1、5.15.1常用量具刀具材料项目项目5 5 金属切削加工的基本知识金属切削加工的基本知识5.25.25.35.3零件的机械加工表面质量了解零件表面质量对零件使用性能的影响；掌握影响零件表面质量的工艺因素；学会使用常用量具；了解常用的刀具材料。项目项目5 5 金属切削加工的基本知识金属切削加工的基本知识零件的机械加工表面质量；螺旋测微量具、机械式量具及游标量具；刀具材料的基本要求及分类。项目项目5 5 金属切削加工的基本知识金属切削加工的基本知识影响零件表面质量的工艺因素。项目项目5 5 金属切削加工的基本知识金属切削加工的基本知识5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量评价零件是否合
2、格的质量指标除了机械加工精度外，还有机械加工表面质量。机械加工表面质量是指零件经过机械加工后的表面层状态。探讨和研究机械加工表面质量，掌握机械加工过程中各种工艺因素对表面质量的影响规律，对于保证和提高产品的质量具有十分重要的意义。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量 机械加工表面质量概述5.1.15.1.1机械加工表面质量又称为表面完整性，其含义包括表面层的物理力学性能和表面层的几何形状特征两个方面的内容。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量表面层的物理力学性能表面层的物理力学性能1.表面层的物理力学性能主要有三个方面的内容：表面层的加工冷作硬化、表面层金相组织的变
3、化和表面层的残余应力。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量表面层的几何形状特征表面层的几何形状特征2.表面层的几何形状特征主要由以下几部分组成。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量1)1)表面粗糙度表面粗糙度表面粗糙度是指加工表面上较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征，即加工表面的微观几何形状误差，如图5-1（a）所示，其评定参数主要是轮廓算术平均偏差Ra。图5-1 表面粗糙度和表面波度5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量2)2)表面波度表面波度表面波度是介于宏观形状误差与微观表面粗糙度之间的周期性形状误差，如图5-1（b）所示，A表示表面波度的高度
4、。它主要是由机械加工过程中低频振动引起的，应作为工艺缺陷设法消除。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量3)3)表面加工纹理表面加工纹理表面加工纹理是指表面切削加工刀纹的形状和方向，取决于表面形成过程中所采用的机加工方法及其切削运动的规律。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量4)4)伤痕伤痕伤痕是指在加工表面个别位置上出现的缺陷，如砂眼、气孔、裂痕、划痕等，它们大多随机分布。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量 零件的表面质量对使用性能的影响5.1.25.1.2表面质量对零件耐蚀性能的影响表面质量对零件耐蚀性能的影响1.表面粗糙度对零件耐蚀性能的影响较大
5、。零件表面粗糙度越大，在波谷处越容易积聚腐蚀性介质而使零件发生化学腐蚀和电化学腐蚀。表面层残余应力对零件的耐蚀性能也有影响。残余压应力使零件表面组织致密，腐蚀性介质不易侵入，有助于提高零件表面的耐蚀能力；残余拉应力对零件耐蚀性能的影响则相反。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量表面质量对零件耐磨性的影响表面质量对零件耐磨性的影响2.零件的耐磨性是零件的一项重要性能指标，当摩擦副的材料、润滑条件和加工精度确定之后，零件的表面质量对耐磨性起着关键性的作用。由于零件表面存在着表面粗糙度，当两个零件的表面开始接触时，接触部分集中在其波峰的顶部，因此实际接触面积远远小于名义接触面积，并且表
6、面粗糙度越大，实际接触面积越小。在外力作用下，波峰接触部分将产生很大的压应力。表面层的冷作硬化可使表面层的硬度提高，增强表面层的接触刚度，从而降低接触处的弹性、塑性变形，使耐磨性有所提高。但如果硬化程度过大，表面层金属组织会变脆，出现微观裂纹，甚至会使金属表面组织剥落而加剧零件的磨损。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量表面质量对零件间配合性质的影响表面质量对零件间配合性质的影响3.零件间的配合性质是由过盈量或间隙量来决定的。在间隙配合中，如果零件配合表面的表面粗糙度大，则由于磨损迅速使得配合间隙增大，从而降低了配合质量，影响了配合的稳定性；在过盈配合中，如果零件配合表面的表面粗
7、糙度大，则装配时表面波峰被挤平，使得实际有效过盈量减少，降低了配合件的连接强度，影响了配合的可靠性。因此，对有配合要求的表面应规定较小的表面粗糙度值。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量表面质量对零件疲劳强度的影响表面质量对零件疲劳强度的影响4.表面粗糙度对承受交变载荷的零件的疲劳强度影响很大。在交变载荷作用下，表面粗糙度波谷处容易引起应力集中，产生疲劳裂纹。并且表面粗糙度越大，表面划痕越深，其抗疲劳破坏能力越差。表面层的加工硬化对零件的疲劳强度也有影响。适度的加工硬化能阻止已有裂纹的扩展和新裂纹的产生，提高零件的疲劳强度；但加工硬化过于严重会使零件表面组织变脆，容易出现裂纹，从
8、而使疲劳强度降低。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量表面质量对零件其他性能的影响表面质量对零件其他性能的影响5.表面质量对零件的使用性能还有一些其他影响。如对间隙密封的液压缸、滑阀来说，减小表面粗糙度可以减少泄漏，提高密封性能；对滑动零件来说，减小表面粗糙度能使摩擦系数降低，提高运动灵活性，减少发热和功率损失。较小的表面粗糙度可使零件具有较高的接触刚度。表面层的残余应力会使零件在使用过程中继续变形，失去原有的精度，机器工作性能恶化等。总之，提高表面质量，对于保证零件的性能、提高零件的使用寿命是十分重要的。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量 影响零件表面质量的工艺
9、因素5.1.35.1.3影响切削加工表面粗糙度的因素影响切削加工表面粗糙度的因素1.在切削加工中，影响表面粗糙度的因素主要包括物理因素、几何因素和加工中工艺系统的振动因素。下面以车削为例来说明。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量1)1)物理因素物理因素在切削加工过程中，刀具对工件的挤压和摩擦使金属材料发生塑性变形，引起原有的残留面积扭曲或沟纹加深，增大表面粗糙度。当采用中等或中等偏低的切削速度切削塑性材料时，在前刀面上容易形成硬度很高的积屑瘤，它可以代替刀具进行切削，但状态极不稳定。积屑瘤生成、长大和脱落将严重影响加工表面的表面粗糙度值。另外，在切削过程中由于切屑和前刀面的强烈
10、摩擦作用以及撕裂现象，还可能在加工表面上产生鳞刺，使加工表面的表面粗糙度增大。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量2)2)几何因素几何因素切削加工时表面粗糙度的值主要取决于残留面积高度。下面两式为车削时残留面积高度的计算公式。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量3)3)加工中工艺系统的振动因素加工中工艺系统的振动因素在加工过程中，工艺系统有时会发生振动，即在刀具与工件间出现的除切削运动之外的另一种周期性的相对运动。振动的出现会使加工表面出现波纹，增大加工表面的粗糙度，强烈的振动还会使切削无法继续下去。除上述因素外，造成已加工表面粗糙不平的因素还有被切屑拉毛和划伤等。
11、5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量减小表面粗糙度的工艺措施减小表面粗糙度的工艺措施2.减小切削加工表面粗糙度的工艺措施如下：（1）对零件材料进行适当的热处理，以细化晶粒，均匀晶粒组织，可减小表面粗糙度。（2）根据零件材料、加工要求，合理选择刀具材料，有利于减小表面粗糙度。（3）适当地增大刀具前角和刃倾角，提高刀具的刃磨质量，降低刀具前、后刀面的表面粗糙度均能降低零件加工表面的粗糙度。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量（4）加工塑性材料时，采用较高的切削速度可防止积屑瘤的产生，减小表面粗糙度。（5）在精加工时，应选择较小的进给量f、较小的主偏角kr和副偏角kr、较
12、大的刀尖圆弧半径r，以得到较小的表面粗糙度。（6）选择合适的切削液，减小切削过程中的界面摩擦，降低切削区温度，减小切削变形，抑制鳞刺和积屑瘤的产生，可以大大减小表面粗糙度。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量 影响表面物理力学性能的工艺因素5.1.45.1.4表面层残余应力表面层残余应力1.外载荷去除后，仍残存在零件表层与基体材料交界处的相互平衡的应力称为残余应力。产生表面残余应力的主要原因有冷态塑性变形、热态塑性变形和金相组织变化。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量1)1)冷态塑性变形引起的残余应力冷态塑性变形引起的残余应力切削加工时，加工表面在切削力的作用下产
13、生强烈的塑性变形，表层金属的比容增大，体积膨胀，但受到与它相连的里层金属的阻止，从而在表层产生了残余压应力，在里层产生了残余拉应力。当刀具在被加工表面上切除金属时，由于受后刀面的挤压和摩擦作用，表层金属纤维被严重拉长，仍会受到里层金属的阻止，而在表层产生残余压应力，在里层产生残余拉应力。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量2)2)热态塑性变形引起的残余应力热态塑性变形引起的残余应力切削加工时，大量的切削热会使加工表面产生热膨胀，由于基体金属的温度较低，会对表层金属的膨胀产生阻碍作用，因此表层产生热态压应力。当加工结束后，表层温度下降要进行冷却收缩，但受到基体金属阻止，从而在表层产
14、生残余拉应力，里层产生残余压应力。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量3)3)金相组织变化引起的残余应力金相组织变化引起的残余应力如果在加工中零件表层温度超过金相组织的转变温度，则零件表层将产生组织转变，表层金属的比容将随之发生变化，而表层金属的这种比容变化必然会受到与之相连的基体金属的阻碍，从而在表层、里层产生互相平衡的残余应力。例如，在磨削淬火钢时，由于磨削热导致表层可能产生回火，表层金属组织将由马氏体转变成接近珠光体的托氏体或索氏体，密度增大，比容减小，表层金属产生相变收缩，但由于受到基体金属的阻止，而在表层金属产生残余拉应力，里层金属产生残余压应力。5.1零件的机械加工表
15、面质量零件的机械加工表面质量表面层加工硬化表面层加工硬化2.1)1)加工硬化的产生及衡量指标加工硬化的产生及衡量指标机械加工过程中，工件表层金属在切削力的作用下产生强烈的塑性变形，金属的晶格扭曲，晶粒被拉长、纤维化甚至破碎而引起表层金属的强度和硬度增加，塑性降低，这种现象称为加工硬化（或冷作硬化）。另外，加工过程中产生的切削热会使得工件表层金属温度升高，当升高到一定程度时，会使得已强化的金属回复到正常状态，失去其在加工硬化中得到的物理力学性能，这种现象称为软化。因此，金属的加工硬化实际取决于硬化速度和软化速度的比率。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量2)2)影响加工硬化的因素影
16、响加工硬化的因素影响加工硬化的因素主要有加工材料的性能、刀具几何形状和切削用量。工件的硬度越低、塑性越好，加工时塑性变形越大，冷作硬化越严重。试验证明，已加工表面的显微硬度随着切削刃钝圆半径的加大而增大，这是因为径向切削分力会随着切削刃钝圆半径的增大而增大，使得表层金属的塑性变形程度加剧，导致加工硬化增大。5.1零件的机械加工表面质量零件的机械加工表面质量切削用量中进给量和切削速度对加工硬化的影响较大。增大进给量，切削力随之增大，表层金属的塑性变形程度增大，加工硬化程度增大；增大切削速度，刀具对工件的作用时间减少，塑性变形的扩展深度减小，故而硬化层深度减小。另外，增大切削速度会使切削区温度升高
17、，有利于减少加工硬化。5.2常常 用用 量量 具具外径千分尺外径千分尺1.螺旋测微量具5.2.15.2.1螺旋测微量具是利用螺旋副测微的原理进行测量的一种量具，按用途可分为外径千分尺、内径千分尺和深度千分尺等（也有外径百分尺、内径百分尺和深度百分尺），其中外径千分尺应用最为广泛。外径千分尺由架、测微头、测力装置、锁紧装置等组成，图5-2所示为测量025 mm的外径千分尺结构。5.2常常 用用 量量 具具 图5-2 外径千分尺结构1尺架；2测砧；3测微螺杆；4螺纹轴套；5固定套筒；6微分筒；7螺帽；8接头；9密封盖；10旋转帽；11手把；12绝热板；13锁紧轴5.2常常 用用 量量 具具尺架1的
18、一端装有固定的测砧2，另一端装有测微头。尺架1的两侧面覆盖着绝热板12，防止使用时手的温度影响外径千分尺的测量精度。测微头由零件39组成。螺纹轴套4嵌入尺架1中，固定套筒5用螺钉固定。测微螺杆3的中部是精度很高的外螺纹，其螺距为0.5 mm，与螺纹轴套4右端的螺孔精密配合，其配合间隙可用螺帽7调整，使外螺纹可在内螺纹中很自然地旋转而间隙极小。测微螺杆3右端的外圆锥与接头8的内圆锥相配，接头8上开有轴向槽，能沿着测微螺杆3的外圆锥胀大，使微分筒6与测微螺杆3结合成一体。5.2常常 用用 量量 具具微分筒6左端的圆锥面上刻有50等分的刻线，微分筒6旋转一圈时，带动测微螺杆3轴向位移0.5 mm；而
19、微分筒6转过一格时，带动测微螺杆3轴向位移0.01 mm。测力装置如图5-3所示，它主要靠一对棘轮3和4的作用来工作。在测量时，用手旋转转帽5，当测量力小于弹簧2的弹力时，转帽5的运动就会通过棘轮3传给螺钉1，带动测微螺杆转动；当测量力超过弹簧2的弹力时，棘轮3便压缩弹簧2而在棘轮4上打滑，测微螺杆停止旋进。5.2常常 用用 量量 具具 图5-3 测力装置1螺钉；2弹簧；3、4棘轮；5转帽；6微分筒5.2常常 用用 量量 具具内径千分尺内径千分尺2.内径千分尺如图5-4所示，其读数方法和外径千分尺相同。内径千分尺的读数为5063 mm，为了扩大其测量范围，可以接上接长杆，如图5-4（b）所示。
20、连接时，将保护螺帽去除，接长杆的右端旋在内径千分尺的左端即可。接长杆是成套供应的，可以一个一个地接上去。内径千分尺的测量范围为50250 mm、50600 mm、1501400 mm、1502 000 mm、1 0003 000 mm、1 0004 000 mm、1 0005 000 mm。5.2常常 用用 量量 具具图5-4 内径千分尺5.2常常 用用 量量 具具深度千分尺深度千分尺3.深度千分尺的形式如图5-5所示。它与外径千分尺结构的不同，只是多了一个基座而没有尺架。深度千分尺的读数为025 mm，为了扩大测量范围，它的测量杆制成可换的形式，使测量范围扩大到025 mm、2550 mm、
21、5075 mm、75100 mm。图5-5 深度千分尺5.2常常 用用 量量 具具 机械式量具5.2.25.2.2机械式量具是利用机械结构将被测量零件的尺寸数值变化放大后，通过读数装置表示出来的一种测量工具。机械式量具的应用十分广泛，主要用于长度的相对测量以及表面形状和相互位置的误差测量。机械式量具的种类很多，本节主要介绍百分表、内径百分表、杠杆百分表、杠杆千分尺等。5.2常常 用用 量量 具具百分表百分表1.百分表是应用得很多的一种机械式仪表，如图5-6所示。图5-6 百分表1、3小齿轮；2、7大齿轮；4弹簧；5量杆；6指针；8游丝5.2常常 用用 量量 具具内径百分表内径百分表2.内径百分
22、表用于测量孔的形状误差和孔径。内径百分表的组成结构如图5-7所示。百分表6的量杆与传动杆4始终接触。可调弹簧10是控制测量力的，并经过传动杆4、杠杆7向外顶着活动测头1。测量时，活动测头1移动，带动杠杆7回转，通过传动杆4推动百分表6的量杆，使百分表指针回转。由于杠杆7是等臂的，当可换测头1移动1 mm，推动百分表指针回转一圈。所以，活动测头1的移动量可以在百分表6上读出来。5.2常常 用用 量量 具具 图5-7 内径百分表1活动测头；2测端；3测杆；4传动杆；5固定弹簧；6百分表；7杠杆；8可换测头；9定位护桥；10可调弹簧5.2常常 用用 量量 具具定位护桥9起到找正直径位置的作用，它保证
23、了活动测头1和可换测头8的轴线位于被测孔的直径位置。内径百分表的活动测头，其位移量很小，它的测量范围是由更换或调整可换测头2的长度决定的。内径百分表可测量1018 mm、1835 mm、3550 mm、50100 mm、100160 mm、160250 mm、250450 mm。用内径百分表测量孔径是一种相对量法，测量前应根据被测孔径的大小，在千分尺或其他量具上调整好尺寸后才能进行。5.2常常 用用 量量 具具杠杆百分表杠杆百分表3.杠杆百分表又称为靠表，其分度值为0.01 mm，测量范围为00.8 mm。杠杆百分表的外形与传动机构如图5-8所示，测量杆1的摆动，通过杠杆5使扇形齿轮4摆动，带
24、动齿轮1、指针3偏转。杠杆齿轮机构使测量杆摆动001 mm时，指针正好偏转一小格。图5-8 杠杆百分表的外形与传动机构1齿轮；2表盘;3指针；4扇形齿轮；5杠杆；6测量杆5.2常常 用用 量量 具具杠杆百分表的体积比较小，其测量杆的测量方向可以改变，在校正和测量时，使用杠杆百分表比较方便。尤其对小孔进行校正和在机床上校正零件时，由于受位置限制，百分表无法测量，这时使用杠杆百分表比较方便。5.2常常 用用 量量 具具杠杆千分尺杠杆千分尺4.杠杆千分尺是测量外形尺寸的一种精密量具，它的分度值有0.001 mm和0.002 mm两种，测量范围为025 mm和2550 mm。杠杆千分尺的外形与外径千分
25、尺的外形相似，如图5-9所示，它由螺旋测微部分和杠杆齿轮机构部分组成。螺旋测微部分的分度值为0.01 mm；杠杆齿轮机构部分的分度值为0.001 mm或0.002 mm，用指示表指示读数，指示表的标尺示值仅为0.02 mm。5.2常常 用用 量量 具具图5-9 杠杆千分尺5.2常常 用用 量量 具具 游标量具5.2.35.2.3游标量具是一种常用的量具，具有结构简单、使用方便、测量范围大等特点。游标量具的读数值有0.1 mm、0.05 mm、0.02 mm三种。游标卡尺主要由主、附尺两部分构成。主尺实质上是一个毫米刻度尺，附尺可以沿导轨紧贴主尺而滑动。物体的外直径和高度用外量爪测量，内直径用内
26、量爪测量，孔径的深度由深度尺测量，紧固螺钉用来锁紧游标。5.2常常 用用 量量 具具图5-10 游标卡尺图5-10所示为一个20分度的游标卡尺，游标上的20个分格和主尺的19个分格等长，设其主尺每分格长度为a mm，附尺每分格长度为bmm，且有n格，显然n1个主尺格长度等于附尺长度。5.2常常 用用 量量 具具读数时先读出两尺零刻度线之间的以毫米为单位的整刻度，再读出游标尺上对齐于主尺上的第几根刻度线，乘以精度，即为游标尺的读数，两者相加即为所测值。使用游标卡尺时，一般左手拿待测物，右手持尺，轻轻卡住物体后，再读取数据，决不允许把被夹紧的物体在量爪的卡口内挪动。5.3刀刀 具具 材材 料料因为
27、在金属切削加工中，刀具切削部分起主要作用，所以刀具材料一般指刀具切削部分材料。刀具材料决定了刀具的切削性能，直接影响加工效率、刀具耐用度和加工成本，刀具材料的合理选择是切削加工工艺的一项重要内容。5.3刀刀 具具 材材 料料 刀具材料的基本要求5.3.15.3.1金属切削加工时，刀具受到很大切削压力、摩擦力和冲击力，产生很高的切削温度，刀具在这种高温、高压和剧烈的摩擦环境下工作，刀具材料需满足以下基本要求。5.3刀刀 具具 材材 料料高硬度高硬度1.刀具是从工件上去除材料，所以刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。刀具材料的硬度应在60 HRC以上。碳素工具钢刀具材料，在室温条件下硬度应在62
28、 HRC以上；高速钢刀具材料的硬度为6370 HRC；硬质合金刀具材料的硬度为8993 HRC。5.3刀刀 具具 材材 料料高强度与强韧性高强度与强韧性2.刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击力，如车削45钢，在背吃刀量ap4 mm，进给量f0.5 mm/r的条件下，刀具所承受的切削力可达4 000 N，可见，刀具材料必须具有较高的强度和较强的韧性。一般刀具材料的韧性用冲击韧度aK表示，反映刀具材料抗脆性和崩刃能力。5.3刀刀 具具 材材 料料较强的耐磨性与耐热性较强的耐磨性与耐热性3.刀具的耐磨性是刀具抵抗磨损的能力，一般刀具材料硬度越高，耐磨性越好。刀具材料金相组织中硬质点（如碳化物、氮
29、化物等）越多，颗粒越小，分布越均匀，则刀具耐磨性越好。刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志，通常用高温下保持高硬度的性能来衡量，也称热硬性。刀具材料高温硬度越高，则耐热性越好，高温抗塑性变形能力、抗磨损能力越强。5.3刀刀 具具 材材 料料优良导热性优良导热性4.刀具材料导热性好，表示切削产生的热量容易传导出去，降低了刀具切削部分的温度，减少了刀具的磨损。另外，刀具材料导热性好，其耐热冲击和抗热裂纹性能也强。5.3刀刀 具具 材材 料料良好的工艺性与经济性良好的工艺性与经济性5.刀具不但要有良好的切削性能，本身还应该易于制造，这要求刀具材料有较好的工艺性，如锻造、热处理、焊接、磨削、高温
30、塑性变形等性能。此外，经济性也是刀具材料的重要指标之一，选择刀具时要考虑经济效果，以降低生产成本。5.3刀刀 具具 材材 料料 普通刀具材料5.3.25.3.2当前所使用的刀具材料有许多种，不过应用最多的还是工具钢（碳素工具钢、合金工具钢、高速钢）和硬质合金类普通刀具材料，以下对这些普通刀具材料分别介绍。5.3刀刀 具具 材材 料料高速钢高速钢1.高速钢是一种含钨、钼、铬、钒等合金元素较多的工具钢。高速钢具有良好的热稳定性，在500 600 的高温下仍能切削，和碳素工具钢、合金工具钢相比较，切削速度提高13倍，刀具耐用度提高1040倍。高速钢具有较高强度和韧性，如抗弯强度为一般硬质合金的23倍
31、，为陶瓷的56倍，且具有一定的硬度（6370 HRC）和耐磨性。5.3刀刀 具具 材材 料料1)1)普通高速钢普通高速钢普通高速钢分为两种，钨系高速钢和钨钼系高速钢。（1）钨系高速钢。这类钢的典型钢种为W18Cr4V（简称W18），它是应用最普遍的一种高速钢。这种钢综合性能好，通用性强，常温硬度为6366 HRC，600 高温硬度为48.5 HRC左右。不过此钢的缺点是碳化物分布不均匀，强度与韧性低，热塑性差，不宜制造成大截面刀具。5.3刀刀 具具 材材 料料（2）钨钼系高速钢（钨钼钢）。钨钼钢是将一部分钨用钼代替所制成的钢。典型钢种为W6Mo5Cr4V2（简称M2）。这种钢的优点是减小了碳化
32、物数量及分布的不均匀性，和W18钢相比，M2钢抗弯强度提高了17，抗冲击韧度提高了40以上，而且大截面刀具也具有同样的强度与韧性。此钢的缺点是高温切削性能和W18相比稍差。我国生产的另一种钨钼系钢为W9Mo5Cr4V2（简称W9），它的抗弯强度和冲击韧性都高于M2钢，而且热塑性、刀具耐用度、磨削加工性和热处理时脱碳倾向性都比M2钢有所提高。5.3刀刀 具具 材材 料料2)2)高性能高速钢高性能高速钢高性能高速钢是在普通高速钢中增加碳、钒含量并添加钴、铝等合金元素而形成的新钢种。此类钢的优点是具有较强的耐热性，在630 650 高温下仍可保持60 HRC的高硬度，而且刀具耐用度是普通高速钢的1.
33、53倍。它适合加工奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。此类钢的缺点是强度与韧性较普通高速钢低，高钒高速钢磨削加工性差。典型的钢种有高碳高速钢9W6Mo5Cr4V2、高钒高速钢W6Mo5Cr4V3、钴高速钢W6Mo5Cr4V2Co5及超硬高速钢W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V2Al等。5.3刀刀 具具 材材 料料3)3)粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯氮气雾化熔化的高速钢，得到细小的高速钢粉末，然后经热压制成刀具毛坯。粉末冶金高速钢有以下优点：无碳化物偏析，提高钢的强度、韧性和硬度，硬度值达6970 HRC；保证材料各向同性，减小热处理内
34、应力和变形；磨削加工性好，磨削效率比熔炼高速钢提高23倍；耐磨性好。此类钢适于制造切削难加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滚刀和插齿刀）、精密刀具和磨削加工量大的复杂刀具。5.3刀刀 具具 材材 料料硬质合金硬质合金2.硬质合金是由难熔金属碳化物（如TiC、WC、NbC等）和金属黏结剂（如Co、Ni等）经粉末冶金方法制成的。5.3刀刀 具具 材材 料料1)1)硬质合金的性能特点硬质合金的性能特点硬质合金中高熔点、高硬度碳化物含量高，因此硬质合金常温硬度很高，达到7882 HRC，热熔性好，热硬性高，切削速度比高速钢高47倍。硬质合金的缺点是脆性大，抗弯强度和抗冲击韧性不强。抗弯强度只有高速钢的1/
35、31/2，抗冲击韧性只有高速钢的1/41/3。硬质合金力学性能主要由组成硬质合金碳化物的种类、数量、粉末颗粒的粗细和黏结剂的含量决定。碳化物的硬度和熔点越高，硬质合金的热硬性也越好。黏结剂含量大，则强度与韧性好。5.3刀刀 具具 材材 料料2)2)国产普通硬质合金的种类、代号及适用范围国产普通硬质合金的种类、代号及适用范围国产普通硬质合金按其化学成分的不同可分为以下四类：（1）钨钴类（WC+Co），合金代号为YG，对应于国标K类。此合金钴含量越高，韧性越好，适于粗加工；钴含量低，适于精加工。（2）钨钛钴类（WC+TiC+Co），合金代号为YT，对应于国标P类。此类合金有较高的硬度和耐热性，主要
36、用于加工切屑呈带状的钢件等塑性材料。合金中TiC含量高，则耐磨性和耐热性提高，但强度降低。5.3刀刀 具具 材材 料料（3）钨钛钽（铌）钴类（WC+TiC+TaC+Co），合金代号为YW，对应于国标M类。此类硬质合金不但适用于加工冷硬铸铁、有色金属及合金半精加工，也能用于高锰钢、淬火钢、合金钢及耐热合金钢的半精加工和精加工。（4）碳化钛基类（WC+TiC+Ni+Mo）。合金代号为YN，对应于国标P01类。一般用于精加工和半精加工，对于大而长，且加工精度较高的零件尤其适合，但不适于有冲击载荷的粗加工和低速切削。5.3刀刀 具具 材材 料料3)3)超细晶粒硬质合金超细晶粒硬质合金超细晶粒硬质合金的
37、硬度和耐磨性得到较大提高，抗弯强度和冲击韧度也得到提高，已接近高速钢，适合做小尺寸铣刀、钻头等，并可用于加工高硬度难加工材料。5.3刀刀 具具 材材 料料涂层刀具材料涂层刀具材料3.涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体上或高速钢刀具基体上涂覆一层耐磨性较高的难熔金属化合物而制成的。涂层刀具具有高的抗氧化性能和抗黏结性能，因此具有较高的耐磨性。涂层摩擦系数较低，可降低切削时的切削力和切削温度，提高刀具耐用度，高速钢基体涂层刀具耐用度可提高210倍，硬质合金基体涂层刀具耐用度提高13倍。加工材料硬度愈高，涂层刀具效果愈好。5.3刀刀 具具 材材 料料涂层刀具主要用于车削、铣削等加工，由于成本较高，还
38、不能完全取代未涂层刀具的使用。硬质合金涂层刀具在涂覆后强度和韧性都有所降低，不适合受力大和冲击大的粗加工，也不适合高硬材料的加工。涂层刀具经过钝化处理，切削刃锋利程度减小，不适合进给量很小的精密切削。5.3刀刀 具具 材材 料料 特殊刀具材料5.3.35.3.3金刚石刀具材料金刚石刀具材料1.金刚石是碳的同素异构体，具有极高的硬度。常用的金刚石刀具有三类：天然金刚石、人造聚晶金刚石和复合聚晶金刚石。金刚石刀具具有如下优点：极高的硬度和耐磨性，人造金刚石硬度达10 000 HV，耐磨性是硬质合金的6080倍；切削刃锋利，能实现超精密微量加工和镜面加工；很好的导热性。金刚石刀具的缺点是耐热性差，强
39、度低，脆性大，对振动很敏感。金刚石刀具主要用于高速条件下精细加工有色金属及其合金和非金属材料。5.3刀刀 具具 材材 料料陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料2.陶瓷刀具材料主要由硬度和熔点都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物组成，另外还有少量的金属碳化物、氧化物等添加剂，通过粉末冶金工艺方法制粉，再压制烧结而成。常用的陶瓷刀具材料有Al2O3基陶瓷和Si3N4基陶瓷。陶瓷刀具一般用于高速精细加工硬材料。5.3刀刀 具具 材材 料料陶瓷刀具的优点是有很高的硬度，达9195 HRA；耐磨性好，是硬质合金的5倍；陶瓷刀具寿命比硬质合金刀具寿命长；陶瓷刀具具有很好的热硬性，当切削温度为760 时，具有
40、87 HRA（相当于66 HRC）的硬度，温度达1 200 时，仍能保持80 HRA的硬度；陶瓷刀具摩擦系数低，切削力比硬质合金小，用该类刀具加工时能提高表面光洁度。陶瓷刀具的缺点是强度和韧性差，热导率低。5.3刀刀 具具 材材 料料立方氮化硼刀具材料立方氮化硼刀具材料3.立方氮化硼（简称CBN）是由六方氮化硼为原料在高温高压下合成的。CBN刀具材料的主要优点是硬度高，硬度仅次于金刚石刀具材料，热稳定性好，较高的导热性和较小的摩擦系数。CBN刀具材料的缺点是强度和韧性较差，抗弯强度仅为陶瓷刀具材料的1/51/2。CBN刀具适用于加工高硬度淬火钢、冷硬铸铁和高温合金材料，不宜加工塑性大的钢件和镍基合金，也不适合加工铝合金和铜合金。谢谢大家！the end
