机加工中刀具材料的应用及发展趋势
金属切削加工是现代机械制造工业中一种最基本的加工方法,在其过程中，刀具直接完成切削余量和形成已加工表面的任务，而刀具材料又是决定刀具切削性能的根本因素,它对加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度的影响极大。就拿切削速度来说,在最初使用碳素工具钢作为刀具材料时,切削速度只有每分钟10米左右；19世纪末20世纪初出现了高速钢刀具材料,切削速度提高到每分钟几十米;30年代出现了硬质合金,切削速度提高到每分钟100~５００米;20世纪中叶以后又出现了复合陶瓷、金刚石、CBN超硬刀具材料等,高速钢和硬质合金则发展了许多新品种。迄今，已使切削速度提高到每分钟一千米以上。历史事实表明，在切削加工的发展过程中,刀具材料始终是最积极的因素。同时,被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。因此,我们应当重视刀具材料的正确选择和合理使用,关注新型刀具材料的研制和发展趋势。1刀具材料应具备的性能性能优良的刀具材料,是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作,应具备如下的基本要求:一是高硬度和高耐磨性;二是足够的强度与冲击韧性;三是高耐热性、导热性和小的膨胀系数；四是良好的工艺性和经济性。2常用刀具材料常用刀具材料有工具钢(包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢)、硬质合金、超硬刀具材料和陶瓷。碳素工具钢和合金工具钢因其耐热性很差，仅用于手工工具。陶瓷和超硬刀具材料则由于性质脆、工艺性差及价格昂贵等原因,目前尚在有限的范围内使用。当今,用得最多
的为高速钢和硬质合金, 几乎各占一半。2．１高速钢高速钢是一种加入了较多的钨、铬、钒、钼等合金元素的高合金工具钢,有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单,容易刃磨成锋利的切削刃,锻造、热处理变形小，目前在复杂的刀具，如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中,仍占有主要地位。２.2硬质合金硬质合金是高强度难溶的金属化合物(主要是WＣ、TｉＣ等,又称高温碳化物）微米级的粉末,用钴或镍等金属作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。其中高温碳化物的含量超过高速钢,绝大多数车刀、端铣刀和部分立铣刀、钻孔绞刀等均已采用其制造,切削速度可达到100~２00m/miｎ以上,是最主要的刀具材料之一。但因其工艺性较差,用于复杂刀具尚受到很大限制。3新型刀具材料3.1涂层刀具涂层刀具材料是近20年出现的一种新型刀具材料。它是在一些韧性较好的硬质合金或高速钢刀具基体上,涂覆一层耐磨性高的难熔化金属化合物而获得的，是刀具材料发展中的一项重要突破。涂层技术可提高刀具的耐磨性而不降低其韧性，较好的解决了刀具材料存在的强度和韧性之间的矛盾,是切削刀具发展的一次革命。从上世纪70年代初首次在硬质合金基体上涂覆一层碳化钛（TiC)后,到19８1年就把普通硬质合金刀具的切削速度从80m ／ｍin提高到３00ｍ/ｍin。在高速钢基体上刀具涂层多为TiN,常用物理气相沉积法(PVD法)涂覆,相当于一般硬质合金的硬度,耐用度可提高2～5倍，切削速度可提高２０%~40％;在韧性较好的硬质合金基体上,涂层多为高耐磨、难熔化的金属化合物，一般采用化学
常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、已加工表面质量和加工成本等，所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要容之一。 1.刀具材料应具备的性能 金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相接触，承受着很大的切削压力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦，产生很高的切削温度，即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此，刀具切削部分材料应具备以下基本性能。 1.1 高的硬度和耐磨性 硬度是刀具材料应具备的基本特性。刀具要从工件上切下切屑，其硬度必须比工件材料的硬度大。 耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说，刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。组织中硬质点（碳化物、氮化物等）的硬度越高，数量越多，颗粒越小，分布越均匀，则耐磨性越高。但刀具材料的耐磨性实际上不仅取决于它的硬度，而且也和它的化学成分、强度、纤维组织及摩擦区的温度有关。 1.2 足够的强度和韧性 要使刀具在承受很大压力，以及在切削过程常要出现的冲击和振动的条件下工作，而不产生崩刃和折断，刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。 1.3 高的耐热性 耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。它是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。 1.4 导热性好 刀具材料的导热性越好，切削热越容易从切削区散走，有利于降低切削温度。刀具材料的导热性用热导率表示。热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。
1.5 具有良好的工艺性和经济性 既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理性能、焊接性能等要好，且又要资源丰富，价格低廉。 2.常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、瓷和超硬材料等五大类。常用刀具材料的主要性能及用途见表2-1。
机加工中刀具材料的应用及发展趋势 金属切削加工是现代机械制造工业中一种最基本的加工方法,在其过程中，刀具直接完成切削余量和形成已加工表面的任务，而刀具材料又是决定刀具切削性能的根本因素,它对加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度的影响极大。就拿切削速度来说,在最初使用碳素工具钢作为刀具材料时,切削速度只有每分钟10米左右；19世纪末20世纪初出现了高速钢刀具材料,切削速度提高到每分钟几十米;30年代出现了硬质合金,切削速度提高到每分钟100~５００米;20世纪中叶以后又出现了复合陶瓷、金刚石、CBN超硬刀具材料等,高速钢和硬质合金则发展了许多新品种。迄今，已使切削速度提高到每分钟一千米以上。历史事实表明，在切削加工的发展过程中,刀具材料始终是最积极的因素。同时,被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。因此,我们应当重视刀具材料的正确选择和合理使用,关注新型刀具材料的研制和发展趋势。1刀具材料应具备的性能性能优良的刀具材料,是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作,应具备如下的基本要求:一是高硬度和高耐磨性;二是足够的强度与冲击韧性;三是高耐热性、导热性和小的膨胀系数；四是良好的工艺性和经济性。2常用刀具材料常用刀具材料有工具钢(包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢)、硬质合金、超硬刀具材料和陶瓷。碳素工具钢和合金工具钢因其耐热性很差，仅用于手工工具。陶瓷和超硬刀具材料则由于性质脆、工艺性差及价格昂贵等原因,目前尚在有限的范围内使用。当今,用得最多
的为高速钢和硬质合金, 几乎各占一半。2．１高速钢高速钢是一种加入了较多的钨、铬、钒、钼等合金元素的高合金工具钢,有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单,容易刃磨成锋利的切削刃,锻造、热处理变形小，目前在复杂的刀具，如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中,仍占有主要地位。２.2硬质合金硬质合金是高强度难溶的金属化合物(主要是WＣ、TｉＣ等,又称高温碳化物）微米级的粉末,用钴或镍等金属作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。其中高温碳化物的含量超过高速钢,绝大多数车刀、端铣刀和部分立铣刀、钻孔绞刀等均已采用其制造,切削速度可达到100~２00m/miｎ以上,是最主要的刀具材料之一。但因其工艺性较差,用于复杂刀具尚受到很大限制。3新型刀具材料3.1涂层刀具涂层刀具材料是近20年出现的一种新型刀具材料。它是在一些韧性较好的硬质合金或高速钢刀具基体上,涂覆一层耐磨性高的难熔化金属化合物而获得的，是刀具材料发展中的一项重要突破。涂层技术可提高刀具的耐磨性而不降低其韧性，较好的解决了刀具材料存在的强度和韧性之间的矛盾,是切削刀具发展的一次革命。从上世纪70年代初首次在硬质合金基体上涂覆一层碳化钛（TiC)后,到19８1年就把普通硬质合金刀具的切削速度从80m ／ｍin提高到３00ｍ/ｍin。在高速钢基体上刀具涂层多为TiN,常用物理气相沉积法(PVD法)涂覆,相当于一般硬质合金的硬度,耐用度可提高2～5倍，切削速度可提高２０%~40％;在韧性较好的硬质合金基体上,涂层多为高耐磨、难熔化的金属化合物，一般采用化学
金属切削加工刀具材料的选择 金属切削加工刀具分为：车刀、铣刀、刨刀、钻头等。下面我们就针对这些做出说明。 （一）车刀 车刀是用于车削加工的、具有一个切削部分的刀具。车刀是切削加工中应用最广的刀具之一。车刀的工作部分就是产生和处理切屑的部分，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。 车刀的切削部分由主切削刃、副切削刃、前刀面、主后刀面和副后刀面，刀尖角成。车刀的切削部分和柄部(即装夹部分)的结合方式主要有整体式、焊接式、机械夹固式和焊接-机械夹固式。机械夹固式车刀可以避免硬质合金刀片在高温焊接时产生应力和裂纹，并且刀柄可多次使用。机械夹固式车刀一般是用螺钉和压板将刀片夹紧，装可转位刀片的机械夹固式车刀。刀刃用钝后可以转位继续使用，而且停车换刀时间短，因此取得了迅速发展。车刀的切削部分由主切削刃、副切削刃、前面、后面和副后面等组成。它的几何形状由前角γo、后角αo、主偏角κr、刃倾角γ S、副偏角κ惤和刀尖圆弧半径rε所决定。车刀几何参数的选择受多种因素影响，必须根据具体情况选取。前角γo根据工件材料的成分和强度来选取，切削强度较高的材料时，应取较小的值。例如，硬质合金车刀在切削普通碳素钢时前角取10°～15°；在切削铬锰钢或淬火钢时取-2°～-10°。一般情况下后角取6°～10°。主偏角κr根据工艺系统的刚性条件而定,
一般取30°～75°,刚性差时取较大的值，在车阶梯轴时，由于切削方式的需要取大于或等于90°。刀尖圆弧半径rε和副偏角κ惤一般按加工表面粗糙度的要求而选取。刃倾角γ S则根据所要求的排屑方向和刀刃强度确定。车刀前面的型式主要根据工件材料和刀具材料的性质而定。最简单的是平面型，正前角的平面型适用于高速钢车刀和精加工用的硬质合金车刀，负前角的平面型适用于加工高强度钢和粗切铸钢件的硬质合金车刀。带倒棱的平面型是在正前角平面上磨有负倒棱以提高切削刃强度，适用于加工铸铁和一般钢件的硬质合金车刀。对于要求断屑的车刀，可用带负倒棱的圆弧面型，或在平面型的前面上磨出断屑台。 车刀分类：按结构可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成型车刀。车刀按用途可分为外圆、台肩、端面、切槽、切断、螺纹和成形车刀等。还有专供自动线和数字控制机床用的车刀。车刀按材质可分为.高碳钢、高速钢、非铸铁合金刀具、烧结碳化刀具、陶瓷车刀、钻石刀具、氮化硼刀具等。 高碳钢车刀是由含碳量0.8%~1.5%之间的一种碳钢，经过淬火硬化后使用，因切削中的摩擦四很容易回火软化。 高速钢为一种钢基合金俗名白车刀，含碳量0.7~0.85%之碳钢中加入W、Cr、V及Co等合金元素而成。例如18-4-4高速钢材料中含有18%钨、4%铬以及4%钒的高速钢。高速钢车刀切削中产生的摩擦热可高达至600℃，适合转速1000rpm以下及螺纹之车削。
刀具材料的研究现状及展望 2012034110 李贺 【摘要】随着难加工材料的日益增多以及对加工效率的要求的提高，刀具的发展对提高生产效率和加工质量具有直接影响。本文以刀具材料为主线，介绍了高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料等刀具材料的性能以及现状。根据刀具材料的优缺点提出其适合的加工切削条件，同时在理论层面提出对未来发展的思考。 【关键词】高速钢；硬质合金；陶瓷；超硬材料；研究现状；展望 1 刀具失效形式和性能要求 刀具磨损是刀具的主要失效形式，常见的失效形式有：磨粒磨损、氧化磨损、粘结磨损、扩散磨损等正常磨损；卷刀、崩刃、崩碎、打刀等非正常磨损[1]。由此，刀具材料应具有良好的力学性能，另外还应具有良好的工艺性能以及可最大限度降低刀具成本的经济性[2]。 2 高速钢刀具材料 高速钢刀具材料可分为传统熔融高速钢、粉末冶金高速钢和少无莱氏体高速钢。但随着加工材料的发展，虽然其能满足通用工程材料切削加工的要求，但其性能已不够先进。 2.1 传统熔融高速钢 熔融高速钢刀具材料分为：普通高速钢；高性能高速钢。普通高速钢具有较好的塑性，常温硬度63～66HRC，而在高温下，硬度很差。高性能高速钢的硬度普遍比普通高速钢提高2～4 个HRC，高温硬度也较好，但是其抗弯强度、韧性较低[3]。 2.2 粉末冶金高速钢、少无莱氏体高速钢 粉末冶金高速钢及少无莱氏体高速钢解决了熔炼高速钢在冷凝过程中产生的粗大碳化物偏析及碳化物粗大问题。 少无莱氏体钢在热处理时需要进行渗碳处理提高表层的含碳量，以增加硬度，表层经淬火及回火后硬度可达66～67HRC 以上，成为超硬高速钢。少无莱氏体高速钢刀具有芯韧表硬的特点，具有好的综合性能[4]。 3 硬质合金刀具材料 硬质合金是由硬度和熔点很高的碳化物（称硬质相）和金属（称粘结相）。近年来随着材料技术的发展，将其分为P、M、K、H、S、N 六个系列[5]。P 类，主要用于切削钢材；K 类，主要用于切削铸铁；M 类，为普通型硬质 合金；H 类，主要用于切削高硬材料，如淬硬钢，冷硬铸铁等；S 类，用于切削耐热材料、高温合金等；N 类，用于切削有色金属[6]。 3.1 传统硬质合金刀具材料 分类：碳化钨基硬质合金、碳（氮）化钛基硬质合金。 性能：硬度为89.5～94HRA，具有较好的红硬性、耐磨性等综合性能，其适于加工未淬火的钢材。
数控刀具材料及选用，再也不用盲目选刀 加工设备与高性能的数控刀具相配合，才能充分发挥其应有的效能，取得良好的经济效益。随着刀具材料迅速发展，各种新型刀具材料，其物理、力学性能和切削加工性能都有了很大的提高，应用范围也不断扩大。 一. 刀具材料应具备基本性能 刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用。因此，刀具材料应具备如下一些基本性能： (1) 硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，一般要求在60HRC以上。刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。 (2) 强度和韧性。刀具材料应具备较高的强度和韧性，以便承受切削力、冲击和振动,防止刀具脆性断裂和崩刃。 (3) 耐热性。刀具材料的耐热性要好，能承受高的切削温度，具备良好的抗氧化能力。 (4) 工艺性能和经济性。刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能；磨削加工性能等，而且要追求高的性能价格比。 二.刀具材料的种类、性能、特点、应用 1．金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用 金刚石是碳的同素异构体，它是自然界已经发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能，在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。 ⑴金刚石刀具的种类 ①天然金刚石刀具：天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了，天然单晶金刚石刀具经过精细研磨，刃口能磨得极其锋利，刃口半径可达0.002靘，能实现超薄切削，可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度，是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。 ②PCD金刚石刀具：天然金刚石价格昂贵，金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶金刚石
第18卷 第3期2011年6月 金属功能材料M etallic Functional M aterials Vol .18, No .3 June , 2011 硬质合金刀具材料发展现状与趋势 陶国林 1,2 ,蒋显全2,黄 靖 3 (1.重庆工商大学,重庆400067;2.重庆市科学技术研究院 新材料研究中心,重庆400020; 3.重庆机械电子技师学院,重庆400030) 摘 要:回顾了各种硬质合金刀具材料的基本性能和发展现状,并对各种刀具材料技术的研究成果及发展趋势进行了探讨,同时提出了今后的发展方向。关键词:硬质合金;刀具材料;涂层 中图分类号:T G135.5 文献标识码:A 文章编号:1005-8192(2011)03-0079-05 Research Status and Developing Trend of Cemented Carbide Tool TA O G uo -lin 1,2,JIA NG Xian -quan 2,H U A NG Jing 3 (1.Chongqing Technolo gy and Business U niv ersity ,Chongqing 400067,China ;2.Cho ng qing A cademy o f Science and T echno lo gy ,Chongqing 400020,China ;3.Chongqing M echanical Elec trical A rtificer Co llege ,Cho ng qing 400030,China ) Abstract :Co nventio na l pe rfor mances and resea rch status o f many kinds of cemented car bide cutting too l material are rev iewed ,and the resea rch achievement o f cemented ca rbide too ls in recent year s are discussed ;M eanw hile ,develop -ment trend in the future is put fo rw ard . Key words :ceme nted ca rbide ;cutting to ol ma te rial ;coa ting 作者简介:陶国林(1975-),男,四川德阳人,硕士,助理研究员,主要从事碳化钨硬质合金方面的研究。 随着加工业的发展,难加工材料的使用日益增多,对加工效率的要求也不断提高。刀具的发展对 提高生产效率和加工质量具有直接影响。材料成分和结构以及几何形状是决定刀具性能的3要素,其中刀具材料的性能起着关键性作用。目前虽然可供使用的品种很多,新型的刀具材料也不断出现,但硬质合金是最受欢迎的一种刀具材料[1]。 硬质合金是由高硬度、难熔的金属碳化物(WC 、TiC 等)微米级粉末采用Co 、Mo 、Ni 等作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品,。其高温碳化物含量超过高速钢,允许的切削温度高达800～1000℃,常温硬度达89～93H RA ;在540℃时为82～87H RA ,与高速钢常温时硬度(83～86H RA )相同;760℃时硬度达77～85H RA ,并具有化学稳定性好、耐热性高等优点。硬质合金刀具切削速度可达 100～300m /min ,远远超过高速钢,寿命是高速钢的几倍到几十倍[2] 。发达国家90%以上的车刀和 55%以上的铣刀都采用硬质合金材料制造,目前使用比重仍在增加[3]。另外,硬质合金也用来制造钻头、铣刀、齿轮刀具、铰刀等复杂刀具,硬质合金以其优良的性能正在更多的场合替代其他的刀具材料,现在已成为主要的刀具材料之一。 目前世界上硬质合金刀具已占刀具主导地位,占比达70%;金刚石、立方氮化硼等超硬刀具占比约为3%左右;而高速钢刀具正以每年1%～2%速度缩减,目前所占比例已降至30%以下。我国目前年产硬质合金1.6万t ,占全球总产量40%左右。但硬质合金制品附加值最高的切削刀片产量只有 3000余t ,只占20%[4,5] 。 从经济效益方面比较,我国刀具年销售额为
加工中心的刀具及参数选择 刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。CAD/CAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能，特别是微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成，一般不需要输出专门的工艺文件。现在，许多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能，这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题，比如，刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等，编程人员只要设置了有关的参数，就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。因此，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点。本文对数控编程中必须面对的刀具选择和切削用量确定问题进行了探讨，给出了若干原则和建议，并对应该注意的问题进行了讨论。 一、数控加工常用刀具的种类及特点 数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为： ①整体式； ②镶嵌式，采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；
③特殊型式，如复合式刀具，减震式刀具等。 根据制造刀具所用的材料可分为： ①高速钢刀具； ②硬质合金刀具； ③金刚石刀具； ④其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。 从切削工艺上可分为： ①车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种； ②钻削刀具，包括钻头、铰刀、丝锥等； ③镗削刀具； ④铣削刀具等。 为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%～40%，金属切除量占总数的80%～90%。数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点： ⑴刚性好（尤其是粗加工刀具），精度高，抗振及热变形小； ⑵互换性好，便于快速换刀； ⑶寿命高，切削性能稳定、可靠； ⑷刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间； ⑸刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除； ⑹系列化，标准化，以利于编程和刀具管理。 二、数控加工刀具的选择 刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因
目录 1 先进刀具使用现状 (1) 1.1 刀具的材料 (1) 1.2 刀具涂层技术 (2) 1.3 立铣刀、丝锥、钻头等传统刀具进入高速切削发展阶段 (4) 1.4 可转位刀具的新进展 (4) 1.5 切削加工新的配套技术 (5) 2 先进刀具的发展趋势 (7) 2.1 数控切削技术的发展对刀具工业提出了更高的要求 (7) 2.2 刀具新技术、新结构、新品种的发展及趋势 (8) 2.3 与刀具相关新技术的发展 (10) 附录：参考文献 (12)
1 先进刀具使用现状 1.1 刀具的材料 当前，刀具材料进展的主要特点是：一方面硬质合金取代高速钢成为主要的刀具材料；另一方面超硬刀具材料使用比重大幅增加。 1.硬质合金基体方面 硬质合金新牌号的开发越来越具有很强的针对性,如美国Kennametal公司 仅针对不同被加工材料的车削加工牌号就有：加工钢材的KC9110、加工不锈钢的KC9225、加工铸铁的KY1310、加工耐热合金的KC5410、加工淬硬材料的KC5510、加工非铁材料的KY1615，新牌号比原牌号平均可提高切削效率15%～20%。山高公司推出的加工铸铁的TK1000、TK2000新牌号，可提高切削速度20%～30%，而该公司为加工钢件开发的TP3000在重切削、断续切削、大进给的应用中则有很好的可靠性。 铸铁和不锈钢是目前两种应用较多的工件材料，然而两者的可加工性有很大的差异，很多公司都开发出了加工这两种材料的专用牌号。如株洲钻石切削刀具股份有限公司开发的黑金刚刀片系列，是专门加工铸铁的硬质合金刀片，包括可干式高速加工灰铸铁的YBD052、可高速加工球墨铸铁的YBD102、可用于中高速或铣削的YBD152及适用中低速湿式铣削或断续条件下车削的YBD252等牌号。这些新牌号比原有的牌号可提高切削速度30%～40%，使用寿命可提高将近40%～50%。在加工不锈钢方面，瑞典Sandvik公司车削奥氏体不锈钢的GC2015是具有梯度区的抗塑性变形和改进热硬性的基体，加上专为此牌号而设计的 TiN-TiN/Al2O3(多层)-TiCN涂层，并对涂层表面进行平滑处理，提高了抗磨料磨损、抗剥落、抗积屑瘤的能力。而韩国KORLOY公司的PC9530为铣削不锈钢的牌号，采用超细颗粒的基体和PVD涂层。 2.在新牌号的开发中重视基体和涂层的优化组合 对于适合高速加工的牌号，其基体应有较高抗塑性变形的能力和富钴的表层及抗月牙磨损的涂层；对于适合断续切削的牌号，基体和涂层都要有较好的韧性。Sandvik公司车削铸铁的专用牌号GC3205、GC3210、GC3215为CVD涂层硬质合金，
金属切削原理 读书报告 《常用刀具材料分类、特点及应用》 姓名 学号 班级 学院 二○一五年五月
摘要 机械制造工业是制造业最重要的组成之一，它担负着向国民经济的各个部门提供机械装备的任务。我国现代化建设的发展速度在很大程度上要取决于机械制造工业的发展水平，因此，从这个意义上说，机械制造工业的发展水平是关系全局的。机械制造中的加工方法很多，其中材料去除加工精度较高、表面质量较好，有很强的加工适应性，是目前机械制造中应用最广泛的加工方法。材料去除加工时，刀具在工作时，要承受很大的压力。同时，由于切削产生的金属塑性变形以及各部的摩擦，使刀具切削刃上产生很高的温度和受到很大的应力，在这样的条件下，刀具将迅速磨损或破损。因此刀具材料性能应满足；高的硬度和耐磨性、足够的强度和韧性、高的耐热性、良好的热物理性能和耐热冲击性能、良好的工艺性能和经济性等要求。常用的刀具材料有高速钢、硬质合金、涂层刀具以及其他刀具材料包括陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。其中陶瓷材料和超硬刀具材料对常规刀具材料的竞争越来越激烈，且所占比重快速增长。随着上述刀具材料的发展，使车削加工的切削速度提高了100多倍，而且新刀具材料出现的周期也越来越短。但在较长时间内，各种刀具材料将仍是相互补充，相互竞争。 关键词：刀具材料性能，刀具材料分类，刀具材料特点，刀具材料应用
目录 引言 (3) 第一章绪论 (3) 1.1金属切削技术的发展概况 (3) 1.2金属切削材料的研究意义 (4) 第二章刀具材料性能 (4) 2.1刀具切削环境 (4) 2.2刀具材料性能要求 (4) 2.3刀具材料主要性能 (6) 第三章刀具材料分类 (7) 3.1高速钢 (7) 3.1.1 普通高速钢 (8) 3.1.2高性能高速钢 (8) 3.1.3粉末冶金高速钢 (9) 3.2硬质合金 (9) 3.2.1钨钴类硬质合金 (10) 3.2.2钨钛钴类硬质合金 (10) 3.2.3钨钛钽（铌）钴类硬质合金 (11) 3.2.4硬质合金的选用 (11) 3.3涂层刀具 (12) 3.4其它刀具材料 (13) 3.4.1陶瓷材料 (13) 3.4.2金刚石 (14) 3.4.3立方氮化硼（简称CBN） (15) 第四章刀具材料发展 (15) 参考文献 (16)
数控加工中心刀具选用探讨（doc 20页）
合肥通用职业技术学院 毕 业 论 文 论文题目: 控加工中心刀具选用研究 系别：数控与材料工程系 专业：数控技术 学制：三年
be qualified to make numerically-controlled machine tool's function get reasonable application and sufficient play. Nc machine is a kind of efficient automation equipment, it is more efficient than the conventional machine tools of 2 ~ 3 times, to give full play to the characteristics of CNC programming, must be in process analysis of workpiece before, according to the specific conditions, the choice of economic and reasonable process scheme. Nc machining process thoughtfulness is the effect of nc machine tools machining quality, production efficiency and machining cost of important factor. This article from the production practice, discusses and summarizes some of the numerical control turning process process problems. 关键词（Keywords）：工序划分；刀具选择；刀具特点；发展趋势；生产实践
硬质合金刀具材料的研究现状与发展思路 作者：佚名来源：不详发布时间：2008-11-21 23:35:38 发布人：admin 减小字体增大字体 材料、结构和几何形状是决定刀具切削性能的三要素，其中刀具材料的性能起着关键性作用。国际生产工程学会(CIRP)在一项研究报告中指出：“由于刀具材料的改进，允许的切削速度每隔10年几乎提高一倍”。刀具材料已从20世纪初的高速钢、硬质合金发展到现在的高性能陶瓷、超硬材料等，耐热温度已由500～600℃提高到1200℃以上，允许切削速度已超过1000m/min，使切削加工生产率在不到100 年时间内提高了100多倍。因此可以说，刀具材料的发展历程实际上反映了切削加工技术的发展史。 常规刀具材料的基本性能 1) 高速钢 1898 年由美国机械工程师泰勒(F.W.Taylor)和冶金工程师怀特(M.White)发明的高速钢 至今仍是一种常用刀具材料。高速钢是一种加入了较多W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具钢，其含碳量为0.7%～1.05%。高速钢具有较高耐热性，其切削温度可达600℃，与碳素工具钢及合金工具钢相比，其切削速度可成倍提高。高速钢具有良好的韧性和成形性，可用于制造几乎所有品种的刀具，如丝锥、麻花钻、齿轮刀具、拉刀、小直径铣刀等。但是，高速钢也存在耐磨性、耐热性较差等缺陷，已难以满足现代切削加工对刀具材料越来越高的要求；此外，高速钢材料中的一些主要元素(如钨)的储藏资源在世界范围内日渐枯竭，据估计其储量只够再开采使用40～60年，因此高速钢材料面临严峻的发展危机。 2) 陶瓷 与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此，加工钢材时，陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10～20倍，其红硬性比硬质合金高2～6倍，且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷材料的缺点是脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差，这也是近几十年来人们不断对其进行改进的重点。 陶瓷刀具材料可分为三大类：①氧化铝基陶瓷。通常是在Al2O3基体材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分，经热压制成复合陶瓷刀具，其硬度可达93～95HRC，为提高韧性，常添加少量Co、Ni等金属。②氮化硅基陶瓷。常用的氮化硅基陶瓷为Si3N4+TiC+Co复合陶瓷，其韧性高于氧化铝基陶瓷，硬度则与之相当。③氮化硅—氧化铝复合陶瓷。又称为赛阿龙(Sialon)陶瓷，其化学成分为77%Si3N4+13%Al2O3，硬度可达1800HV，抗弯强度可达1.20GPa，最适合切削高温合金和铸铁。 3) 金属陶瓷 金属陶瓷与由WC构成的硬质合金不同，主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、M o等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金，低于陶瓷材料；其横向断裂强度大于
金属切削原理读书报告 常用刀具材料分类特点及应用 姓名： 班级： 学号： 2014年5月7日
摘要 本文在阅读有关论文和专著的基础上对现阶段常用的刀具材料进行了总结和分析，总结出了碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方碳化硼等刀具材料的特点及应用范围，同时针对几种常见的切削工序中刀具材料的应用做了简单的分析。
目录 摘要 (1) 1刀具材料的发展历史 ......................................................... 错误!未定义书签。 2 常用刀具材料及特点 ........................................................ 错误!未定义书签。 碳素工具钢 ................................................................... 错误!未定义书签。 合金工具钢 ................................................................... 错误!未定义书签。 高速钢 ........................................................................... 错误!未定义书签。 硬质合金 ....................................................................... 错误!未定义书签。 陶瓷 ............................................................................... 错误!未定义书签。 超硬材料 ....................................................................... 错误!未定义书签。 3 刀具材料的典型应用 ........................................................ 错误!未定义书签。 工件材料与刀具材料 ................................................... 错误!未定义书签。 加工条件与刀具材料 ................................................... 错误!未定义书签。 4 总结 .................................................................................... 错误!未定义书签。 5 参考文献 ............................................................................ 错误!未定义书签。
刀具行业的发展趋势 刀具行业是一个比较特殊的行业，肩负着为制造业提供关键装备---数控刀具的重任。制造业的水平往往受刀具行业整体水平的影响较大，而制造业的发展也会促进刀具行业的发展，两者可以说是相互促进相互制约。随着制造业的持续发展，刀具行业必将快速、稳步发展。根据制造业发展的需要，多功能复合刀具、智能刀具、高速高效刀具将成为时代的新宠。面对日益增多的难加工材料，刀具行业必须在改进原有的刀具材料、研发新的刀具材料及寻找更合理的刀具结构方面多下功夫，以解决制造业面临的越来越多的加工难题。2006年，刀具行业主要呈现以下七大发展趋势： 硬质合金材料增多 硬质合金材料依然是刀具材料中的主要成员，也是各国刀具制造厂商着力发展的刀具材料之一。目前，硬质合金材料的应用已有显著进展，细颗粒、超细颗粒硬质合金材料的开发是进一步提高刀具使用可靠性的发展方向，纳米涂层、梯度结构涂层及全新结构、材料的涂层是提高刀具使用性能的发展方向，物理涂层的应用将会继续增多，纯陶瓷、金属陶瓷、氮化硅陶瓷、PCBN、PCD等刀具材料的韧性将得到进一步增强，可应用场合逐渐增多。 研发更具针对性 通用牌号、通用结构不再是刀具制造厂商研发的重点，面对复杂多变的应用场合和加工条件，针对性更强的刀片槽形结构、牌号及配套刀具将取代通用的槽形、牌号的刀片及刀具。这在提高加工效率、加工质量、降低切削成本方面将会收到显著效果。 切削技术快速发展 高速切削、硬切削、干切削继续快速发展。高速切削以其不同于传统速度切削的独特机理以及在提高加工效率、提高加工质量、减少切削变形、缩短加工周期方面的显著效果，在制造业的应用必将进一步增多，高速切削刀具的需求将进一步增多。硬切削是一种新的加工工艺，在提高加工效率、降低加工成本、减少设备资金投入方面的作用独树一帜，对传统的磨削工艺提出了挑战，"以切代磨"将成为发展趋势之一。干切削作为一种绿色制造工艺与湿式切削相比有许多优点，但也存在切削力增大、切削变形加剧、耐用度降低、工件加工质量不易保证等缺点，但是通过分析干切削的各种特定边界条件和影响干切削的各种因素，寻
浅谈数控刀具材料及选用 先进的加工设备与高性能的数控刀具相配合，才能充分发挥其应有的效能，取得良好的经济效益。随着刀具材料迅速发展，各种新型刀具材料，其物理、力学性能和切削加工性能都有了很大的提高，应用范围也不断扩大。 3．3．1 刀具材料应具备基本性能 刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用。因此，刀具材料应具备如下一些基本性能： (1) 硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，一般要求在60HRC 以上。刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。 (2) 强度和韧性。刀具材料应具备较高的强度和韧性，以便承受切削力、冲击和振动, 防止刀具脆性断裂和崩刃。 (3) 耐热性。刀具材料的耐热性要好，能承受高的切削温度，具备良好的抗氧化能力。 (4) 工艺性能和经济性。刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能；磨削加工性能等，而且要追求高的性能价格比。 3．3．2 刀具材料的种类、性能、特点、应用 1．金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用 金刚石是碳的同素异构体，它是自然界已经发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能，在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。 ⑴ 金刚石刀具的种类 ①天然金刚石刀具：天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了，天然单晶 金刚石刀具经过精细研磨，刃口能磨得极其锋利，刃口半径可达0.002卩m能实 现超薄切削，可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度，是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。 ②PCD金刚石刀具：天然金刚石价格昂贵，金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶金刚石(PCD)，自20世纪70年代初，采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石(Polycrystauine diamond ，简称PCD刀片研制成功以后，在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石所代替。PCD原料来源丰富，其价格只有天然金刚石的几十分之一至十几分之一。 PCD刀具无法磨出极其锋利的刃口，加工的工件表面质量也不如天然金刚石，现在工业中还不能方便地制造带有断屑槽的PCD刀片。因此，PCD只能用于有色金
数控加工中刀具的选择原则和切削用量 作者：佚名来源：不详发布时间：2008-3-9 0:57:41 发布人：admin 减小字体增大字体 摘要:现代刀具显著的特点是结构的创新速走加快。随着计算机应用领域的不断扩大，机械加工也开始运用数拉技术，这时刀具选择与切削用量提出了更高的要求。本文就扣何确定数控加工中的刀具选择与切削用全进行了探讨。 关键词:数控技术;机械加工;刀具选择 一、科学选择数控刀具 1、选择数控刀具的原则 刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。 选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15-30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选得低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要冈牲好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。 2、选择数控车削用刀具 数控车削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如900内外圆车刀、左右端面车刀、切槽(切断)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数(主要是几何角度)的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点(如加工路线、加工干涉等)进行全面的考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。 二是圆弧形车刀。圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，应此，刀位点不在圆弧上，而在该
3．3 数控刀具材料及选用 先进的加工设备与高性能的数控刀具相配合，才能充分发挥其应有的效能，取得良好的经济效益。随着刀具材料迅速发展，各种新型刀具材料，其物理、力学性能和切削加工性能都有了很大的提高，应用范围也不断扩大。 3．3．1刀具材料应具备基本性能 刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用。因此，刀具材料应具备如下一些基本性能：(1)硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，一般要求在60HRC以上。刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。 (2)强度和韧性。刀具材料应具备较高的强度和韧性，以便承受切削力、冲击和振动,防止刀具脆性断裂和崩刃。 (3)耐热性。刀具材料的耐热性要好，能承受高的切削温度，具备良好的抗氧化能力。 (4)工艺性能和经济性。刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能；磨削加工性能等，而且要追求高的性能价格比。 3．3．2刀具材料的种类、性能、特点、应用 1．金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用
金刚石是碳的同素异构体，它是自然界已经发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能，在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。 ⑴金刚石刀具的种类 ①天然金刚石刀具：天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了，天然单晶金刚石刀具经过精细研磨，刃口能磨得极其锋利，刃口半径可达0.002μm，能实现超薄切削，可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度，是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。 ②PCD金刚石刀具：天然金刚石价格昂贵，金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶金刚石(PCD)，自20世纪70年代初，采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石(Polycrystauine diamond，简称PCD刀片研制成功以后，在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石所代替。PCD原料来源丰富，其价格只有天然金刚石的几十分之一至十几分之一。 PCD刀具无法磨出极其锋利的刃口，加工的工件表面质量也不如天然金刚石，现在工业中还不能方便地制造带有断屑槽的PCD刀片。因此，PCD只能用于有色金属和非金属的精切，很难达到超精密镜面切削。 ③CVD金刚石刀具：自从20世纪70年代末至80年代初，CVD金刚石技术在日本出现。CVD金刚石是指用化学气相沉积法(CVD)在异质基体(如硬质合金、陶瓷等)上合成金刚石膜，CVD金刚石具有与天然金刚石完全相同的结构和特性。 CVD金刚石的性能与天然金刚石相比十分接近，兼有天然单晶金刚石和聚晶金刚石(PCD)的优点，在一定程度上又克服了它们的不足。 ⑵金刚石刀具的性能特点： ①极高的硬度和耐磨性：天然金刚石是自然界已经发现的最硬的物质。金刚石具有极高的耐磨性，加工高硬度材料时，金刚石刀具的寿命为硬质合金刀具的lO～100倍，甚至高达几百倍。 ②具有很低的摩擦系数：金刚石与一些有色金属之间的摩擦系数比其他刀具都低，摩擦系数低，加工时变形小，可减小切削力。 ③切削刃非常锋利：金刚石刀具的切削刃可以磨得非常锋利，天然单晶金刚石刀具可高达0.002～0.008μm，能进行超薄切削和超精密加工。 ④具有很高的导热性能：金刚石的导热系数及热扩散率高，切削热容易散出，刀具切削部分温度低。 ⑤具有较低的热膨胀系数：金刚石的热膨胀系数比硬质合金小几倍，由切削热引起的
国内外刀具行业发展趋势 随着制造技术的全球化发展趋势，特别以高精密的精加工为主流，适应当今的潮流，高精化，高速化，自动化，多功能化，高生产效率，所以对制造技术必然带来巨大的挑战，国家的强大靠工业发展带动，机床再先进也得靠实力加工完成，所以刀具在制造加工业中起到关键牙齿的作用，但中国刀具技术的发展现状不容乐观，中国市场需要大量的高性能刀具。特别是通用机械制造领域：汽车、航空航天、能源装备、医疗器械、轨道交通、齿轮、压缩机乃至一些重要的军工制造，都离不开刀具加工。尤其是在汽车制造、飞机制造中应用比例较高，其中汽车工业是消耗机床刀具的大户，占全球总刀具消费量的一半以上。 刀具行业应用的广泛性和重要性决定了对刀具性能更高标准的要求。目前国内刀具行业发展仍然处于缓慢阶段，与国外差距较大。一些中低端刀具产品占据市场较大份额，重要的专用刀具牌号缺乏。高端一些的涂层硬质合金刀具产品在国内占有份额极少，重要的汽车工业、航空航天领域几乎没有应用。国内高性能刀具市场被国外品牌抢占，如山特、肯纳、山高、瓦尔特、伊斯卡、住友三菱、钴领等等。 超硬材料刀具（PCD/PCBN）是我国近些年来新性发展起来的高性能刀具，尽管取得了一些进步，但整体发展状况依旧令人堪忧，主要体现在： 1、刀具制造企业技术研发能力不足；
2、对材质和被加工材质的研究不足，刀具应用问题解决能力差； 3、缺乏完善的加工参数数据库； 4、刀具产品研发缺乏系统性。 尽管如此，高性能数控刀具的发展却没有引起足够的重视，国家产业政策倾斜度不够，投入不足。对现代数控刀具高水平，大投入，规模化，国际化，技术密集的特点缺乏认识，在发展战略上，数控刀具与数控机床的发展严重脱节。整个中国刀具行业缺乏合理有机的发展环境！