刀具材料不同而异。
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5. 陶瓷刀具材料
以氧化铝Al2O3或氮化硅Si3N4为基体再添加少量金属， 在高温下烧结而成的一种刀具材料。 特点：硬度高，耐磨性、耐高温性能好，有良好的化 学稳定性和抗氧化性，与金属的亲合力小、抗粘结和 抗扩散能力强。 用途：可用于钢、铸铁类零件的高速车削、铣削加工， 并可切削难加工的高硬度材料。
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5. 陶瓷刀具材料
陶瓷刀具是以氧化铝（Al2O3）或以氮化硅（Si3N4） 为基体，添加少量金属在高温下烧结而成的。
特点： ① 高硬度和耐磨性。常温硬度达91～95HRC，可以切 削60HRC以上的硬材料。 ② 高的耐热性。高温下强度、韧性降低较少。 ③ 高的化学稳定性。在高温下有较好的抗氧化、抗黏 结性能。 ④ 低的摩擦因数。切屑不易粘刀，不易产生积屑瘤。 ⑤ 强度和韧性低。承受冲击载荷的能力较差。 ⑥ 热导率低。抗热冲击性能较差。
2. 具有很高的热稳定性 PCBN在800℃时的硬度还高于陶瓷和硬质合金的
常温硬度。 因此PCBN刀具适于加工淬硬钢、铸铁、高温合金
钢等高硬度耐磨材料。
3. 具有优良的化学稳定性 CBN的化学惰性特别大，在1200℃～1300℃时也不 与铁系材料发生化学反应，在中性、还原性的气体 中，对酸、碱都是稳定的；其对各种材料的粘结、 扩散作用比硬质合金小得多，因此PCBN刀具特别适 合加工钢铁材料。
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粉末冶金高速钢 适用于制造精密刀具、大尺 寸(滚刀、插齿刀)刀具、复杂成形刀具、拉刀等。
牌号
W18Cr4V2 W6Mo5Cr4V2 W6Mo5Cr4VCo8 W6Mo5Cr4V2Al
（表3—2）常用高速钢的力学性能
常温硬 度/HRC
抗弯强 度/GPa
冲击韧 性/
MJ/ m2
63~66 63~66 66~68 67~69
常用的涂层材料有：TiC、TiN、Al203及其复合材料 等, 涂层厚度随刀具材料不同而异。
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5. 陶瓷刀具材料
以氧化铝Al2O3或氮化硅Si3N4为基体再添加少量金属， 在高温下烧结而成的一种刀具材料。 特点：硬度高，耐磨性、耐高温性能好，有良好的化 学稳定性和抗氧化性，与金属的亲合力小、抗粘结和 抗扩散能力强。 用途：可用于钢、铸铁类零件的高速车削、铣削加工， 并可切削难加工的高硬度材料。
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5. 陶瓷刀具材料
陶瓷刀具是以氧化铝（Al2O3）或以氮化硅（Si3N4） 为基体，添加少量金属在高温下烧结而成的。
特点： ① 高硬度和耐磨性。常温硬度达91～95HRC，可以切 削60HRC以上的硬材料。 ② 高的耐热性。高温下强度、韧性降低较少。 ③ 高的化学稳定性。在高温下有较好的抗氧化、抗黏 结性能。 ④ 低的摩擦因数。切屑不易粘刀，不易产生积屑瘤。 ⑤ 强度和韧性低。承受冲击载荷的能力较差。 ⑥ 热导率低。抗热冲击性能较差。
金属切削加工基础《机械制造基础》教学课件
二、机床的分类及型号编制
（1） 普通精度机床
（2） 精密机床
（3） 高精度机床
2）按机床的加工精度分
目录
二、机床的分类及型号编制
3） 按机床的自动
化程度分
（1） 手动机床
（2） 机动机床
（3） 半自动机床
（4） 自动机床
目录
二、机床的分类及型号编制
4） 按机 床主 要部 件的 数目 分
（1）单轴机床 （2）多轴机床 （3）单刀机床 （4）多刀机床
（2） 夹加工或选用卧式铣床加工。
目录
二、内圆表面的加工
（3）
箱体和大、中型支架上的轴承支承孔，多选用铣、镗床加工。
各种零件上的销钉孔、穿螺钉孔和润滑油孔，一般在钻床上
（4） 加工。
各种小孔、微孔及特殊机构、难加工材料上的孔，应选用特
（2）MG1432A 表示经过一次重大改进，最大磨削直径 为320 mm的高精度万能外圆磨床。
（3）MB8240/1 表示最大回转直径为400 mm的半自动曲 轴磨床的第一种变型。
目录
二、机床的分类及型号编制
（4）Z3040×16 表示最大钻孔直径为40 mm，最大跨距 为1 600 mm的摇臂钻床。
2.常用刀具材料
2） 高速钢
目录
3） 硬质合
金
一、外圆表面的加工
1.外圆表面的加工方法
1） 粗车
7） 光整加工
6） 精磨
目录
2） 半精车
3） 精车
5） 粗磨
4） 精细车
一、外圆表面的加工
1）外圆表面加工方案分析
2.外圆表面加工方案的选择
外圆表面的加工方案
目录
一、外圆表面的加工
第1章 金属切削原理 《机械制造技术》课件
图1-7 车刀的主要标注角度
1.2.3 刀具的工作参考系及工作角度
如前所述，刀具的标注角度是在忽略进给速度 的影响，且 刀具安装在理想工作位置的情况下确定的。在实际的切削加工 中，当刀具进入工作状态后，由于刀具安装位置和进给运动的 影响，选定点的实际切削速度的方向以及刀具的实际安装位置 相对于假定的理想状态发生了改变，即上述标注角度会发生一 定的变化。而刀具角度变化的根本原因是切削平面、基面和正 交平面位置的改变，因此，研究切削过程中的刀具角度，必须 以刀具与工件的相对位置、相对运动为基础建立参考系，这种 参考系称为工作参考系。用工作参考系定义的刀具角度称为工 作角度。
刀具设计时标注、刃磨、测量角度最常用的是正交平面参 考系。但在标注可转位刀具或倒刃倾角刀具时，常用法平面参 考系。在刀具制造过程中，如铣削刀槽、刃磨刀面时，常需用 假定工作平面、背平面参考系中的角度，或使用前、后刀面正 交平面参考系中的角度。这四种参考系刀具角度是ISO 3002/1—1997标准所推荐的。本章只介绍前三种。
1.2.2 刀具静止参考系和刀具的几何角度
3. 刀具几何角度与标注 刀具的几何角度是指刀具上的切削 刃、刀面与参考系中各参考面间的 夹角，用以确定切削刃、刀面的空 间位置。由于切削刃上各点的主运 动方向可能不同，因此据其建立的 参考系的方位也是变化的，所以定 义的角度必须指明是切削刃上选定 点的角度；凡未经特殊注明的，均 指切削刃上与刀尖毗连的那一点的 角度。在刀具静止参考系中度量标 注的角度通称刀具角度，如图1-7 所示。
2. 金刚石
金刚石刀具有三种：天然单晶金刚石刀具、人造聚晶金刚 石刀 具和金刚石复合刀具。天然金刚石由于价格昂贵等原因， 应用很少。人造金刚石是在高温高压和其他条件配合下由石墨 转化而成。金刚石复合刀片是在硬质合金基体上烧结上一层厚 度约0.5 mm的金刚石，形成了金刚石与硬质合金的复合刀片。
机械制造技术基础教学课件PPT金属切削加工的基础
刀具在切削过程中要 承受很大的载荷，较 高的切削温度和摩擦。 刀具材料的切削性能， 直接影响刀具的耐用 度和生产率；刀具材 料的工艺性，将影响 刀具本身的制造和刃 磨质量。
1.2.5 刀具材料
刀具材料的基本性能
高的硬度
刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在HRC60以上。
高的耐热性
刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。
☆ 曲面：是以曲线为母线作旋转或平移所形成的表面；如螺 旋桨、汽车外型面等，成型主要方法有：铣削、成形磨削、数 控铣削、电火花加工、激光加工等
1.1.2 切削运动
概念：刀具与工件间的相对运动，以切除多余的金属 分类：
主运动：切除切屑所需的基本运动。 3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。
进给运动：使金属层不断投入被切削的运动。 3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或多 个。
高合金工具钢（高速钢）
通用型高速钢、高性能高速钢 熔炼高速钢和粉末高速钢
例题：下图为外圆车削示意图，在图上标注：
1 主运动、进给运动和背吃刀量；
2 已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；
3 基面、主剖面和切削平面；
4 刀具角度0＝15、0＝6、Kr＝55、Kr＝45、s＝－10 。
待加工待表加面工表面
主运动
主运动
加工加表 工表面面
已已加加工工表面 表面
基面
基面
切削平面
第1章 金属切削加工的基础知识
金属切削加工实例
第1章 金属切削加工的基础知识
内容
切削加工运动分析及切削要素 金属切削刀具 切削过程中的物理现象 工件材料的切削加工性 切削液
1.1 切削加工的运动分析及切削要素
1.2.5 刀具材料
刀具材料的基本性能
高的硬度
刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在HRC60以上。
高的耐热性
刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力。
☆ 曲面：是以曲线为母线作旋转或平移所形成的表面；如螺 旋桨、汽车外型面等，成型主要方法有：铣削、成形磨削、数 控铣削、电火花加工、激光加工等
1.1.2 切削运动
概念：刀具与工件间的相对运动，以切除多余的金属 分类：
主运动：切除切屑所需的基本运动。 3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。
进给运动：使金属层不断投入被切削的运动。 3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或多 个。
高合金工具钢（高速钢）
通用型高速钢、高性能高速钢 熔炼高速钢和粉末高速钢
例题：下图为外圆车削示意图，在图上标注：
1 主运动、进给运动和背吃刀量；
2 已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；
3 基面、主剖面和切削平面；
4 刀具角度0＝15、0＝6、Kr＝55、Kr＝45、s＝－10 。
待加工待表加面工表面
主运动
主运动
加工加表 工表面面
已已加加工工表面 表面
基面
基面
切削平面
第1章 金属切削加工的基础知识
金属切削加工实例
第1章 金属切削加工的基础知识
内容
切削加工运动分析及切削要素 金属切削刀具 切削过程中的物理现象 工件材料的切削加工性 切削液
1.1 切削加工的运动分析及切削要素
机械制造基础课件第一章
例如：1.导电零件和电线首先考虑其材料的 导电性;
(金属材料中：银、铜、金、铝、铍、镁、 钼、钴、锌、镍、镉、铁、锡导电性依次减 弱)。 2.设计散热器、热交换器时考虑其材料的散热 性； 3.设计化工、医疗器械时考虑材料的耐蚀性； 4.设计机械零件时考虑材料的受力情况， 因此，选择材料时要考虑材料的力学性能。
根据载荷的作用 于零件上（子弹、火箭、大炮的发射， 性质载荷分为：汽车、飞机的碰撞）
C.交变载荷：大小和方向至少有一个随时间 周期性的变化。 （匀速运转的轴承、齿轮的啮合）
第一章 金属材料的性能及热处理
第一章 金属材料的性能及热处理
鸟巢设计者:the designer “鸟巢”是国内在建筑结构上首次使用
机械制造基础
甘肃省水利水电学校
教学重难点 2.了解常用的硬 度指标
教学目的 3.了解常用的硬 度指标
1.了解金属材 料的力学性能 及工艺性能的 概念
2.理解力-伸长曲 线示意图
1.了解常用的硬度 指标
授课方法： 讲授法 授课时数： 2课时 教学内容及 过程：
第一章 金属材料的性能及热处理
第一章 金属材料的性能及热处理
A:断后伸长率（%） L0：试样的原始标距（mm） LU:试样拉断后的标距（mm） 断后伸长量的示意图：
第一章 金属材料的性能及热处理
2.断面收缩率（Z）: 指试样拉断处横截面积的收缩量与原始横截面积 的百分比，用符号Z表示，其计算公式为：
Z S 0 SU X100%
Z:断面收缩率（S%0） S0：试样的原始横截面积（mm2） SU:试样拉断后的断口处的最小横截面积（mm） 注意：断面收缩率不受试样尺寸的影响，能比较 确切地反应金属材料的塑形。A、Z值越大，表示 金属材料的塑性越好。塑性好的金属易通过塑性 变形加工成形状复杂的零件。
(金属材料中：银、铜、金、铝、铍、镁、 钼、钴、锌、镍、镉、铁、锡导电性依次减 弱)。 2.设计散热器、热交换器时考虑其材料的散热 性； 3.设计化工、医疗器械时考虑材料的耐蚀性； 4.设计机械零件时考虑材料的受力情况， 因此，选择材料时要考虑材料的力学性能。
根据载荷的作用 于零件上（子弹、火箭、大炮的发射， 性质载荷分为：汽车、飞机的碰撞）
C.交变载荷：大小和方向至少有一个随时间 周期性的变化。 （匀速运转的轴承、齿轮的啮合）
第一章 金属材料的性能及热处理
第一章 金属材料的性能及热处理
鸟巢设计者:the designer “鸟巢”是国内在建筑结构上首次使用
机械制造基础
甘肃省水利水电学校
教学重难点 2.了解常用的硬 度指标
教学目的 3.了解常用的硬 度指标
1.了解金属材 料的力学性能 及工艺性能的 概念
2.理解力-伸长曲 线示意图
1.了解常用的硬度 指标
授课方法： 讲授法 授课时数： 2课时 教学内容及 过程：
第一章 金属材料的性能及热处理
第一章 金属材料的性能及热处理
A:断后伸长率（%） L0：试样的原始标距（mm） LU:试样拉断后的标距（mm） 断后伸长量的示意图：
第一章 金属材料的性能及热处理
2.断面收缩率（Z）: 指试样拉断处横截面积的收缩量与原始横截面积 的百分比，用符号Z表示，其计算公式为：
Z S 0 SU X100%
Z:断面收缩率（S%0） S0：试样的原始横截面积（mm2） SU:试样拉断后的断口处的最小横截面积（mm） 注意：断面收缩率不受试样尺寸的影响，能比较 确切地反应金属材料的塑形。A、Z值越大，表示 金属材料的塑性越好。塑性好的金属易通过塑性 变形加工成形状复杂的零件。
机械制造基础ch02金属切削过程jg课件
某种条件下：
Ff (0.4 ~ 0.5)Fc
Fp (0.3 ~ 0.4)Fc
F (1.12 ~ 1.18)Fc
Fc (0.85 ~ 0.89)F
3、工作功率Pe 和切削功率Pc
工作功率Pe :
定义：“同一瞬间切削刃基点的工作力与合成切 削速度的乘积”。 工作力(Fe)：是指总切削力在合成切削速度方向 的正投影，在工作平面中定义。
a.材料的强度、硬度越高，变形抗力越大， 切削力也越大。
b.强度、硬度相近的材料，塑性、韧性越 大，切削力越大。
二、影响切削力的主要因素
2
a. ap、f增大，切削力增大（ap影响大） b. vc对切削力的影响不大（影响积屑瘤）
在切削加工时，从降低切削力和切削功 率的角度考虑，加大进给量比加大背吃刀 量有利。
切削力的来源
图2-8 作用在刀具上的力
2
1）切削力 F c --切向力（主切削力）
2）背向力 F p --径向力（切深抗力） 3）进给力 F f --轴向力（进给抗力）
Fp (0.15 ~ 0.7)Fc , Ff (0.1 ~ 0.6)Fc
F F F F
2
2
2
c
f
p
图2-9 车削时总切削力的分解
剪切面 pφ与切削速度 (主运动)方向之间的夹 角称为剪切角，用φ表 示
图2-2 剪切角与切削变形
2.切屑厚度压缩比（变形系数>1）
h l A h l h
Dh
D
D Dh
说明：
1、同一工件材料，若切削条件不 同，则切削厚度压缩比不同；
2、不同工件材料，即使切削条件 相同，切削厚度压缩比不同；
3、用切削厚度压缩比反映切削变 形比较简单、直观，但很粗略。
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它目前不仅用于磨具，也逐渐用于车、镗、铣、铰。
它有两种类型：整体聚晶立方氮化硼，能像硬质合金一样焊接， 并可多次重磨；立方氮化硼复合片，即在硬质合金基体上烧 结一层厚度为0.5mm的立方氮化硼而成。
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 一、刀具材料与选择
（四）刀体材料
刀体一般均用普通碳钢或合金钢制作，如焊接车刀、镗刀、 钻头、铰刀的刀柄。尺寸较小的刀具或切削负荷较大的刀具宜选 用合金工具钢或整体高速钢制作，如螺纹刀具、成形铣刀拉刀等。
可用于加工钢、铸铁；车、铣加工也都适用。但其脆性大、 抗弯强度低、冲击韧性差，易崩刀，使其使用范围受到限制。 但作为连续切削用的刀具材料，还有很大发展前途。
第一章 金属切削过程及其控制
一、刀具材料与选择
（三）其他刀具材料 ➢ 金刚石
是目前人工制造出的最硬的物质，硬度高达HV10000,耐磨 性好，可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等 高硬度、高耐磨的材料，刀具耐用度比硬质合金可提高几倍到 几百倍。其切削刃锋利，能切下极薄的切屑，加工冷硬现象较 少；有较低的摩擦系数，其切屑与刀具不易产生粘结，不产生 积屑瘤，很适于精密加工。但其热稳定性差，切削温度不宜超 过700～800℃；强度低、脆性大、对振动敏感，只宜微量切削； 与铁有极强的化学亲合力，不适于加工黑金属。目前主要用于 磨具和磨料，对有色金属及非金属材料进行高速精细车削及镗 孔；加工铝合金、铜合金时，切削速度可达800～3800m/min。
氮化物陶瓷 WC硬质 合金涂层
断裂韧性 刀具材料的耐磨性与断裂韧性
TiN涂层 高速钢 高速钢
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 一、刀具材料与选择
（二）常用刀具材料的种类与选择——工具钢
碳素工具钢：含碳量在0.65％～1.35％的优质高碳钢。常用牌号：T8A，
T10A，T12A（含C1.15％～1.2％），只适用于手用和切削速度很低的工 具，如锉刀、手用锯条、刮刀等。原因：当切温高于250℃～300℃时，马 氏体组织要分解，使得硬度降低，碳化物分布不均匀，淬火后变形较大，易 产生裂纹，淬透性差。
按其性能用途，可分为普通和高性能高速钢两类。
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 一、刀具材料与选择
（二）常用刀具材料的种类与选择——高速钢 普通高含速碳钢量0.7～0.9%，62～66HRC；
• 钨系高速钢:应用最多，用于钻头，铣刀，拉刀，齿轮等复杂 刀具。
典型牌号为W18Cr4V（简称W18）。含W18％、 Cr4%、V1％。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；可磨性好；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）。
第一章 金属切削过程及其控制
二、刀具合理几何参数的选择
优选刀具几何参数的一般性原则
要考虑工件的实际情况，如材料的物理机械性能、毛坯情况、形 状、材质等；
考虑刀具材料和结构，如高速钢、硬质合金；整体、焊接、机夹、 可转位等；
考虑各个几何参数之间的关系，如选择前角，应同时考虑卷屑槽 的形状、是否倒棱、刃倾角的正、负等；
WC+ TiC+ Co WC+ TiC+ TaC+ Co
添加稀有金属TaC或NbC
第一章 金属切削过程及其控制
一、刀具材料与选择
（三）其他刀具材料 ➢ 涂层刀具 它是在韧性较好的硬质合金基体上，或在高速钢刀具基体上， 涂抹一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的。 常用的涂层 材料有TiC、TiN、Al2O3等。涂层刀具具有较高的抗氧化性能， 因而有较高的耐磨性和抗月牙洼磨能力；有低的摩擦系数，可 降低切削时的切削力及切削温度，可提高刀具的耐用度（提高 硬质合金耐用度1～3倍，高速钢刀具耐用度2～10倍）。但也存 在着锋利性、韧性、抗剥落性、抗崩刃性及成本昂贵之弊。
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 一、刀具材料与选择
（二）常用刀具材料的种类与选择
刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和
金刚石等。目前，在生产中所用的刀具材料主要是高速钢和硬质合
金两类。碳素工具钢、合金工具钢因耐热性差，仅用于手工或切削
速度较低的刀具。
100
WC系硬质合金
切削速度（m/min）
50
高速钢
碳素工具钢 20
合金工具钢
10
1800
1850
1900
1950
2000 年代
刀具材料的发展与切削加工高速化的关系
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 一、刀具材料与选择
天然金刚石
PCBN 氧化物陶瓷
PCD 硬质合金涂层 超细粒状硬 金属涂层
机夹、可转位硬质合金刀具，镶硬质合金钻头，可转位铣刀 等的刀体可用合金工具钢制作。
对于一些尺寸较小、刚度较差的精密孔加工刀具，如小直径 镗刀、铰刀等，为了保证刀体有足够的刚度，宜选用整体硬质合 金制作以提高刀具寿命和加工精度。
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 二、刀具合理几何参数的选择
硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料（约占 50％）。如大多数的车刀、端铣刀以及深孔钻、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质材 料。
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 一、刀具材料与选择
（二）常用刀具材料的种类与选择——硬质合金 1）硬质合金的性能
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 一、刀具材料与选择
刀具切削性能的优劣取决于刀具材料、切削部分几何形状以 及刀具的结构。刀具材料的选择对刀具寿命、加工质量、生产效 率影响极大。
第一章 金属切削过程及其控制
一、刀具材料与选择
（一）刀具材料应具备的性能要求 切削时刀具要承受高温、高压、摩擦和冲击的作用，刀具
硬度HRA89～93、耐热性800～1000 °C、耐磨性很高，切 削速度远高于高速钢
抗弯强度低、脆性大，抗冲击振动性能差 2） 硬质合金的种类
YG (K) 类/钨钴类 YT (P)类/钨钛钴类 YW (M)类
加工铸铁、有色 加工长切屑的
金属及其合金
黑色金属
钢材、铸铁、 有色金属、不锈钢等
WC+ Co
考虑具体的加工条件，如机床、夹具情况，系统刚性、粗或精加 工、自动线等；
处理如刀具锋锐性与强度、耐磨性的关系，即在保证刀具足够强 度和耐磨性的前提下，力求刀具锋锐；在提高锋锐的同时，设法 强化刀尖和刃区等；
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 二、刀具合理几何参数的选择
温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。
典型牌号有高碳高速钢9W18Cr4V，高钒高速钢
W6MoCr4V3、钴高速钢W6MoCr4V2Co8、超硬高速钢
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 一、刀具材料与选择
（二）常用刀具材料的种类与选择——硬质合金
金属碳化物(WC、TiC、TaC、 NbC等)＋金属粘接剂 (Co、 Ni等) 高压成形后，高温烧结而成。
切削部分的材料须满足以下基本要求： （1）较高的硬度和耐磨性：刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在
HRC 62以上。耐磨性表示抵抗磨损的能力,取决于组织中硬质点的硬度、数量、大小和 分布。
（2）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,
刀具材料应该具有足够的强度和韧性。一般强度用抗弯强度表示,韧性用冲击值表示。
第一章 金属切削过程及其控制
一、刀具材料与选择
（三）其他刀具材料 ➢ 立方氮化硼 由立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成。有很 高的硬度（HV8000～9000）及耐磨性；具有比金刚石高得 多的热稳定性（1400℃），可用来加工高温合金；化学惰性 大，与铁族金属直至1300℃时也不易起化学反应，可用于加 工淬硬钢及冷硬铸铁；有良好的导热性、较低的摩擦系数。
第一章 金属切削过程及其控制
一、刀具材料与选择
（三）其他刀具材料 ➢ 陶瓷刀具 有纯Al2O3陶瓷及Al2O3－TiC混合陶瓷两种，以其微粉在高 温下烧结而成。陶瓷刀具有很高的硬度（HRA91-95）和耐磨性； 有很高的耐热性，在高温1200℃以上仍能进行切削；切削速度 比硬质合金高2～5倍；有很高的化学稳定性、与金属的亲合力 小，抗粘结和抗扩散的能力好。
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择
一、刀具材料与选择
（二）常用刀具材料的种类与选择
2000
聚晶金刚石 （PCD）
1000 500
陶瓷
TiAlN涂层 硬质合金
涂层硬质合金
200
WC-TiC系硬质合金
聚晶立方 氮化硼 （PCBN） DLC涂层 硬质合金
TiC-TiN金属陶瓷
合金工具钢：在高碳钢中加一些合金元素Si，Cr，W，Mn（含量≤3％～
5％），提高淬透性和回火稳定性，细化晶粒，减小变形。常用于制造细长 的、截面积大、刃形复杂的刀具，如：铰刀、丝锥、板牙等。
第一章 金属切削过程及其控制
一、刀具材料与选择
（二）常用刀具材料的种类与选择——高速钢
高速钢(高速合金工具钢/白钢/锋钢/HSS) （美国的F.W. 泰勒和M.怀特于1898年创制）在高碳钢中加入较多合金元素 W,Cr,V,Mo等形成高合金工具钢。加入合金元素后，细化了 晶粒，提高了合金的硬度，其淬火硬度可达HRC63～67， 红硬性达550℃～650℃，允许切速比合金钢提高1～2倍， 具有较高的强度，在所有材料中它的抗弯强度和冲击韧度最 高。由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制造结 构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、切齿刀、 螺纹刀具和拉刀等。
它有两种类型：整体聚晶立方氮化硼，能像硬质合金一样焊接， 并可多次重磨；立方氮化硼复合片，即在硬质合金基体上烧 结一层厚度为0.5mm的立方氮化硼而成。
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 一、刀具材料与选择
（四）刀体材料
刀体一般均用普通碳钢或合金钢制作，如焊接车刀、镗刀、 钻头、铰刀的刀柄。尺寸较小的刀具或切削负荷较大的刀具宜选 用合金工具钢或整体高速钢制作，如螺纹刀具、成形铣刀拉刀等。
可用于加工钢、铸铁；车、铣加工也都适用。但其脆性大、 抗弯强度低、冲击韧性差，易崩刀，使其使用范围受到限制。 但作为连续切削用的刀具材料，还有很大发展前途。
第一章 金属切削过程及其控制
一、刀具材料与选择
（三）其他刀具材料 ➢ 金刚石
是目前人工制造出的最硬的物质，硬度高达HV10000,耐磨 性好，可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等 高硬度、高耐磨的材料，刀具耐用度比硬质合金可提高几倍到 几百倍。其切削刃锋利，能切下极薄的切屑，加工冷硬现象较 少；有较低的摩擦系数，其切屑与刀具不易产生粘结，不产生 积屑瘤，很适于精密加工。但其热稳定性差，切削温度不宜超 过700～800℃；强度低、脆性大、对振动敏感，只宜微量切削； 与铁有极强的化学亲合力，不适于加工黑金属。目前主要用于 磨具和磨料，对有色金属及非金属材料进行高速精细车削及镗 孔；加工铝合金、铜合金时，切削速度可达800～3800m/min。
氮化物陶瓷 WC硬质 合金涂层
断裂韧性 刀具材料的耐磨性与断裂韧性
TiN涂层 高速钢 高速钢
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 一、刀具材料与选择
（二）常用刀具材料的种类与选择——工具钢
碳素工具钢：含碳量在0.65％～1.35％的优质高碳钢。常用牌号：T8A，
T10A，T12A（含C1.15％～1.2％），只适用于手用和切削速度很低的工 具，如锉刀、手用锯条、刮刀等。原因：当切温高于250℃～300℃时，马 氏体组织要分解，使得硬度降低，碳化物分布不均匀，淬火后变形较大，易 产生裂纹，淬透性差。
按其性能用途，可分为普通和高性能高速钢两类。
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 一、刀具材料与选择
（二）常用刀具材料的种类与选择——高速钢 普通高含速碳钢量0.7～0.9%，62～66HRC；
• 钨系高速钢:应用最多，用于钻头，铣刀，拉刀，齿轮等复杂 刀具。
典型牌号为W18Cr4V（简称W18）。含W18％、 Cr4%、V1％。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；可磨性好；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）。
第一章 金属切削过程及其控制
二、刀具合理几何参数的选择
优选刀具几何参数的一般性原则
要考虑工件的实际情况，如材料的物理机械性能、毛坯情况、形 状、材质等；
考虑刀具材料和结构，如高速钢、硬质合金；整体、焊接、机夹、 可转位等；
考虑各个几何参数之间的关系，如选择前角，应同时考虑卷屑槽 的形状、是否倒棱、刃倾角的正、负等；
WC+ TiC+ Co WC+ TiC+ TaC+ Co
添加稀有金属TaC或NbC
第一章 金属切削过程及其控制
一、刀具材料与选择
（三）其他刀具材料 ➢ 涂层刀具 它是在韧性较好的硬质合金基体上，或在高速钢刀具基体上， 涂抹一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而获得的。 常用的涂层 材料有TiC、TiN、Al2O3等。涂层刀具具有较高的抗氧化性能， 因而有较高的耐磨性和抗月牙洼磨能力；有低的摩擦系数，可 降低切削时的切削力及切削温度，可提高刀具的耐用度（提高 硬质合金耐用度1～3倍，高速钢刀具耐用度2～10倍）。但也存 在着锋利性、韧性、抗剥落性、抗崩刃性及成本昂贵之弊。
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 一、刀具材料与选择
（二）常用刀具材料的种类与选择
刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和
金刚石等。目前，在生产中所用的刀具材料主要是高速钢和硬质合
金两类。碳素工具钢、合金工具钢因耐热性差，仅用于手工或切削
速度较低的刀具。
100
WC系硬质合金
切削速度（m/min）
50
高速钢
碳素工具钢 20
合金工具钢
10
1800
1850
1900
1950
2000 年代
刀具材料的发展与切削加工高速化的关系
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 一、刀具材料与选择
天然金刚石
PCBN 氧化物陶瓷
PCD 硬质合金涂层 超细粒状硬 金属涂层
机夹、可转位硬质合金刀具，镶硬质合金钻头，可转位铣刀 等的刀体可用合金工具钢制作。
对于一些尺寸较小、刚度较差的精密孔加工刀具，如小直径 镗刀、铰刀等，为了保证刀体有足够的刚度，宜选用整体硬质合 金制作以提高刀具寿命和加工精度。
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 二、刀具合理几何参数的选择
硬质合金以其切削性能优良被广泛用作刀具材料（约占 50％）。如大多数的车刀、端铣刀以及深孔钻、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质材 料。
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 一、刀具材料与选择
（二）常用刀具材料的种类与选择——硬质合金 1）硬质合金的性能
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 一、刀具材料与选择
刀具切削性能的优劣取决于刀具材料、切削部分几何形状以 及刀具的结构。刀具材料的选择对刀具寿命、加工质量、生产效 率影响极大。
第一章 金属切削过程及其控制
一、刀具材料与选择
（一）刀具材料应具备的性能要求 切削时刀具要承受高温、高压、摩擦和冲击的作用，刀具
硬度HRA89～93、耐热性800～1000 °C、耐磨性很高，切 削速度远高于高速钢
抗弯强度低、脆性大，抗冲击振动性能差 2） 硬质合金的种类
YG (K) 类/钨钴类 YT (P)类/钨钛钴类 YW (M)类
加工铸铁、有色 加工长切屑的
金属及其合金
黑色金属
钢材、铸铁、 有色金属、不锈钢等
WC+ Co
考虑具体的加工条件，如机床、夹具情况，系统刚性、粗或精加 工、自动线等；
处理如刀具锋锐性与强度、耐磨性的关系，即在保证刀具足够强 度和耐磨性的前提下，力求刀具锋锐；在提高锋锐的同时，设法 强化刀尖和刃区等；
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 二、刀具合理几何参数的选择
温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。
典型牌号有高碳高速钢9W18Cr4V，高钒高速钢
W6MoCr4V3、钴高速钢W6MoCr4V2Co8、超硬高速钢
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择 一、刀具材料与选择
（二）常用刀具材料的种类与选择——硬质合金
金属碳化物(WC、TiC、TaC、 NbC等)＋金属粘接剂 (Co、 Ni等) 高压成形后，高温烧结而成。
切削部分的材料须满足以下基本要求： （1）较高的硬度和耐磨性：刀具材料要比工件材料硬度高，常温硬度在
HRC 62以上。耐磨性表示抵抗磨损的能力,取决于组织中硬质点的硬度、数量、大小和 分布。
（2）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,
刀具材料应该具有足够的强度和韧性。一般强度用抗弯强度表示,韧性用冲击值表示。
第一章 金属切削过程及其控制
一、刀具材料与选择
（三）其他刀具材料 ➢ 立方氮化硼 由立方氮化硼在高温高压下加入催化剂转变而成。有很 高的硬度（HV8000～9000）及耐磨性；具有比金刚石高得 多的热稳定性（1400℃），可用来加工高温合金；化学惰性 大，与铁族金属直至1300℃时也不易起化学反应，可用于加 工淬硬钢及冷硬铸铁；有良好的导热性、较低的摩擦系数。
第一章 金属切削过程及其控制
一、刀具材料与选择
（三）其他刀具材料 ➢ 陶瓷刀具 有纯Al2O3陶瓷及Al2O3－TiC混合陶瓷两种，以其微粉在高 温下烧结而成。陶瓷刀具有很高的硬度（HRA91-95）和耐磨性； 有很高的耐热性，在高温1200℃以上仍能进行切削；切削速度 比硬质合金高2～5倍；有很高的化学稳定性、与金属的亲合力 小，抗粘结和抗扩散的能力好。
第一章 金属切削过程及其控制
第三节 金属切削基本条件的合理选择
一、刀具材料与选择
（二）常用刀具材料的种类与选择
2000
聚晶金刚石 （PCD）
1000 500
陶瓷
TiAlN涂层 硬质合金
涂层硬质合金
200
WC-TiC系硬质合金
聚晶立方 氮化硼 （PCBN） DLC涂层 硬质合金
TiC-TiN金属陶瓷
合金工具钢：在高碳钢中加一些合金元素Si，Cr，W，Mn（含量≤3％～
5％），提高淬透性和回火稳定性，细化晶粒，减小变形。常用于制造细长 的、截面积大、刃形复杂的刀具，如：铰刀、丝锥、板牙等。
第一章 金属切削过程及其控制
一、刀具材料与选择
（二）常用刀具材料的种类与选择——高速钢
高速钢(高速合金工具钢/白钢/锋钢/HSS) （美国的F.W. 泰勒和M.怀特于1898年创制）在高碳钢中加入较多合金元素 W,Cr,V,Mo等形成高合金工具钢。加入合金元素后，细化了 晶粒，提高了合金的硬度，其淬火硬度可达HRC63～67， 红硬性达550℃～650℃，允许切速比合金钢提高1～2倍， 具有较高的强度，在所有材料中它的抗弯强度和冲击韧度最 高。由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制造结 构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、切齿刀、 螺纹刀具和拉刀等。