《机械制造工程原理》第1章.ppt

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1、第 1 章金属切削的基本要素1.1 车削运动1.1.1 1.1.1 加工表面的成形运动加工表面的成形运动 1.2 加工表面和切削用量三要素1.2.1 1.2.1 工件加工表面工件加工表面1.2.2 1.2.2 切削用量三要素切削用量三要素1.3 刀具角度1.3.1 1.3.1 刀具切削部分的结构要素刀具切削部分的结构要素1.3.2 1.3.2 刀具角度的参考系刀具角度的参考系1.3.4 1.3.4 刀具标注角度刀具标注角度1.4 切削层参数与切削方式 1.4.1 切削层参数 1.4.2 切削方式第 1 章金属切削的基本要素1-11-1切削运动，加工表面和切削用量三要素切削运动，加工表面和切削用

2、量三要素金属切削加工：金属切削加工：金属切削刀具与工件（被加工零件）按一定规律的轨迹作相对运动，通过刀具上的切削刃切除工件上多余的金属，从而使工件的的形状、尺寸、相互位置精度及表面质量达到规定的要求。在金属切削加工过程中有两个基本要素：一个是成形运动，另一个是刀具。机床的运动是为了加工出所需要的工件表面，我们把这种为了加工出所需要的工件表面，机床所进行的运动叫机床的切削运动切削运动一，车削运动和工件上的加工表面一，车削运动和工件上的加工表面一，车削运动和工件上的加工表面一，车削运动和工件上的加工表面（）车削运动：（）车削运动：（）车削运动：（）车削运动：其运动共有两个：其运动共有两个：a:工件

3、回转运动工件回转运动(主运动主运动)b:车刀纵向进给运动车刀纵向进给运动录像：车削外圆端面录像：车削外圆端面（）（）（）（）切削过程中工件上的加工表面切削过程中工件上的加工表面切削过程中工件上的加工表面切削过程中工件上的加工表面(1)(1)待加工表面：待加工表面：加工时即将被切除的表面。(2)(2)已加工表面：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)(3)过渡表面：过渡表面：加工时由主切削刃正在切削的那个表面，它是待加工表面和已加工表面之间的表面。在切削过程中，切削刃相对于工件运动轨迹面，就是工件上的过渡表面和已加工表面。显然，这里有两个要素，一是切削刃，二是切削运动。不

4、同形状的切削刃与不同的切削运动组合，即可形成各种工件表面，如图1-13所示。录像：加工表面，切削用量三要素录像：加工表面，切削用量三要素二二.主运动、进给运动和合成切削运动主运动、进给运动和合成切削运动 各种切削加工中的成形运动，按照它们在切削过程中所起的作用，可以分为主运动和进给运动两种，而这两个运动的向量和称为合成切削运动。所有切削运动的速度及方向都是相对于工件定义的。(1)(1)主运动主运动 由机床或手动提供的刀具与工件之间主要的相对运动。由机床或手动提供的刀具与工件之间主要的相对运动。它使刀具的切削部分切入工件材料，使被切金属层转变为切屑，从而形成工件新表面。主运动的特征：主运动的特征

5、：消耗的功率比较大，速度也比较高。在表面成形运动中，必须有而且只能有一个主运动。主运动的方向：主运动的方向：切削刃上选定点相对工件的瞬时主运方向。主运动的大小（主运动的大小（切削速度切削速度切削速度切削速度）：）：切削刃上选定点相对工件的主运动的瞬时速度。如图1-10所示，在车削时，工件的回转运动是主运动；在钻削、铣削和磨削时，刀具或砂轮的回转运动是主运动；在刨削时，刀具或工作台的往复直线运动是主运动。主运动可能是简单的成形运动，也可能是复合的成形运动。上面所述各种切削中的主运动都是简单运动。图1-7(b)所示的车削螺纹，主运动就是复合运动B11A12。(2)(2)(2)(2)进给运动进给运动

6、进给运动进给运动 由机床或手动传给刀具或工件的运动它配合主运动连续不断地切削工件，同时形成具有所需几何形状的已加工表面。进给运动的特征：进给运动的特征：消耗的功率较小，速度较低。进给运动可能是连续的，也可能是间歇的。可以是一个，也可以是多个，也可能没有。可以是简单运动，也可以是复合运动。进给运动的方向：进给运动的方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给运动的方向。进给运动大小（进给速度进给运动大小（进给速度V VC C）：）：切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度。例如在车床上车削圆柱表面时，刀架带动车刀的连续纵向运动是连续的进给运动。又如在牛头刨床上加工平面时，刨刀每往复一次，工作台带

7、工件横向间歇移动一次是间歇的进给运动。上述两个例子的进给运动都是简单运动。(3)合成切削运动 由同时进行的主运动和进给运动合成的运动。合成切削运动的方向：切削刃上选定点相对于工件的瞬时合成切削运动的方向。合成切削运动的大小（合成切削速度Ve）：切削刃上选定点相对于工件的合成切削运动的瞬时速度。合成切削速度角：主运动方向和合成切削运动方向之间的夹角。在工作进给剖面c内度量。Ve=Vccos录像：深孔钻录像：深孔钻三，三，切削用量三要素切削用量三要素切削用量三要素包括：切削速度Vc、进给量f和切削深度ap。1 1切削速度切削速度V VC C 主运动为回转运动时，切削速度的计算公式如下：VC =(m

8、/min 或 m/s）式中 d工件或刀具上某一点的回转直径（mmmm）n工件或刀具的转速（r/min 或 r/s）在生产中，磨削速度的单位习惯上用m/s(米秒)，其它加工的切削速度单位用m/min(米分)。由于切削刃上各点的回转半径不同(刀具的回转运动为主运动)，或切削刃上各点对应的工件直径不同(工件的回转运动为主运动)，因而切削速度也就不同。考虑到切削速度对刀具磨损和已加工表面质量有影响，在计算切削速度时，应取最大值。车削外圆时：VC =车削内圆时：VC =钻削圆孔时：VC =d dW W 待加工表面直径待加工表面直径 d dm m 已加工表面直径已加工表面直径2 2进给速度进给速度 V V

9、f f （进给量进给量 f f和每齿进给量和每齿进给量f fz z）进给速度进给速度V Vf f：单位时间内的进给位移量，单位是mm/min。进进 给给 量量 f f：工件或刀具每回转一周时二者沿进给方向的相对位移量，单位是mm/r。每齿进给量每齿进给量f fz z：多刃刀具（铣刀、铰刀、，拉刀、齿轮滚刀）每移动一个刀齿的进给位移量，单位是mmZ。对于刨削、插削等主运动为往复直线运动的加工，虽然可以不规定间歇进给速度，但要规定间歇进给的进给量，单位为mm双行程。显然进给速度Vf进给量f和每齿进给量fZ有如下关系：V Vf f =fn=fn=f fz z znzn 3切削深度ap对于车削和刨削来

10、说切削深度ap为:工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离。单位为mm。外圆车削时切削深度为：ap=钻削时切削深度为：ap=铣削:切削深度为沿铣刀轴向度量的尺寸aPL1-刀具切削部分的基本定义刀具切削部分的基本定义一，刀具切削部分的组成一，刀具切削部分的组成尽管金属切削刀具的种类繁多，但其切削部分的几何形状与参数都有共性，即不论刀具结构如何复杂，其切削部分的形状总是近似地以外圆车刀切削部分的形状为基本形态。因此，在确定刀具切削部分几何形状的一般术语时，常以车刀切削部分为基础。外圆车刀切削部分的结构要素如图1-14所示。三面两刃一尖三面两刃一尖1.1.前前 刀刀 面面A A ：切屑流过的刀面。2

11、.2.主后刀面主后刀面A A ：与与工件过渡表面相对的刀具表面。3.3.副后刀面副后刀面A A：与工件已加工表面相对的刀具表面。4.4.主切削刃主切削刃S S：前刀面与主后刀面的交线。5.5.副切削刃副切削刃SS：前刀面与副后刀面的交线。6.6.刀刀 尖尖 ：主、副切削刃的交点。二，刀具角度的参考系参考系：参考系：由一系列参考（测量）平面所组成的平面系。参考系可分为：刀具标注角度参考系和刀具工作角度参考系。1.1.刀具标注角度参考系刀具标注角度参考系 两个假定条件：假定运动条件和假定安装条件。假定运动条件：假定运动条件：以主运动方向代替合成切削运动方向。假定安装条件：假定安装条件：刀具安装基面

12、与参考平面平行或垂直。两个参考平面：基面、切削平面基面、切削平面四个测量平面：主剖面法剖面、进给剖面和切深剖面。主剖面法剖面、进给剖面和切深剖面。两个参考平面测量平面刀具标注角度参考系，参考平面，参考平面 （1 1）基面）基面P Pr r 通过切削刃上选定点，垂直于主运动方向的平面通过切削刃上选定点，垂直于主运动方向的平面(图图1-17)1-17)。通常基面应平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量时的某通常基面应平行或垂直于刀具上便于制造、刃磨和测量时的某一安装定位平面或轴线。一安装定位平面或轴线。普通车刀、刨刀的基面Pr平行于刀具底面。钻头和铣刀等旋转类刀具，其切削刃上各点的主运动(即回转运

13、动)方向都垂直于通过该点并包含刀具旋转轴线的平面，故其基面Pr就是刀具的轴向平面。(2)(2)切削平面切削平面P Ps s通过切削刃上选定点与切削刃S相切，并垂直于基面Pr的平面；也就是切削刃S与切削速度方向构成的平面(见图1-18)。基面和切削平面是两个十分重要的参考平面。这两个参考平面加上以下所述的任一剖面，便构成不同的刀具角度参考系。(3)(3)主剖面主剖面P Po o 通过切削刃上选定点，同时垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面(见图1-18)。(4)(4)法剖面法剖面P Pn n 通过切削刃上选定点，垂直于切削刃的平面。如VcVc(5)(5)进给剖面进给剖面P Pf f 通过切削刃上选

14、定点，平行于进给运动方向并垂直于基面Pr的平面。通常进给剖面Pf也平行或垂直于刀具上制造、刃磨和测量时的某一安装定位平面或轴线。例如，车刀和刨刀的Pf垂直于刀柄底面(图1-19)；钻头、拉刀、端面车刀、切断刀等的进给剖面Pf平行于刀具轴线；铣刀的进给剖面Pf则垂直于铣刀轴线。(6)(6)切深剖面切深剖面P Pp p 通过切削刃上选定点，同时垂直于Pr和Pf的平面。由以上六个参考平面可组成三个刀具标注角度参考系：主 剖 面 参 考 系：Pr Ps Po；法 剖 面 参 考 系：Pr Ps Pn；进给、切深剖面参考系：Pr Pf Pp。.刀具工作角度参考系刀具工作角度参考系 在刀具标注角度参考系里

15、定义基面时，只考虑了主运动，未考虑进给运动。但刀具在实际使用时，这样的参考系所确定的刀具角度往往不能反映切削加工的真实情形，只有用合成切削运动方向来确定参考系，才符合实际情况。因此，刀具工作角度参考系没有两个假定条件（假定运动条件和假定安装条件）。在六个参考（测量）平面前加“工作”两字。工作基面Pre、工作切削平面Pse、工作主剖面Poe、工作法剖面Pne、工作进给剖面Pfe、工作切深剖面Ppe。由以上六个参考平面可组成三个刀具工作角度参考系：工作主剖面参考系工作主剖面参考系 P Prere P Psese P Poe oe；工作法剖面参考系工作法剖面参考系 P Prere P Psese P

16、 Pnene ；工作进给、切深剖面参考系工作进给、切深剖面参考系 P Prere P Pfefe P Ppepe 。其详细定义可参见表1-1。刀具工作角度参考系刀具工作角度参考系（1 1）工作基面）工作基面PrPre e（2 2）工作切削平面）工作切削平面PsPse e(3)(3)工作正交平面工作正交平面PoPoe e三，刀具标注角度，定义：，定义：刀具标注角度：刀具标注角度：在刀具标注角度参考系中确定在刀具标注角度参考系中确定的切削刃与各刀面之间的方位角度。的切削刃与各刀面之间的方位角度。由于刀具角度的参考系沿切削刃各点可能是变由于刀具角度的参考系沿切削刃各点可能是变化的，故所定义的刀具角度

17、均应指明是切削刃选化的，故所定义的刀具角度均应指明是切削刃选定点的角度。下面通过普通车刀给各标注角度下定点的角度。下面通过普通车刀给各标注角度下定义，这些定义同样适用于其它类型的刀具。定义，这些定义同样适用于其它类型的刀具。主剖面参考系内的标注角度主剖面参考系内的标注角度 （P Pr rPPs sPPo o）（1 1）基面）基面PrPr内的刀具标注角度内的刀具标注角度 1 1）主偏角主偏角r r 在基面在基面P Pr r内测量的切削平面内测量的切削平面P Ps s与进给平与进给平面面P Pf f(进给方向进给方向)的夹角。的夹角。2 2）副偏角副偏角r r 在基面在基面P Pr r内测量的副切

18、削平面内测量的副切削平面P Ps s与与进给平面进给平面P Pf f(进给方向进给方向)的夹角。的夹角。3 3）刀尖角刀尖角r r 在基面在基面P Pr r内测量的切削平面内测量的切削平面P Ps s与副切削与副切削平面平面P Ps s的夹角。的夹角。4 4）余偏角余偏角r r 在基面在基面P Pr r内测量的切削平面内测量的切削平面P Ps s与切深平与切深平面面P Pp p的夹角。的夹角。基面基面PrPr内的刀具标注角度内的刀具标注角度进给方向进给方向K Kr rK Krrr rr r主运动方向主运动方向工件工件进给方向进给方向KrKrKr=0Kr=0o o（2 2）主剖面）主剖面PoPo

19、内的刀具标注角度内的刀具标注角度 1）前角前角o o：在主剖面Po内测量的基面Pr与前刀面A A的夹角。2）后角后角o o：在主剖面Po内测量的切削平面Ps与后刀面A A的夹角。3）楔角楔角o o：在主剖面Po内测量的前刀面A A与后刀面A A的夹角。（3 3）切削平面）切削平面P Ps s内的刀具标注角度内的刀具标注角度 刃倾角刃倾角S S 在切削平面Ps内测量的基面Pr与主切削刃的夹角。确定单刃刀具切削部分的几何形状的4个独立刀具角度是：前角O；后角O；刃倾角S；主偏角r 主剖面主剖面Po(Po(正交平面正交平面)内的刀具标注角度内的刀具标注角度o oAAAAAAAAPPPPPPPP投影方

20、向投影方向主剖面主剖面主剖面主剖面Po Po Po Po 通过切削刃上选定点，同时垂直于通过切削刃上选定点，同时垂直于基面基面PrPr和切削平面和切削平面PsPs的平面的平面P PS SPrPrPPPPPPPP主剖面主剖面PoPo投影方向投影方向切削平面切削平面PsPs内的刀具标注角度内的刀具标注角度S向向切削平面切削平面PsPs 通过切削刃上选定点与切削刃通过切削刃上选定点与切削刃S S相切，并垂直于基面相切，并垂直于基面PrPr的平面；的平面；也就是切削刃也就是切削刃S S与切削速度方向与切削速度方向构成的平面构成的平面主运动方向主运动方向S向向切削平面切削平面PsPs投影方向投影方向Pr

21、Pr+-S SAA切削刃切削刃S向向(Ps)进给方向进给方向S S向向.法剖面参考系内的标注角度（法剖面参考系内的标注角度（P Pr rPPs sP Pn n）1 1）法前角法前角n n：在法剖面在法剖面PnPn内测量的基面内测量的基面PrPr与前刀面与前刀面A A的夹角。的夹角。2 2）法后角法后角n n：在法剖面在法剖面PnPn内测量的切削平面内测量的切削平面PsPs与与后刀面后刀面A A的夹角。的夹角。3 3）法楔角法楔角n n：在法剖面在法剖面PnPn内测量的前刀面内测量的前刀面A A与后与后刀面刀面A A的夹角。的夹角。(1)(1)法剖面法剖面PnPn参考系内的刀具标注角度参考系内的

22、刀具标注角度法剖面法剖面 PnPn内的刀具标注角度内的刀具标注角度S向向法剖面法剖面PnPn 通过切削刃上选定点，垂直于切削刃的平面通过切削刃上选定点，垂直于切削刃的平面PrPr+-S SAA切削刃切削刃N NN NAAAAPrPrPsPsnnn+S向向(Ps)PnPnPnPn.进给、切深剖面参考系内的刀具标注角度进给、切深剖面参考系内的刀具标注角度1 1）进给前角）进给前角f f：在进给剖面在进给剖面P Pf f内测量的基面内测量的基面P Pr r与前刀面与前刀面A A的夹角。的夹角。2 2）进给后角）进给后角f f：在进给剖面在进给剖面P Pf f内测量的切削平面内测量的切削平面P Ps

23、s与后刀面与后刀面A A的的夹角。夹角。3 3）进给楔角）进给楔角f f：在进给剖面在进给剖面P Pf f内测量的前刀面内测量的前刀面A A与后刀面与后刀面A A的夹的夹角。角。4 4）切深前角）切深前角p p 在切深剖面在切深剖面P Pp p内测量的基面内测量的基面PrPr与前刀面与前刀面A A的夹角的夹角。5 5 5 5）切深后角）切深后角）切深后角）切深后角p p p p 在切深剖面在切深剖面P Pp p内测量的切削平面内测量的切削平面P Ps s与后刀面与后刀面A A的的夹角。夹角。6 6 6 6）切深楔角）切深楔角）切深楔角）切深楔角p p p p 在切深剖面在切深剖面P Pp p内

24、测量的前刀面内测量的前刀面A A与后刀面与后刀面A A的的夹角。夹角。1）切深切深前角前角p：在假定切深在假定切深平面内测量的基面与前刀面的夹角。平面内测量的基面与前刀面的夹角。2）切深切深后角后角p：在假定切深在假定切深平面内测量的切削平面与后刀面的夹角。平面内测量的切削平面与后刀面的夹角。3）切深切深楔角楔角p：在假定切深在假定切深平面内测量的前刀面与后刀面的夹角。平面内测量的前刀面与后刀面的夹角。进给、切深平面参考系进给、切深平面参考系P Pr r P Pf f P Pp p的标注角度的标注角度进给方向进给方向图图 车外圆时偏刀的标注角度车外圆时偏刀的标注角度S S向向S S向视图向视图

25、O OO OOOOO视视图图NNNN视视图图nnnn进给方向进给方向刀具工作角度刀具工作角度图图1-151-15刀具工作角度参考系刀具工作角度参考系（1 1）工作基面）工作基面PrPre e（2 2）工作切削平面）工作切削平面PsPse e(3)(3)工作正交平面工作正交平面PoPoe e1 1，刀刃上选定点安装高低对工作角度的影响，刀刃上选定点安装高低对工作角度的影响，刀刃上选定点安装高低对工作角度的影响，刀刃上选定点安装高低对工作角度的影响图图 切断刀安装高低对工作角度的影响切断刀安装高低对工作角度的影响oeoe=o o+oeoe=o o-sinsin=h/rh/r=2h/dw=2h/dw

26、=arcsin(2h/dW)=arcsin(2h/dW)S S2,刀柄轴线与进给方向不垂直时对工作角度的影响图图 1-17 1-17 车刀刀杆轴线与进给方向不垂直对工作角度的影响车刀刀杆轴线与进给方向不垂直对工作角度的影响p pf fp pf fp pfefeKreKre=kr+kr+KreKre=kr-kr-进给方向进给方向K Kr rr rr r3 3，进给运动对工作角度的影响，进给运动对工作角度的影响，进给运动对工作角度的影响，进给运动对工作角度的影响，横车，横车，横车，横车图图 横向进给运动对工作角度的影响横向进给运动对工作角度的影响tgtg=V Vf f/V/Vc c=f/df/d=

27、f/2=f/2=arctan(f/2)=arctan(f/2)oeoe=oo+oeoe=oo-，纵车，纵车，纵车，纵车则则:工作进给剖面工作进给剖面(仍为原进给仍为原进给剖面剖面)内的工作角度为内的工作角度为:fefe=f f+fefe=f f-由切削速度合成角由切削速度合成角的定义的定义可知可知:tgtg=f/=f/d dw wd dw w:切削刃选定点在切削刃选定点在A A点时的工点时的工件待加工表面直径件待加工表面直径上述角度变化可以换算到主上述角度变化可以换算到主剖面内剖面内:tgtgO O=tgtgsinKsinKr rOeOe=O O+O O OeOe=O O-O O由上式可知由上

28、式可知:不仅与不仅与f f有关有关,与与dwdw也有关也有关1 切削层参数与切削方式 1.1 切削层参数切削层的尺寸称为切削层参数：切削层的尺寸称为切削层参数：h hD D 、b bD D 、A AD D 切削层的工艺尺寸：切削层的工艺尺寸：f f、a ap p1.1.切削层切削层 一个刀齿正在切削的金属层。2.2.切削厚度切削厚度 h hD D 垂直于过渡表面来测量的切削层尺寸。外圆纵车（S0）时，hDfsinr（mm）3.3.切削宽度切削宽度 b bD D 沿过渡表面来测量的切削层尺寸。外圆纵车（S0）时，bDapsinr（mm）在f 与ap一定的条件下，rhDbD。当r90时，hDf，b

29、Dap。4.4.切削面积切削面积A AD D 切削层在基面上的投影面积。ADhDbDfap（mm2）5.5.金属切除率金属切除率Z ZW W 与切削时间与切削时间 刀具在单位时间内从工件上切除的金属的体积。是衡量金属切削加工效率的指标。图图1-1 1-1 切削层和车外圆切削时间的计算切削层和车外圆切削时间的计算1.2 切削方式1.正切削与斜切削 1）正切削（直角切削）切削刃垂直于合成切削运动方向的切削方式 2）斜切削（斜角切削）切削刃不垂直合成切削运动方向的切削方式2.自由切削与非自由切削 1）自由切削 只有直线主切削刃参加切削方式。2）非自由切削 由曲线形主切削刃或主、副切削刃同时参加的切削

30、方式。第二章第二章 刀具材料刀具材料本章主要介绍，目前机械制造业中常用本章主要介绍，目前机械制造业中常用切削刀具材料的种类、机械物理性能及其用切削刀具材料的种类、机械物理性能及其用途。途。本章重点是，了解刀具材料类型中本章重点是，了解刀具材料类型中常用的高速钢、硬质合金性能、牌号及用途。常用的高速钢、硬质合金性能、牌号及用途。此外，也介绍了目前国内外生产中此外，也介绍了目前国内外生产中使用的高性能涂层刀具材料、陶瓷刀具材料、使用的高性能涂层刀具材料、陶瓷刀具材料、超硬刀具材料的组成、性能及应用情况。超硬刀具材料的组成、性能及应用情况。2.1 刀具材料应具备的性能1.硬度2.耐磨性3.耐热性4.

31、强度和韧性5.减摩性6.导热性和膨胀系数7.工艺性和经济性刀具材料的种类刀具材料的种类1、工具钢 1）碳素工具钢：含碳量为0.651.35%，T8、T10、T12A。2）合金工具钢：含碳量为0.901.10%，并加入35%合金 元素（Cr、Si、Mn、W、V）。9SiCr、9Mn2V、SiWMn。（以上两种工具钢的耐热度只有以上两种工具钢的耐热度只有200-500200-500）。3）高速工具钢：含碳量为0.701.60%，高碳高合金工具钢 2、硬质合金 3、陶瓷 4、金刚石 5、立方氮化硼2.2 高速钢1.1.高速钢的特点高速钢的特点 高碳高合金工具钢。含碳量为0.701.65%，加入一定量

32、的合金元素（W、Mo、Cr、V、Co、Mn、Si、Al）。又称为“锋钢”、“白钢”。2.2.高速钢的种类及其选用高速钢的种类及其选用1)普通高速钢 钨系高速钢：W18Cr4V、W14Cr4VMnRe。钼系高速钢：W6Mo5Cr4V2、W9Mo3Cr4V 2)高性能高速钢 高碳高速钢：95W18Cr4V、110W6Mo5Cr4V2 钴高速钢：W2Mo9Cr4V2Co8(M42)、W12Mo3Cr4V3Co5Si 高钒高速钢：W6Mo5Cr4V3、W9Cr4V5 铝高速钢：W6Mo5Cr4V2Al、W10Mo4Cr4V3Al高速钢材料制成的中心钻高速钢材料制成的中心钻第二章第二章 刀具材料刀具材料

33、第二章第二章 刀具材料刀具材料3.新型高速钢 1）粉末冶金高速钢：2）表面渗入式高速钢：3）表面涂覆式高速钢：用物理气相沉积法在高速钢表面涂上碳化物（TiC）、氮化物（TiN）等。涂层高速钢涂层高速钢2.3 硬质合金 硬质合金是以微米级的难熔高硬度金属碳化物（WC、TiC）的粉末，用Co、Mo、Ni作为粘结剂，在高温高压上烧结而成。1.硬质合金的特点 硬度高、耐磨性好、耐热性好、抗弯强度低、冲击韧性差。硬质合金的性能主要取决于碳化物的种类、性能、数量、粒度和粘结剂的含量。2.硬质合金的种类及其选用1）钨钴类硬质合金（WC-Co）：YG3、YG6、YG8、YG3X2）钨钴钛类硬质合金（WC-Ti

34、C-Co）：YT5、YT15、YT303）钨钛钽（铌）钴类硬质合金（WC-YiC-TaC（NbC）-Co）：YW1、YW23.新型硬质合金 1）通用硬质合金：YW1、YW2 2）细晶粒和超细晶粒硬质合金：YG3X、YG6X 3）TiC基和TiC-TiN基硬质合金：YN5、YN10 4）涂层硬质合金：用化学气相沉积法在硬质合金表面涂上碳化物（TiC）、氮化物（TiN）或氧化物（Al2O3）。5）钢结硬质合金：以TiC、WC为硬质相，高速钢为粘结剂，用粉末冶金法制成。涂层硬质合金刀片涂层硬质合金刀片硬质合金刀具硬质合金刀具2.4 超硬刀具材料1.陶瓷优点：优点：陶瓷刀具的硬度可达陶瓷刀具的硬度可达

35、9195HRA，具有很高的硬，具有很高的硬度及耐磨性，刀具耐用度高；耐热性高，在度及耐磨性，刀具耐用度高；耐热性高，在1200 左右左右硬度可达硬度可达80HRA；有较好的化学稳定性，与金属的亲和；有较好的化学稳定性，与金属的亲和力小，具有较好的抗粘结和抗扩散能力。力小，具有较好的抗粘结和抗扩散能力。缺点：缺点：强度和韧性低、脆性大、导热性差等。强度和韧性低、脆性大、导热性差等。种类种类:1)纯氧化铝陶瓷（Al2O3）2)复合氧化铝陶瓷（Al2O3+TiC）3)氮化硅陶瓷（Si3N4）4)强化陶瓷（Al2O3+SiC）5)金属陶瓷（TiC+TiN+Ni）2.金刚石 碳的同素异构体。有天然和人造

36、两种。人造金刚石碳的同素异构体。有天然和人造两种。人造金刚石是在高温高压下，借助合金的触媒作用，由石墨转化而成，是在高温高压下，借助合金的触媒作用，由石墨转化而成，可分为单晶金刚石和聚晶金刚石（可分为单晶金刚石和聚晶金刚石（PCDPCD）。天然金刚石其）。天然金刚石其硬度达到硬度达到HV10000HV10000左右。聚晶金刚石硬度略低于天然金刚左右。聚晶金刚石硬度略低于天然金刚石，为石，为HV6500-8000HV6500-8000。金刚石刀具有极高的耐磨性；摩擦因素小；导热性金刚石刀具有极高的耐磨性；摩擦因素小；导热性好；不易产生积削瘤好；不易产生积削瘤 。金刚石的强度和韧性低、脆性大、热稳

37、定性差，当金刚石的强度和韧性低、脆性大、热稳定性差，当切削温度达切削温度达700-800700-800时，表面就会碳化，碳原子转化为时，表面就会碳化，碳原子转化为石墨结构，硬度丧失。石墨结构，硬度丧失。与碳元素亲和力大，碳元素极易向含铁的工件扩散，与碳元素亲和力大，碳元素极易向含铁的工件扩散，使金刚石刀具很快磨损。不适合加工黑色金属。使金刚石刀具很快磨损。不适合加工黑色金属。天然金刚石耐磨性极好，刀具寿命可长达数百小时；刃天然金刚石耐磨性极好，刀具寿命可长达数百小时；刃口锋利，切削刃钝圆半径可达口锋利，切削刃钝圆半径可达0.01m0.01m。天然金刚石价格昂贵，刃磨困难，主要用于加工精度和天然

38、金刚石价格昂贵，刃磨困难，主要用于加工精度和表面粗糙度要求极高的零件，如激光反射镜、感光鼓、表面粗糙度要求极高的零件，如激光反射镜、感光鼓、多面镜、磁盘等。多面镜、磁盘等。聚晶金刚石价格便宜，焊接方便，可磨性好，应用广泛，聚晶金刚石价格便宜，焊接方便，可磨性好，应用广泛，可在大部分场合代替天然金刚石。可在大部分场合代替天然金刚石。用等离子用等离子CVDCVD（化学气相沉积）可将聚晶金刚石作成涂（化学气相沉积）可将聚晶金刚石作成涂层，用途和聚晶金刚石刀具相同。层，用途和聚晶金刚石刀具相同。天然单晶金刚石晶体天然单晶金刚石晶体聚晶金刚石刀具聚晶金刚石刀具3.立方氮化硼（立方氮化硼立方氮化硼CBNC

39、BNCBNCBN聚晶立方氮化硼聚晶立方氮化硼PCBNPCBNPCBNPCBN）立方氮化硼是六方立方氮化硼的同素异构体。在高温立方氮化硼是六方立方氮化硼的同素异构体。在高温高压条件下加入催化剂转变而成。高压条件下加入催化剂转变而成。特点：特点：（1 1）硬度高）硬度高其硬度达到其硬度达到HV8000-9000HV8000-9000左右，仅次于金刚石刀具。左右，仅次于金刚石刀具。（2 2）热稳定性和化学惰性都优于金刚石刀具。热稳定性和化学惰性都优于金刚石刀具。可耐可耐1300-15001300-1500的高温。与铁族元素在的高温。与铁族元素在1200-13001200-1300时不起化学时不起化学

40、作用。作用。20002000才与碳发生化学反应；对各种材料粘结、扩散作用才与碳发生化学反应；对各种材料粘结、扩散作用比硬质合金小的多。特别适合加工钢铁材料。比硬质合金小的多。特别适合加工钢铁材料。（3 3）导热性好）导热性好CBNCBN导热性仅次于金刚石，导热系数为导热性仅次于金刚石，导热系数为1300W/m1300W/m，是硬质合金的，是硬质合金的2020倍，陶瓷的倍，陶瓷的3737倍，且随温度升高而增加。这一特性使倍，且随温度升高而增加。这一特性使PCBNPCBN刀具刀刀具刀尖处温度降低，减少刀具磨损，提高加工精度。尖处温度降低，减少刀具磨损，提高加工精度。（4 4）摩擦系数小）摩擦系数小

41、CBNCBN与不同材料间的摩擦系数为与不同材料间的摩擦系数为0.1-0.30.1-0.3（硬质合金为（硬质合金为0.4-0.60.4-0.6），），且随切削速度的提高而减小。这一特性使切削变形和切削力减小，且随切削速度的提高而减小。这一特性使切削变形和切削力减小，加工表面质量提高。加工表面质量提高。（5 5）耐磨性好）耐磨性好切削耐磨材料时，其耐磨性为硬质合金刀具的切削耐磨材料时，其耐磨性为硬质合金刀具的5050倍，涂层硬质合金倍，涂层硬质合金刀具的刀具的3030倍，陶瓷刀具的倍，陶瓷刀具的2525倍。倍。应用领域：应用领域：加工加工HRC45HRC45以上的硬质材料以上的硬质材料例如各种淬硬

42、钢（工具钢、合金钢、模具钢、轴承钢等），铸铁例如各种淬硬钢（工具钢、合金钢、模具钢、轴承钢等），铸铁（钒钛铸铁、冷硬铸铁、高磷铸铁等），高温合金，硬质合金，粉（钒钛铸铁、冷硬铸铁、高磷铸铁等），高温合金，硬质合金，粉末金属末金属表面喷涂（焊）材料表面喷涂（焊）材料等。并用于高速和超高速加工刀具等。并用于高速和超高速加工刀具立方氮化硼刀具立方氮化硼刀具图图 2-1 2-1 各类刀具材料硬度和韧性各类刀具材料硬度和韧性 PCBN刀具应用实例刀具应用实例加工对象 硬度 加工方式 工艺参数 加工效果GCr15 HRC71 车削 V=180m/mim 以车代磨，工效提高4-5倍钢轧辊 f=5.6mm/r

43、 Ra0.8-0.4mYG15 HRA87 镗孔 V=50m/mim 工效较电火花加工提高30冷挤压模 倍，Ra0.8-0.4mA3热压板 端铣 V=800m/mim 以铣代磨，工效提高6-7倍 Vf=100m/mim Ra1.6-0.8m，平面度0.02凸轮轴 HRC60 磨削 V=80m/s 比单晶刚玉砂轮寿命提高 20倍，生产效率提高50%GCr15 HRC62 磨削 V=65m/s 比棕刚玉砂轮耐用度提高轴承内孔 170倍，生产效率提高一倍Cr、Cu 端铣 V=800m/mim Ra0.8m，平面度0.02铸铁 Vf=0.1mm/齿40Cr钢 HRC38 立铣 V=850m/mim 以

44、铣代磨，工效提高5-6倍 Ra0.8m表3-5 PCBN刀具应用实例刀具材料种类 合金 高速钢 硬质合金 陶瓷 天然 聚晶金刚石 聚晶立方氮工具钢 W18Cr4V YG6 Si3N4 金刚石 PCD 化硼 PCBN材料性能 硬度 HRC65 HRC66 HRA90 HRA93 HV10000 HV7500 HV4000抗弯强度 2.4GPa 3.2GPa 1.45GPa 0.8GPa 0.3GPa 2.8GPa 1.5GPa导热系数 40-50 20-30 70-100 30-40 146.5 100-120 40-100热稳定性 350 620 1000 1400 800 600-800 1000 化学惰性 低 惰性大 惰性小 惰性小 惰性大 耐磨性 低 低 较高 高 最高 最高 很高 一般精度 Ra0.8 高精度 Ra=0.4-0.2加工质量 Ra0.8 IT7-8 Ra=0.1-0.05 IT5-6 IT7-8 IT5-6 可替代磨削加工对象低速加工一般钢材、铸铁一般钢材、铸铁粗、精加工一般钢材、铸铁粗、精加工高硬度钢材精加工硬质合金、铜、铝有色金属及其合金、陶瓷等高硬度材料淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等难加工材料 表3-3 普通刀具材料与超硬刀具材料性能与用途对比