第三章第三章 切削过程及其控制切削过程及其控制 金属切削加工是机械制造工业中的一种基本金属切削加工是机械制造工业中的一种基本加工方法。加工时工件和刀具都安装在机床上并加工方法。加工时工件和刀具都安装在机床上并完成一定的相对运动，使刀具在工件毛坯上切去完成一定的相对运动，使刀具在工件毛坯上切去部分多余的材料，将毛坯加工成具有一定尺寸、部分多余的材料，将毛坯加工成具有一定尺寸、形状、精度和表面质量的零件。形状、精度和表面质量的零件。切削加工必须具备切削加工必须具备三个条件：三个条件：刀具与工件之间要有相对运动；刀具与工件之间要有相对运动；刀具具有适当的几何参数，即切削角度；刀具具有适当的几何参数，即切削角度；刀具材料具有一定的切削性能。刀具材料具有一定的切削性能。 3.1 3.1 金属切削基础金属切削基础一、切削加工的基本概念一、切削加工的基本概念( (一一) ) 切削运动及切削中的工件表面切削运动及切削中的工件表面 1.1.切削运动切削运动 要进行切削加工，金属切削机床必须为形成工件表面提要进行切削加工，金属切削机床必须为形成工件表面提供两种最主要的相对运动，即供两种最主要的相对运动，即主运动和进给运动主运动和进给运动。 (1)(1)主运动主运动 主运动是刀具和工件之间产生的最主要的相对运动以主运动是刀具和工件之间产生的最主要的相对运动以进行切削的运动。它是刀具切削刃及其毗邻的刀面切入工进行切削的运动。它是刀具切削刃及其毗邻的刀面切入工件材料，使切削层金属转变成切屑，从而形成新鲜表面的件材料，使切削层金属转变成切屑，从而形成新鲜表面的运动。运动。 在表面成形运动中，必须有一个主运动。在表面成形运动中，必须有一个主运动。一般地，一般地，主运动消耗的功率比较大，速度主运动消耗的功率比较大，速度也比较高。也比较高。主运动可以是旋转运动，如车削、铣削、主运动可以是旋转运动，如车削、铣削、钻削、磨削等；钻削、磨削等；也可以是直线运动，如刨也可以是直线运动，如刨削、插削、拉削等。削、插削、拉削等。主运动可由工件完成主运动可由工件完成，如车床、龙门刨床，如车床、龙门刨床上刨削；上刨削；也可以由刀具完成也可以由刀具完成，如铣削、牛，如铣削、牛头刨床上刨削、磨削、钻削等。头刨床上刨削、磨削、钻削等。(2)(2)进给运动进给运动 它是一种在切削运动中不断地把切削层投它是一种在切削运动中不断地把切削层投入，使切削工作得以持续下去的运动。入，使切削工作得以持续下去的运动。一般，进给运动的速度较低，功率消耗也较少。一般，进给运动的速度较低，功率消耗也较少。其数量可以是一个，其数量可以是一个，如钻削如钻削( (钻头轴向进给钻头轴向进给) )；也也可以是多个可以是多个，如外圆磨削。，如外圆磨削。可以是连续进行的可以是连续进行的，如钻孔、车外圆、铣平面等；，如钻孔、车外圆、铣平面等；也也可以是断续进行的可以是断续进行的，如刨平面、车外圆时的横，如刨平面、车外圆时的横向进给等。向进给等。进给运动可以是工件完成的进给运动可以是工件完成的，如铣削、磨削等；，如铣削、磨削等；也可以是刀具完成的，也可以是刀具完成的，如车削、钻削等。如车削、钻削等。 (3)(3)合成切削运动合成切削运动 工件加工新表面的形成是靠刀具与工件之间的切削运动实工件加工新表面的形成是靠刀具与工件之间的切削运动实现的。当进给运动连续进行时，主运动和进给运动的现的。当进给运动连续进行时，主运动和进给运动的合成运动合成运动是实际切削运动。是实际切削运动。 由于进给速度常常比主运动速度小得多，由于进给速度常常比主运动速度小得多，故常将主运动看故常将主运动看成是切削运动成是切削运动。 2 2工件切削中的表面工件切削中的表面 以车削为例，工件在车削过程中有面以车削为例，工件在车削过程中有面: : 待加工表面待加工表面即将被切除金属层的表面；即将被切除金属层的表面；已加工表面已加工表面已经切已经切 去一部分金属面形成的去一部分金属面形成的 新表面；新表面；过渡表面过渡表面切削刃正切削刃正 在切削的表面，也就是在切削的表面，也就是 待加工表回和已加工表待加工表回和已加工表 面间的表面。面间的表面。( (二二).).切削用量切削用量 切削用量是指切削速度，进给量切削用量是指切削速度，进给量 ( (或进或进给速度给速度) )和背吃刀量，三者又称为切削用量三和背吃刀量，三者又称为切削用量三要素。要素。1.1.切削速度切削速度 ( (m/sm/s或或m/min)m/min) 切削刃上选定点相对于工件的主运动速切削刃上选定点相对于工件的主运动速度称为切削速度。度称为切削速度。 计算切削速度时，应选取刀刃上速度最高计算切削速度时，应选取刀刃上速度最高的点进行计算。的点进行计算。 主运动为旋转运动时，切削速度由下式确主运动为旋转运动时，切削速度由下式确定：定：2.2.进给量进给量 工件或刀具转工件或刀具转周周( (或每往复一次或每往复一次) )，两者在进给运动，两者在进给运动方向上的相对位移量称为进给量，其单位是方向上的相对位移量称为进给量，其单位是mmmmr(r(或或mmmm双双行程行程) )。 对于铣刀、铰刀、拉刀等多对于铣刀、铰刀、拉刀等多齿刀具，还规定每齿进给量齿刀具，还规定每齿进给量fzfz, ,单位是单位是mmmmz z。 进给速度进给速度V Vf f 、进给量、进给量f f和每和每齿进给量齿进给量fzfz之间的关系为之间的关系为: : V Vf f = f n = = f n = fzfz z n z n （mm/smm/s或或mm/minmm/min） 3.3.背吃刀量背吃刀量 p p(mm(mm) ) 刀具切削刃与工件的接触长度在同时垂直于刀具切削刃与工件的接触长度在同时垂直于主运动和进给运动的方向上的投影值称为背吃刀量。主运动和进给运动的方向上的投影值称为背吃刀量。 外圆车削的背吃刀量外圆车削的背吃刀量就是工件已加工表面和就是工件已加工表面和待加工表面问的垂直距待加工表面问的垂直距离。离。 （三）切削层参数（三）切削层参数 切削刃在一次走刀中从工件上切下的切削刃在一次走刀中从工件上切下的一层材料称为切削层。一层材料称为切削层。 切削层的截面尺寸参数称为切削层参切削层的截面尺寸参数称为切削层参数。数。 切削层参数通常在与主运动方向相垂切削层参数通常在与主运动方向相垂直的平面内观察和度量；直的平面内观察和度量； 1.1.切削层公称厚度切削层公称厚度h hD D 垂直于过渡表面度量的切削层尺寸称为切削垂直于过渡表面度量的切削层尺寸称为切削层公称厚度层公称厚度 ( (以下简称为切削厚度以下简称为切削厚度) )。h hD D反映了反映了切削刃单位长度上的切削负荷。切削刃单位长度上的切削负荷。 2.2.切削层公称宽度切削层公称宽度b bD D 沿过渡表面度量的切削层尺寸称为切削沿过渡表面度量的切削层尺寸称为切削层公称宽度。层公称宽度。( (以下简称为切削宽度以下简称为切削宽度) )。 如车刀主切削刃为直线如车刀主切削刃为直线 3.3.切削层公称横截面积切削层公称横截面积A AD D 切削层在切削层尺寸度量平面内的横截切削层在切削层尺寸度量平面内的横截面积称为切削层公称横截面积面积称为切削层公称横截面积 ( (以下简称以下简称为切削面积为切削面积) )； 对于车削：对于车削： 二、刀具角度二、刀具角度 切削刀具的种类繁多，结构各异，但是各种刀具的切削部切削刀具的种类繁多，结构各异，但是各种刀具的切削部分却具有共同的特征。分却具有共同的特征。外圆车刀是最基本、最典型的刀具，车外圆车刀是最基本、最典型的刀具，车刀的切削部分与其他各种刀具刀齿上的切削部分是基本相同的。刀的切削部分与其他各种刀具刀齿上的切削部分是基本相同的。 （一）刀具切削部分的结构要素（一）刀具切削部分的结构要素 尽管金属切削刀具的种类繁多，但其切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近似地以外圆车刀切削部分的形状为基本形态。态。 刀具切削部分的结构为：刀具切削部分的结构为： 一尖：一尖：刀尖刀尖 二刃：二刃：主刀刃和副刀刃主刀刃和副刀刃 三刀面：三刀面：前刀面、主后刀面和副后刀面。前刀面、主后刀面和副后刀面。(1)(1)前刀面前刀面 切屑沿其流出的刀具表面。切屑沿其流出的刀具表面。(2)(2)主后刀面主后刀面 与工件上过渡表面相对的刀具表。与工件上过渡表面相对的刀具表。(3)(3)副后刀面副后刀面 与工件已加工表面相对的刀具表面。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 前刀面与主后刀面的交线，它承担主要切削前刀面与主后刀面的交线，它承担主要切削工作，也称为工作，也称为主刀刃主刀刃。(5)(5)副切削刃副切削刃 前刀面与副后刀面的交线，它协同主切削刃前刀面与副后刀面的交线，它协同主切削刃完成切削工作，并最终形成加工表面，也称为完成切削工作，并最终形成加工表面，也称为副刀刃副刀刃。(6)(6)刀尖刀尖 连接主切削刃和副连接主切削刃和副切削刃的一段刀刃，它可以是切削刃的一段刀刃，它可以是一段小的圆弧，也可以是段直一段小的圆弧，也可以是段直线。线。（二）刀具的标注角度（二）刀具的标注角度1.1.刀具标注角度的参考系刀具标注角度的参考系 刀具要从工件上切除材料就必须具有刀具要从工件上切除材料就必须具有一定的切削角度。一定的切削角度。切削角度决定了刀具切切削角度决定了刀具切削部分各表面之间的相对位置削部分各表面之间的相对位置。 为了确定和测量刀具的角度，必须引入为了确定和测量刀具的角度，必须引入一个由三个参考平面组成的空间坐标参考一个由三个参考平面组成的空间坐标参考系。系。 (1)(1)基面基面PrPr 通过主切削刃上某一指定点并与该点切削通过主切削刃上某一指定点并与该点切削速度方向相垂直的平面。速度方向相垂直的平面。(2)(2)切削平面切削平面PsPs 通过主切削刃上某一指定点，与主切削通过主切削刃上某一指定点，与主切削刃相切并垂直于该点基面的平面。刃相切并垂直于该点基面的平面。（3 3）正交平面）正交平面PoPo 通过主切削刃上某一指定点，同时垂通过主切削刃上某一指定点，同时垂直于该点基面和切削平面的平面。直于该点基面和切削平面的平面。 根据定义可知，上述三个参考平面是互相垂直的，由根据定义可知，上述三个参考平面是互相垂直的，由它们组成的刀具标注角度参考系称为它们组成的刀具标注角度参考系称为正交平面参考系。正交平面参考系。 1)1)基面基面 PrPr 基基面面是是通通过过切切削削刃刃上上选选定定点点，垂垂直直于于主主运运动动方方向向的的平平面面。通通常常基基面面应应平平行行或或垂垂直直于于刀刀具具上上便便于于制制造造、刃刃磨磨和和测测量量时时的的某某一一安安装装定定位位平平面或轴线面或轴线。 例例如如，普普通通车车刀刀、刨刨刀刀的的基基面面PrPr，平平行行于于刀刀具具底底面面。钻钻头头和和铣铣刀刀等等旋旋转转类类刀刀具具，其其基基面面PrPr就就是是通通过过该该点点并并包包含含刀刀具具旋旋转转轴轴线线的的平平面面，即即刀具的轴向平面。刀具的轴向平面。2)2)切削平面切削平面 PsPs 切切削削平平面面是是通通过过切切削削刃刃上上选选定定点点与与切切削削刃刃S S相相切切，并并垂垂直直于于基基面面PrPr的的平平面面。也也就就是是切切削削刃刃S S与与切切削削速速度度方方向向构构成成的的平平面。面。 基基面面和和切切削削平平面面十十分分重重要要。这这两两个个平平面面加加上上以以下下所所述述的的任任一一剖剖面面，便便构构成成不不同同的的刀刀具具角角度度参考系。参考系。PnPoPsPr 3) 3) 正交平面正交平面PoPo： 正正交交平平面面为为垂垂直直于于切切削削刃刃在在基基面面上上的的投投影的平面。影的平面。 由由基基准准平平面面PrPrPsPsPoPo组组成成的静止参考系称为刀具的正交平面参考系。的静止参考系称为刀具的正交平面参考系。 4 4）法法平平面面PnPn：通通过过切切削削刃刃选选定定点点并并垂垂直直于于切切削削刃刃的的平平面。面。 由由基基准准平平面面PrPsPrPsPnPn组组成成的的静静止止参考系称为刀具的法平面参考系。参考系称为刀具的法平面参考系。 5 5）假定工作平面）假定工作平面PfPf：通过切削刃上选定点，垂直于基通过切削刃上选定点，垂直于基面，且平行于假定进给运动方向的平面。面，且平行于假定进给运动方向的平面。 6 6）背平面）背平面PpPp：通过切削刃上选定点，同时垂直于基面和假定通过切削刃上选定点，同时垂直于基面和假定工作平面的平面。工作平面的平面。 由基准平面由基准平面PrPrPfPfPpPp组成的静止参考系称为组成的静止参考系称为刀具的假定工作平面刀具的假定工作平面背平面参考系。背平面参考系。 2.2.刀具的标注角度刀具的标注角度 在刀具标注角度参考系中测得的角度称在刀具标注角度参考系中测得的角度称为刀具的标注角度。为刀具的标注角度。标注角度应标注在刀标注角度应标注在刀具的设计图中，用于刀具制造、刃磨和测具的设计图中，用于刀具制造、刃磨和测量。量。 在正交平面参考系中，刀具的主要标注在正交平面参考系中，刀具的主要标注角度有五个角度有五个 。(1)(1)前角前角r ro o 在正交平面内测量的前刀面和基面间的夹角。在正交平面内测量的前刀面和基面间的夹角。前刀面在基面之下时前角为正值，前刀面在基面之上时前前刀面在基面之下时前角为正值，前刀面在基面之上时前角为负值。角为负值。(2)(2)后角后角 o o 在正交平面内测量的主后刀面与切削平面的在正交平面内测量的主后刀面与切削平面的夹角，一般为正值。夹角，一般为正值。(3)(3)主偏角主偏角krkr 在基面内测量的主切削刃在基面上的投影在基面内测量的主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。与进给运动方向的夹角。(4)(4)副偏角副偏角krkr 在基面内测量的副切削刃在基面上的投影在基面内测量的副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。与进给运动反方向的夹角。(5)(5)刃倾角刃倾角ss 在切削平面内测量的主切削刃与基面之间在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。在主切削刃上，刀尖为最高点时刃倾角为正值的夹角。在主切削刃上，刀尖为最高点时刃倾角为正值刀尖为最低点时刃倾角为负值。主切削刃与基面平行时，刀尖为最低点时刃倾角为负值。主切削刃与基面平行时，刃倾角为零。刃倾角为零。 (1)(1)在主剖面在主剖面( (正交面）正交面）PoPo内的标注角度内的标注角度 1)1)前角前角o o ：在主剖面内度量的基面在主剖面内度量的基面PrPr与前刀面与前刀面A A的夹角。的夹角。 2)2)后角后角o o ：在主剖面内度量的后刀面在主剖面内度量的后刀面A A与切削平面与切削平面PsPs的夹角。的夹角。 3)3)楔角楔角o o ：在主剖面内度量的后刀面在主剖面内度量的后刀面A A与前刀面与前刀面A A的夹角。的夹角。 显然有如下关系：显然有如下关系： o =90 （o +o ）(2)(2)在切削平面在切削平面PsPs内的标注角度内的标注角度 刃倾角刃倾角s s ：在切削平面内度量的主切削刃在切削平面内度量的主切削刃S S与基面与基面PrPr的夹角。的夹角。S向向(3)(3)在基面在基面PrPr内的标注角度内的标注角度 1)1)主主偏偏角角krkr：在在基基面面PrPr内内度度量量的的切切削削平平面面PsPs与与进进给给平平面面PfPf的的夹夹角角。它也是主切削刃它也是主切削刃S S在基面内的投影与进给运动方向之间的夹角。在基面内的投影与进给运动方向之间的夹角。 上面讨论的外圆车刀的标注角度假定工作上面讨论的外圆车刀的标注角度假定工作条件：条件： 忽略进给运动的影响；忽略进给运动的影响； 假定刀杆轴线与纵向进给运动方向垂直；假定刀杆轴线与纵向进给运动方向垂直； 切削刃上选定点与工件中心等高。切削刃上选定点与工件中心等高。如果考虑进给运动和刀具实际安装情况的影响，如果考虑进给运动和刀具实际安装情况的影响，参考平面的位置应按合成切削运动方向来确定，参考平面的位置应按合成切削运动方向来确定，这时的参考系称为这时的参考系称为刀具工作角度参考系。刀具工作角度参考系。在工作角度参考系中确定的刀具角度称为刀具的在工作角度参考系中确定的刀具角度称为刀具的工作角度。工作角度。工作角度反映了刀具的实际工作状态。工作角度反映了刀具的实际工作状态。3.3.刀具的工作角度刀具的工作角度由于通常进给速度远小于主运动速度，所由于通常进给速度远小于主运动速度，所以在一般安装条件下，刀具的工作角度近以在一般安装条件下，刀具的工作角度近似地等于标注角度，似地等于标注角度，如普通车削、镗削、如普通车削、镗削、端铣等。端铣等。只有在进给运动引起刀具角度值变化较大只有在进给运动引起刀具角度值变化较大时时( (如车螺纹或丝杠、铲背和钻孔时如车螺纹或丝杠、铲背和钻孔时) )才计才计算工作角度。算工作角度。 1 1）进给运动对刀具工作角度的影响）进给运动对刀具工作角度的影响(1)(1)横车横车 图图1-8 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 工作前角和工作后角分别为工作前角和工作后角分别为: : oeoe = = o o + + oeoe = = o o 从从上上式式可可知知，进进给给量量 f f 越越大大，也也越越大大，说说明明对对于于大大进进给给量量的的切切削削，不不能能忽忽略略进进给给运运动动对对刀刀具具角角度度的的影影响响，如如铲铲背背加加工工时时，值值很很大大，不不能能忽忽略略。另另外外 d d 随随着着刀刀具具横横向向进进给给不不断断减减小小，因因此此值值随随着着切切削削刃刃趋趋近近工工件件中中心心而而增增大大。靠靠近近中中心心时时，值值急急剧剧增增大大，工工作作后后角角oeoe将变为负值。将变为负值。 (2)纵车纵车 fe =f十十 fe =f 上述角度变换可以换算到主剖面内：上述角度变换可以换算到主剖面内： tano=tansinkr oe =o十十o oe =o o 由由上上式式可可知知值值与与进进给给量量 f 和和工工件件直直径径 dw 有有关关。一一般般外外圆圆车车削削的的值值不不超超过过3040，因因此此可可以以忽忽略略不不计计。但但在在车车螺螺纹纹，特特别别是是车车大大螺螺旋旋升升角角的的多头螺纹时，多头螺纹时，的值很大，必须进行工作角度的计算。的值很大，必须进行工作角度的计算。 2.刀具安装位置对工作角度的影响刀具安装位置对工作角度的影响（1）切削刃上选定点安装高低对刀具工作角度的影响）切削刃上选定点安装高低对刀具工作角度的影响 当切削刃上选定点安装得比工件中心高时，工作切削平面将变为当切削刃上选定点安装得比工件中心高时，工作切削平面将变为Pse，工作基面变为工作基面变为Pre，在切深剖面在切深剖面PP(仍为标注切深剖面仍为标注切深剖面)内的工作前角内的工作前角pe 增大，工作后角增大，工作后角pe减小。减小。则刀具工作角度为：则刀具工作角度为： pe=p+p； pe=p p 当当切切削削刃刃上上选选定定点点安安装装得得低低于于工工件件中中心心时时，上上述述计计算算公公式式符符号号相相反反；镗镗孔孔时时计计算算公公式式符符号号与与外外圆圆车车削削计计算算公公式式符符号号相反。相反。 (2)刀柄中心线与进给方向不垂直对刀具工作角度的影响刀柄中心线与进给方向不垂直对刀具工作角度的影响 当车刀刀柄与进给方向不垂直时，其工作主、副偏角将发生变化：当车刀刀柄与进给方向不垂直时，其工作主、副偏角将发生变化： kre=kr G； kre=kr + G 式式中中 G进进给给剖剖面面 Pf 与与工工作作进进给给剖剖面面 Pfe 之之间间的的夹夹角角，在在基基面面Pr内内测量。测量。 三、刀具材料三、刀具材料 1. 1. 刀具材料应具备的切削性能刀具材料应具备的切削性能 切削时刀具要承受高温、高压、摩擦和冲击的作用，刀具削切削时刀具要承受高温、高压、摩擦和冲击的作用，刀具削部分的材料须满足以下基本要求：部分的材料须满足以下基本要求：(1)(1)较高的硬度和耐磨性较高的硬度和耐磨性 (2)(2)足够的强度和韧性足够的强度和韧性(3)(3)较高的耐热性较高的耐热性 (4)(4)良好的导热性和耐热冲击性能良好的导热性和耐热冲击性能 (5)(5)良好的工艺性良好的工艺性刀具材料的硬度必须比工件材料高，并具有良好的耐磨性，刀具材料的硬度必须比工件材料高，并具有良好的耐磨性，刀具材料的常温硬度要求在刀具材料的常温硬度要求在60HRc60HRc以上。以上。刀具材料要能够承受冲击和振动的作用，不产生崩刃和断裂。刀具材料要能够承受冲击和振动的作用，不产生崩刃和断裂。刀具材料在高温作用下应具有足够的硬度、耐磨性、强度和韧性。刀具材料在高温作用下应具有足够的硬度、耐磨性、强度和韧性。刀具材料的导热性要好有利于散热；耐热冲击性能要好，材刀具材料的导热性要好有利于散热；耐热冲击性能要好，材料内部不得因承受热冲击的作用而产生裂纹。料内部不得因承受热冲击的作用而产生裂纹。刀具材料应具有良好的刀具材料应具有良好的锻造性能、热处理性能、锻造性能、热处理性能、刃磨性能刃磨性能等，便于刀具制造。等，便于刀具制造。 2. 2. 刀具材料的种类及其性能特点刀具材料的种类及其性能特点 常常用用的的刀刀具具材材料料有有碳碳素素工工具具钢钢、合合金金工工具具钢钢、高高速速钢钢、硬质合金、金刚石、陶瓷、立方氮化硼硬质合金、金刚石、陶瓷、立方氮化硼等。等。 碳碳素素工工具具钢钢( (如如T10AT10A，T12A)T12A)、合合金金工工具具钢钢( (如如9SiCr9SiCr，CrWMnCrWMn) )，耐耐热热性性较较差差，仅仅用用于于一一般般手手工工工工具具及及切切削削速速度度较较低低的刀具。的刀具。 陶陶瓷瓷、金金刚刚石石、和和立立方方化化硼硼等等超超硬硬材材料料，仅仅用用于于某某些些难难加工材料的切削。加工材料的切削。 目前用得最多的刀具材料是高速钢和硬质合金。目前用得最多的刀具材料是高速钢和硬质合金。1 1）高速钢高速钢 高高速速钢钢是是一一种种在在合合金金工工具具钢钢基基础础上上加加入入较较多多的的合合金元素钨、钼、铬、钒等金元素钨、钼、铬、钒等所形成的刀具材料所形成的刀具材料。 特点：a a 高速钢具有较高的硬度高速钢具有较高的硬度( (6267HRC6267HRC) )和耐热性，在切削和耐热性，在切削温度高达温度高达500650C500650C时仍能进行切削；时仍能进行切削；b b 高速钢的强度高高速钢的强度高( (抗弯强度是一般硬质合金的抗弯强度是一般硬质合金的2323倍，倍，陶瓷的陶瓷的5656倍倍) )、韧性好，可在有冲击、振动的场合应用；、韧性好，可在有冲击、振动的场合应用；c c 它可以用于加工它可以用于加工有色金属、结构钢、铸铁、高温合金有色金属、结构钢、铸铁、高温合金等等范围广泛的材料。范围广泛的材料。d d 高速钢的制造工艺性好，容易磨出锋利的切削刃，适于高速钢的制造工艺性好，容易磨出锋利的切削刃，适于制造各类刀具，尤其适于制造制造各类刀具，尤其适于制造钻头、拉刀、成形刀具、齿钻头、拉刀、成形刀具、齿轮刀具轮刀具等形状复杂的刀具。等形状复杂的刀具。类型：高速钢按切削性能可分为：高速钢按切削性能可分为：普通高速钢和普通高速钢和高性能高速钢；高性能高速钢；按制造工艺方法可分为：按制造工艺方法可分为：熔炼高速钢和粉熔炼高速钢和粉末冶金高速钢。末冶金高速钢。a.a.普通普通型高速钢型高速钢 普普通通高高速速钢钢是是切切削削硬硬度度在在250280HBS250280HBS以以下下的的大大部分结构钢和铸铁的基本刀具材料；部分结构钢和铸铁的基本刀具材料； 切切削削普普通通钢钢料料时时的的切切削削速速度度一一般般不不高高于于404060m/min60m/min； 通用型高速钢可分为通用型高速钢可分为钨钢和钨钼钢钨钢和钨钼钢两类。两类。（1)1)钨钢钨钢 这种钢的典型牌号是这种钢的典型牌号是W18Cr4V(W18Cr4V(简称简称W18)W18)，它含，它含W18W18， Cr4Cr4，V1V1，具有较好的综合性能，具有较好的综合性能，在在600600时的高温硬度为时的高温硬度为HRC48.5HRC48.5，可用以制造各种，可用以制造各种复杂刀具。复杂刀具。 W18W18钢的优点是：钢的优点是： 淬火过热倾向小；淬火过热倾向小； 由于含钒量较少，故磨加工性好；由于含钒量较少，故磨加工性好； 由于碳化物含量高，因而塑性变形抗力较大由于碳化物含量高，因而塑性变形抗力较大。 （2)2)钨钼钢钨钼钢 钨钨钼钼钢钢是是将将钨钨钢钢中中的的一一部部分分钨钨用用钼钼代代替替所所得得到到的的一一种种高高速钢。速钢。 钨钨钼钼钢钢的的典典型型牌牌号号是是W6Mo5Cr4V2(W6Mo5Cr4V2(简简称称M2)M2)，这这种种钢钢的的碳碳化物分布细小均匀，具有良好的机械性能。化物分布细小均匀，具有良好的机械性能。 它的抗弯强度比它的抗弯强度比W18W18钢高钢高10101515； 韧性高韧性高50506060； 而且大截面的工具也具有这种优点；而且大截面的工具也具有这种优点；因而可作尺寸较大，承受冲击力较大的刀具。因而可作尺寸较大，承受冲击力较大的刀具。 b.b.高性能高速钢高性能高速钢 高高性性能能高高速速钢钢是是指指在在通通用用型型高高速速钢钢中中再再加加入入一一些些含含碳碳量、含钒量及添加钴量、含钒量及添加钴等合金元素的新钢种，其特点有：等合金元素的新钢种，其特点有： 耐耐热热性性好好 在在630650C630650C时时仍仍能能保保持持接接近近60HRC60HRC的的硬硬度度, ,适适用用于于加加工工高高温温合合金金、钛钛合合金金、奥奥氏氏体体不不锈锈钢钢、高高强强度度钢钢等难加工材料。等难加工材料。 硬硬 度度 高高 高高 性性 能能 高高 速速 钢钢 的的 典典 型型 牌牌 号号 有有W2Mo9Cr4VCo8(M42)W2Mo9Cr4VCo8(M42)和和W6Mo5Cr4V2Al(501)W6Mo5Cr4V2Al(501)；M42M42的的综综合合性性能能好好，常常温温硬硬度度接接近近70HRC70HRC，600600 C C时时其其硬硬度度为为55HRC55HRC，刃刃磨磨性性能也好；但能也好；但M42M42含含钴钴多，成本较贵。多，成本较贵。 c.c.粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢 粉粉末末冶冶金金高高速速钢钢是是在在用用高高压压惰惰性性气气体体( (氨氨气气或或氮氮气气) )把把钢水雾化成粉末后，再经过热压、锻轧成材。钢水雾化成粉末后，再经过热压、锻轧成材。 这这种种钢钢有有效效地地解解决决了了熔熔炼炼高高速速钢钢的的碳碳化化物物共共晶晶偏偏析析问问题，题，结晶组织细小均匀结晶组织细小均匀。用粉末冶金法制造的高速钢有以下优点：用粉末冶金法制造的高速钢有以下优点：(1) (1) 细小均匀的结晶组织。细小均匀的结晶组织。 (2)(2)这种钢的磨加工性很好。这种钢的磨加工性很好。(3)(3)由于粉冶钢物理机械性能具有高度的各由于粉冶钢物理机械性能具有高度的各向同性，因此向同性，因此可减小淬火时的变形。可减小淬火时的变形。(4)(4)由于碳化物颗粒均匀分布的表面积较大，由于碳化物颗粒均匀分布的表面积较大，且不易从切削刃上剥落，故粉冶钢的且不易从切削刃上剥落，故粉冶钢的耐磨耐磨性可提高性可提高20203030。粉冶钢适用于制造切削粉冶钢适用于制造切削难加工材料的刀具难加工材料的刀具及大尺寸刀具及大尺寸刀具( (如滚刀、插齿刀如滚刀、插齿刀) )，也适于，也适于制造制造精密刀具和磨加工量大的复杂刀具精密刀具和磨加工量大的复杂刀具。对于高压动载荷下使用的刀具对于高压动载荷下使用的刀具( (如断续切削如断续切削刀具刀具) )，以及小截面、薄刃刀具和成形刀具，以及小截面、薄刃刀具和成形刀具，粉冶钢刀具的耐用度比熔炼钢高粉冶钢刀具的耐用度比熔炼钢高2 23 3倍。倍。 2)2)硬质合金硬质合金硬质合金的特点硬质合金的特点: : 硬硬质质合合金金是是由由难难熔熔金金属属碳碳化化物物( (如如WCWC、TiCTiC、TaCTaC、NbCNbC等等) )和和金金属属粘粘结结剂剂( (如如CoCo、 NiNi等等) )经经粉粉末末冶冶金金方方法法制制成成的的。其其性性能能特点有：特点有：(1) (1) 硬度、耐磨性、耐热性都很高；硬度、耐磨性、耐热性都很高； (2) (2) 不能承受大的切削振动和冲击负荷；不能承受大的切削振动和冲击负荷； (3)(3)硬硬质质合合金金中中碳碳化化物物含含量量较较高高时时，硬硬度度较较高高，但但抗抗弯弯强强度度较较低；低；粘结剂含量较高时，则抗弯强度较高，但硬度却较低；粘结剂含量较高时，则抗弯强度较高，但硬度却较低；(4)(4)由于硬质合金的优良切削性能，被广泛用作各种刀具。由于硬质合金的优良切削性能，被广泛用作各种刀具。常用硬质合金的分类及其特性常用硬质合金的分类及其特性 ISOISO将硬质合金刀具材料分为三类：将硬质合金刀具材料分为三类： P P类类(YT(YT类类) )，用于加工长切屑的黑色金属（用于加工长切屑的黑色金属（钢材钢材） ； K K类类(YG(YG类类) )，用用于于加加工工短短切切屑屑的的黑黑色色金金属属（铸铸铁铁），有有色色金金属和非金属材料；属和非金属材料； M M类类(YW(YW类类) )，用于加工长的或短切屑的黑色金属和有色金属。用于加工长的或短切屑的黑色金属和有色金属。 在在现现代代被被加加工工材材料料中中，90909595可可用用P P和和K K类类硬硬质质合合金金加加工，其余工，其余5 51010可用可用M M类硬质合金加工。类硬质合金加工。3)3)涂层刀具涂层刀具 涂涂层层刀刀具具是是在在韧韧性性较较好好的的硬硬质质合合金金基基体体上上，或或在在高高速速钢钢基基体上，涂复一层薄的耐磨性高的难熔金属化合物而获得的。体上，涂复一层薄的耐磨性高的难熔金属化合物而获得的。 常用的涂层材料有常用的涂层材料有TiCTiC、TiNTiN、ALAL2 20 03 3等。等。 涂涂层层可可采采用用单单涂涂层层，双双涂涂层层或或多多涂涂层层，如如TiCTiC( (或或TiNTiN) )、TiCTiCA1A12 20 03 3、TiCTiCA1A12 20 03 3 TiNTiN等。等。涂层刀具的特点：涂层刀具的特点：（1 1）涂层刀具的硬度比基体硬度高得多）涂层刀具的硬度比基体硬度高得多（2 2）涂涂层层刀刀具具有有高高的的抗抗氧氧化化性性能能和和抗抗粘粘结结性性能能，因因而而有有高高的的耐磨性和抗月牙洼磨损能力。耐磨性和抗月牙洼磨损能力。（3 3）涂涂层层刀刀具具有有低低的的摩摩擦擦系系数数，可可降降低低切切削削力力和和切切削削温温度度，可大大提高刀具耐用度。可大大提高刀具耐用度。 此此外外，涂涂层层硬硬质质合合金金刀刀具具的的通通用用性性广广，一一种种涂涂层层刀刀片片可可代替几种未涂层刀片的使用，因而大大简化刀具的管理。代替几种未涂层刀片的使用，因而大大简化刀具的管理。 4)4)陶瓷陶瓷 常常用用的的陶陶瓷瓷刀刀具具有有几几种种：氧氧化化铝铝基基陶陶瓷瓷和和氮氮化化硅硅基基陶陶瓷瓷。陶瓷刀具的特点有：陶瓷刀具的特点有： （1 1）硬度和耐磨性很高。）硬度和耐磨性很高。 （2 2）耐热性很高。）耐热性很高。 （3 3）化学稳定性很高。）化学稳定性很高。 （4 4）摩摩擦擦系系数数较较低低，切切屑屑与与刀刀具具不不易易产产生生粘粘结结，加加工工表表面面粗糙度较小。粗糙度较小。 （5 5）陶瓷的最大缺点是抗弯强度很低，冲击韧性很差）陶瓷的最大缺点是抗弯强度很低，冲击韧性很差。5)5)金刚石金刚石 金金刚刚石石刀刀具具有有三三种种：天天然然单单晶晶金金刚刚石石，整整体体人人造造聚聚晶晶金金刚石刀具及金刚石复合刀具刚石刀具及金刚石复合刀具。其性能特点如下：。其性能特点如下： (1)(1)有极高的硬度和耐磨性。有极高的硬度和耐磨性。 (2)(2)金刚石的切削刃非常锋利金刚石的切削刃非常锋利。 (3)(3)金钢石的摩擦系数低。金钢石的摩擦系数低。 (4)(4)金刚石的热稳定性较低。金刚石的热稳定性较低。 (5)(5)金刚石刀具不适于加工钢铁材料。金刚石刀具不适于加工钢铁材料。 目前金刚石主要用于磨具及磨料目前金刚石主要用于磨具及磨料。(6)(6)立方氮化硼立方氮化硼 立立方方氮氮化化硼硼是是由由软软的的立立方方氮氮化化硼硼在在高高温温高高压压下下加加入入催催化化剂剂转转变变而而成成的的。立立方方氮氮化化硼硼刀刀具具有有两两种种：整整体体聚聚晶晶立立方方氮氮化化硼硼刀刀具具及及立立方方氮氮化化硼硼复复合合刀刀片片。后后者者是是在在硬硬质质合合金金基基体体上上烧烧结结一一层层厚厚度度约约为为0.5mm0.5mm的立方氮化硼而成。的立方氮化硼而成。 立方氮化硼的性能特点：立方氮化硼的性能特点：1)1)有很高的硬度及耐磨性，已接近金刚石的硬度。有很高的硬度及耐磨性，已接近金刚石的硬度。2)2)有比金刚石高得多的热稳定性有比金刚石高得多的热稳定性 。3)3)立立方方氮氮化化硼硼的的化化学学惰惰性性很很大大，可可用用于于加加工工淬淬硬硬钢钢和和冷冷硬硬铸铸铁铁。