工业工程前沿讲座

一、制造业及其重要性
2、机械制造技术简介
（2）刀具材料的重要作用及其发展过程
1860年后，钢铁材料成为主要结构材料。由于其加工难度 增大，迫切需要使用新的刀具材料，1898年出现了高速钢； 1907年，德国首先研制出硬质合金，使得切削速度提高了 4～20倍； 时至今日，切削刀具材料已从碳素工具钢、高速钢、硬质 合金发展到陶瓷、人造金刚石、立方氮化硼、涂层刀具等。
工业工程前沿讲座－－生产制造相关
➢ 制造业及其重要性 ➢ 我国制造业的情况 ➢ 制造业的发展趋势 ➢ 全球化生产 ➢ 先进制造技术及其发展趋势
一、制造业及其重要性
1、制造与制造业的含义
制造：是人类最主要的生产活动之一。它是指人
类按照所需目的，运用主观掌握的知识和技能，通过 手工或可以利用的客观的物质工具与设备，采用有效 的方法，将原材料转化为有使用价值的物质产品并投 放市场的全过程。
与石器 时代对 应的是 人类的 原始社 会;与青 铜器时 代对应 的是人 类的奴 隶社会 ;与铁器 时代对 应的是 人类的 封建社 会及其 以后的 时代。
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2、机械制造技术简介
（2）刀具材料的重要作用及其发展过程
在传统的机械加工中，刀具材料、刀具结构和刀具几 何形状是决定刀具切削性能的三大要求，其中刀具材料起 着关键作用。
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2、机械制造技术简介
（3）机械制造技术的进步与发展
机床已由皮带传动、齿轮传动发展到电磁直接驱动，其 主轴转速已达每分钟数千转、数万转；
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2、机械制造技术简介
（2）刀具材料的重要作用及其发展过程
硬质合金刀具仍不能满足现代高硬度工件材料和超精 密加工的要求，于是更新的刀具材料相继出现。
20世纪中期出现了氧化铝及氧化铝基复合陶瓷，稍后 又出现了氮化硅及氮化硅基复合陶瓷。
20世纪中后期，又制造出人造立方氮化硼和人造金刚 石两种超硬刀具材料，它们的硬度大幅度地高于硬质合金 与陶瓷。由于韧性和可加工性的不足，以及价格等原因， 陶瓷、氮化硼及金刚石刀具材料的应用尚有一定局限。
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（2）刀具材料的重要作用及其发展过程
1865年，英国的罗伯特·墨希特(Rohert Mushet)发明了 合金工具钢，能承受350℃的切削来自百度文库度，加工一般钢材时切 削速度可提高到10-12m/min。
为了适应加工效率进一步提高的要求，美国机械工程师 泰勒和冶金工程师怀特于1898年发明了高速钢，它能够承受 550-600℃的切削温度，切削一般钢材可采用25-30m/min的 切削速度、从而使其加工效率比碳素工具钢提高了4倍以上， 从而使美国、英国等主要资本主义国家的切削水平出现了一 个飞跃，获得了巨大的经济效益，机械制造工业也得以迅速 发展。
一、制造业及其重要性
2、机械制造技术简介 （2）刀具材料的重要作用及其发展过程
刀具(工具)材料的发展，对人类社会的发展发挥了极 其重要的作用。
刀具材料的发展与人类社会生活、生产的发展有着极 密切的关系。对于古人类，“刀”和“火”的认识和应用， 是两项最伟大的发明，是人类登上历史舞台的重要标志。
刀具材料的改进推动着人类社会文化和物质文明的发 展。例如在人类历史中，曾有过旧石器时代、新石器时代， 青铜器时代和铁器时代等。
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2、机械制造技术简介
（2）刀具材料的重要作用及其发展过程
与高速钢刀具相比，硬质合金刀具较脆，韧性不足， 可加工性也不好，故开始时只用于一般车刀，后发展到用 于面铣刀及其他刀具，但迄今为止，仍不能用于所有种类 的刀具。
高速钢刀具材料凭借其良好的韧性和可加工性，仍固 守着切削刀具中将近一半的阵地。当代，硬质合金和高速 钢是两种最主要的、用得最多的刀具材料。它们的总和占 全部刀具的95%以上。
（2）刀具材料的重要作用及其发展过程
古人类能在大自然中寻用天然材料制作工具，如玉、石、 天然金刚石甚至陨铁都曾得到过应用。在奴隶制社会，曾用 青铜制作工具；到了秦朝时代，进入封建社会的时候，钢、 铁工具开始出现，碳素工具钢开始得到应用，那时的碳素工 具钢与现代的T10、T12等钢种已十分接近。
与石料、铜料相比，碳素工具钢具有更高硬度，切削刃 能够磨得很锋利，故切削效率和加工质量相对较高。但碳素 工具钢只能承受200-250℃的切削温度，用以切削一般钢材 只能应用5-8 m/min的切削速度，不能满足更高的要求。
在计算机集成制造系统出现后，在刀具使用中还应考 虑“刀具系统”问题。近年来，各种难加工材料的出现和 应用，先进制造系统、高速切削和超高速切削、精密加工 和超精密加工、“绿色制造”和“洁净制造”的发展与付 诸实用，都对刀具特别是对刀具材料提出更高、更新的要 求。
一、制造业及其重要性
2、机械制造技术简介
制造业：制造业是所有与制造有关的行业的总体。
制造业为国民经济各部门和科技、国防提供技术装备， 是整个工业、经济、科技与国防的基础。
一、制造业及其重要性
2、机械制造技术简介 （1）机械制造技术历史
据考古科学证实，距今3万年前，已发明琢钻和磨制技术； 从秦始皇陵出土的2200年前文物推断磨削技术可能形成； 从汉代出土的文物推断，当时（公元前206～220年）的机 械制造技术已达到了一定的水平； 1668年我国已有了马拉铣床和脚踏砂轮机； 1775年英国的约翰·威尔金森（J·Wilkinson）为加工瓦特 蒸汽机的汽缸，研制成功镗床； 此后至1860年期间，先后出现了车、铣、刨、插、齿轮、 螺纹加工等各种机床。
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（2）刀具材料的重要作用及其发展过程
随着人类生活生产水平的提高，高速钢刀具已不能满 足高效率加工、高质量加工以及难加工材料切削的要求。
20世纪20年代到30年代，人们发明了钨钴类和钨钛钴 类硬质合金，能承受800-900℃以上的高温，切削速度可 以是高速钢刀具的4-5倍以上，因而被迅速推广应用。在 第二次世界大战期间，由于兵工生产的需要，美、英、苏、 德各国开始部分使用硬质合金刀具;二战结束后，逐步扩 大使用。