切削原理與刀具1

金屬切削原理與刀具M(jìn)etalCuttingMethodAndTheDesignofCuttingTools（2007本科課程版）機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)主干課程1歡迎大家學(xué)習(xí)金屬切削原理與刀具課2一、本課程的性質(zhì)《金屬切削原理與刀具》在工科院校與機(jī)制有關(guān)的專業(yè)中占有重要的地位，因此一直列為考試課，在我院的數(shù)控、機(jī)制、機(jī)電等專業(yè)自然也是考試課。二、本課程的內(nèi)容《金屬切學(xué)原理與刀具》分為兩部分，原理部分討論的是金屬切削加工過程中的主要物理現(xiàn)象的變化規(guī)律，以及對規(guī)律的控制及應(yīng)用；刀具部分是要我們學(xué)習(xí)常用金屬切削刀具的選擇、使用以及常用非標(biāo)準(zhǔn)刀具的設(shè)計(jì)，如成形車刀、成形銑刀和拉刀等。三、本課程的特點(diǎn)（1）涉及知識(shí)面廣（2）實(shí)驗(yàn)理論多（3）實(shí)踐性強(qiáng)金屬切削原理與刀具課程簡介本課程的性質(zhì)、內(nèi)容和任務(wù)3金屬切削原理與刀具課程簡介課程宗旨了解金屬切削原理與刀具領(lǐng)域的最新成就和發(fā)展趨勢。掌從理論上認(rèn)識(shí)金屬切削過程一般現(xiàn)象和基本規(guī)律，能按具體的加工條件選擇合理的刀具材料、刀具切削部分的幾何參數(shù)及切削用量，并能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，分析和解決生產(chǎn)中出現(xiàn)的一些有關(guān)問題。初步掌握金屬切削課程實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)等實(shí)踐環(huán)節(jié)訓(xùn)練，培養(yǎng)分析和解決機(jī)械制造工程問題的能力。4金屬切削原理與刀具課程簡介主要內(nèi)容金屬切削原理部分金屬切削原理基本定義（6學(xué)時(shí)）刀具材料（12學(xué)時(shí)）金屬切削變形過程（10學(xué)時(shí)）金屬切削過程切削力（12學(xué)時(shí)）切削熱和切削溫度（12學(xué)時(shí)）刀具磨損、破損和使用壽命（6學(xué)時(shí)）

5切削用量的選擇（12學(xué)時(shí)）磨削加工（6學(xué)時(shí)）金屬切削原理與刀具課程簡介主要內(nèi)容金屬切削原理部分工件材料的切削加工性（6學(xué)時(shí)）已加工表面質(zhì)量（12學(xué)時(shí)）刀具合理幾何參數(shù)的選擇（12學(xué)時(shí)）6金屬切削原理與刀具課程簡介主要內(nèi)容二，刀具部分銑刀（12學(xué)時(shí)）拉刀（6學(xué)時(shí)）齒輪刀具（6學(xué)時(shí)）

車刀（12學(xué)時(shí)）成型車刀（10學(xué)時(shí)）

孔加工刀具（12學(xué)時(shí)）7課程簡介學(xué)習(xí)方式考核方法課程特點(diǎn)與學(xué)習(xí)方法綜合性——注意聯(lián)系和綜合應(yīng)用以往所學(xué)知識(shí)實(shí)踐性——注意理論聯(lián)系生產(chǎn)實(shí)際，重視實(shí)踐性環(huán)節(jié)靈活性——掌握基本原理，活學(xué)活用期末考查——70％作業(yè)及課堂紀(jì)律——20％，實(shí)驗(yàn)——10％課堂講授——講授重點(diǎn)、難點(diǎn)自學(xué)——課程內(nèi)容20％自學(xué)，通過作業(yè)、答疑保證效果實(shí)踐環(huán)節(jié)——作業(yè)、練習(xí)、實(shí)驗(yàn)8主要參考教材與參考文獻(xiàn)主要參考教材主要參考文獻(xiàn)[1]天津大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，2004[2]張冠偉等，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題集，2004[3]張世昌主編，機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)課程，高教音像出版社，2003[4]MikellP.Groover.FundamentalsofModernManufacturing.JOHNWILEY&SONS,INC.2002周澤華主編，金屬切削原理，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.袁哲俊主編，金屬切削刀具，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.第2版9

刀具材料

金屬切削變形過程切削力切削熱和切削溫度工件材料的切削加工性刀具磨損、破損和使用壽命課程導(dǎo)航

金屬切削原理基本定義10

一、明代發(fā)展成與近代相類似的切削加工方法，如車、銑、刨、磨削等。二、建國以來，我國的機(jī)械制造業(yè)不斷壯大，金屬切削加工技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。大力推廣先進(jìn)的切削方法；在金屬切削變形、切削力、切削熱、刀具磨損和刀具耐用度、以及加工質(zhì)量等方面都取得了一定水平的科研成果；廣泛推廣應(yīng)用了機(jī)夾重磨刀具和可轉(zhuǎn)位刀具。

三、80年代以后，我國金屬切削技術(shù)達(dá)到較高的水平，計(jì)算機(jī)已在切削理論研究和刀具設(shè)計(jì)中應(yīng)用，各種先進(jìn)的測試儀器已應(yīng)用于切削機(jī)理的分析和研究中，并取得一系列科研成果。

切削原理與刀具我國金屬切削加工技術(shù)的發(fā)展、

概況11

學(xué)習(xí)本課程主要做到重視實(shí)踐知識(shí)，善于抓住問題的本質(zhì)，善于比較，要建立正確的空間概念。學(xué)習(xí)過程中，要求達(dá)到以下幾點(diǎn)：1、基本掌握切削過程中的主要物理現(xiàn)象的變化規(guī)律和應(yīng)用及控制方法，具有解決實(shí)際生產(chǎn)問題的能力。2、具有正確圖示和選擇刀具合理幾何參數(shù)的能力。3、具有根據(jù)具體要求選擇使用常用刀具，以及設(shè)計(jì)一般非標(biāo)準(zhǔn)刀具的能力。4、要求課上認(rèn)真聽講，抓住重點(diǎn)，做好筆記，課下復(fù)習(xí)，輔導(dǎo)與自學(xué)相結(jié)合。

本課程的學(xué)習(xí)要求切削原理與刀具12切削原理與刀具第1章

機(jī)械制造過程基礎(chǔ)知識(shí)FundamentalofMechanicalManufacturingProcess§1-1

切削運(yùn)動(dòng)、加工表面和切削用量三要素MovementsofCutting,CuttingSurfacesAndThreeMainfactorsofCutting13切削原理與刀具一，車削運(yùn)動(dòng)和工件上的加工表面車削加工是一種最典型、最常見的切削加工方法。普通外圓車削加工中的切削運(yùn)動(dòng)是由兩種運(yùn)動(dòng)單元組合而成的：其一是工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它是切除多余金屬以形成工件新表面的基本運(yùn)動(dòng)；其二是車刀的縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，他保證了切削工作的連續(xù)進(jìn)行。即不斷把余量投入切削的運(yùn)動(dòng)。14切削時(shí)形成的表面進(jìn)給運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)待加工表面過渡表面已加工表面切削原理與刀具15切削原理與刀具在這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合成的切削運(yùn)動(dòng)作用下，工件表面的一層金屬不斷地被車刀切下來并轉(zhuǎn)變?yōu)榍行?，從而加工出所需要的工件新表面。在新表面形成過程中，工件上有三個(gè)依次變化著的表面：（1）待加工表面：加工時(shí)即將被切除的工件表面（2）已加工表面；已被切去多余金屬而形成符合要求的工件新表面。（3）過渡表面（切削表面）：加工時(shí)由切削刃在工件上正在切削的那個(gè)表面，位于待加工表面和已加工表面之間的表面。待加工表面、過渡表面和已加工表面16切削原理與刀具172-2刀具切削部分的幾何角度一、外圓車刀切削部分的組成前面主后面副后面主切削刃副切削刃刀尖刀桿刀頭切削原理與刀具181.1.1零件表面形成方法軌跡法成形法相切法展成法flashflashflashflasha）軌跡法

b）成形法c）相切法

d）展成法圖2-6零件表面成形方法19主運(yùn)動(dòng)

指直接切除工件上的余量形成加工表面的運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)的速度即切削速度，用v（m/s）表示。

◆主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)切削加工的基本運(yùn)動(dòng)，可以由刀具來完成，也可以由工件來完成；可以是直線運(yùn)動(dòng)（用T

表示），也可以是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（用

R

表示）。正是由于上述不同運(yùn)動(dòng)形式和不同運(yùn)動(dòng)執(zhí)行元件的多種組合，產(chǎn)生了不同的加工方法。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

指為不斷把余量投入切削的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度用進(jìn)給量（f—mm/r）或進(jìn)給速度（vf

—mm/min）表示。定位和調(diào)整運(yùn)動(dòng)

使工件或刀具進(jìn)入正確加工位置的運(yùn)動(dòng)。如調(diào)整切削深度，工件分度等。1.1.2切削加工的成形運(yùn)動(dòng)20

外圓磨無心磨車銑加工滾壓加工銑削成形磨（橫磨）主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)表2-2外圓表面加工方法刀具T/RT主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件表面成形原理圖RRRRRTRRT/R車削成形車削拉削研磨1.1.3典型表面加工方法21表2-3內(nèi)圓表面加工方法表面成形原理圖鉆擴(kuò)鉸鏜拉擠行星式內(nèi)圓磨主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)刀具主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件RRTRRT/RTRTRTTRTT內(nèi)圓磨無心磨1.1.4典型表面加工方法22主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)表2-4平面加工方法刀具主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件表面成形原理圖RTRTTT刨插周銑端銑平磨端面平磨車?yán)璗1.1.5典型表面加工方法23車螺紋板牙主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)表2-5螺紋加工方法刀具主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件表面成形原理圖RTRRTTR滾壓絲錐銑螺紋梳形銑刀旋風(fēng)銑磨螺紋RR1.1.6典型表面加工方法24主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)表2-6齒形加工方法刀具主運(yùn)動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)工件表面成形原理圖RTRTTR/TRRR/T銑齒指狀銑刀銑齒成形磨齒滾齒剃齒插齒蝸桿砂輪磨齒碟形砂輪磨齒錐形砂輪磨齒1.1.7典型表面加工方法251.1.8切削用量三要素主運(yùn)動(dòng)（切削速度）指直接切除工件上的余量形成加工表面的運(yùn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)的速度即切削速度，用v（m/s）表示。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)

（進(jìn)給速度）指為不斷把余量投入切削的運(yùn)動(dòng)。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的速度用進(jìn)給量（f—mm/r）或進(jìn)給速度（vf

—mm/min）表示。背吃刀量主刀刃與工件切削表面接觸長度在主運(yùn)動(dòng)方向及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向所組成的平面的法線方向上測量的值。用（ap

—mm）表示。261.1.8切削用量與切削層截面參數(shù)切削用量

切削速度vc若主運(yùn)動(dòng)為往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其平均速度為：

（2-2）式中n——主運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)速（r/s）；

d——刀具或工件的最大直徑（mm）。式中nr——主運(yùn)動(dòng)每秒鐘往復(fù)次數(shù)（str/s）；

l——往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程長度（mm）。（2-3）進(jìn)給量：工件或刀具每轉(zhuǎn)一周時(shí)(或主運(yùn)動(dòng)一循環(huán)時(shí))，兩者沿進(jìn)給方向上相對移動(dòng)的距離，單位為mm/r。背吃刀量：主刀刃與工件切削表面接觸長度在主運(yùn)動(dòng)方向及進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向所組成的平面的法線方向上測量的值。272.3.4切削用量與切削層截面參數(shù)切削層截面參數(shù)

切削厚度

（2-4）切削寬度

（2-5）圖2-7切削層截面bDhD

=ffdwDmapa）ΚrhDbD

=apb）c）28切削原理與刀具§1-2

刀具切削部分的基本定義FundamentalConceptsofTheCuttingpartsofTheCuttingTools2.6

刀具切削部分的結(jié)構(gòu)要素TheStructurefactorsofTheCuttingpartsofThe

CuttingTool292.6.1刀具結(jié)構(gòu)

車刀a）焊接式車刀b）整體式車刀c）機(jī)夾式車刀圖2-47車刀的結(jié)構(gòu)外圓車刀是最基本、最典型的刀具，由刀頭和刀體組成。車刀的切削部分由3個(gè)刀面（前刀面、主后刀面和副后刀面），2個(gè)刀刃（主切削刃和副切削刃）和1個(gè)刀尖組成。302.6.1刀具結(jié)構(gòu)

刨刀、銑刀、鉆頭等其他刀具可視為車刀的演變或組合圖2-48各種刀具切削部分的形狀312.6.2刀具幾何角度

刀具標(biāo)注角度坐標(biāo)系（主剖面坐標(biāo)系）主切削刃主后刀面前刀面副切削刃主剖面PoA1）基面

Pr：通過切削刃選定點(diǎn)與主運(yùn)動(dòng)方向垂直的平面?；媾c刀具底面平行。切削平面Ps基面Pr圖2-49車刀主剖面坐標(biāo)系2）切削平面

Ps：通過切削刃選定點(diǎn)與主切削刃相切且垂直于基面Pr的平面。3）主剖面

Po：通過切削刃選定點(diǎn)垂直于基面Pr和切削平面Ps的平面。32基面Pr假定主運(yùn)動(dòng)方向主切削刃上選定點(diǎn)刀柄底面平面2.6.2刀具幾何角度

33主剖面Po：⊥Ps⊥Pγ基面Pγ：Pγ⊥Vc

∥刀具安裝面（車刀）切削平面Ps:與S相切且⊥Pγ假定主運(yùn)動(dòng)方向Vc主剖面參考系（Pr-Ps-Po)主切削刃上選定點(diǎn)2.6.2刀具幾何角度

341）前角γo

在主剖面內(nèi)測量，是前刀面與基面的夾角。通過選定點(diǎn)的基面位于刀頭實(shí)體之外時(shí)γo定為正值；位于刀頭實(shí)體之內(nèi)時(shí)γo定為負(fù)值。γo影響切削難易程度。增大前角可使刀具鋒利，切削輕快。但前角過大，刀刃和刀尖強(qiáng)度下降，刀具導(dǎo)熱體積減小，影響刀具壽命。Aκr′A向f圖2-50車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsγ02.6.2刀具幾何角度

刀具標(biāo)注角度用硬質(zhì)合金車刀切削鋼件，γo取10～20°；切削灰鑄鐵，γo取5～15°；切削鋁及鋁臺(tái)金，γo取25～35°；切削高強(qiáng)度鋼，γo取-5～-10°。35Aκr′A向f圖2-50車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs2）后角αo

后角αo在主剖面內(nèi)測量，是主后刀面與切削平面的夾角。后角的作用是為了減小主后刀面與工件加工表面之間的摩擦以及主后刀面的磨損。但后角過大，刀刃強(qiáng)度下降，刀具導(dǎo)熱體積減小，反而會(huì)加快主后刀面的磨損。α02.6.2刀具幾何角度

粗加工和承受沖擊載荷的刀具，為了使刀刃有足夠強(qiáng)度，后角可選小些，一般為4°～6°；精加工時(shí)切深較小，為保證加工的表面質(zhì)量，后角可選大一些，一般為8°～12°。36主偏角應(yīng)根據(jù)加工對象正確選取，車刀常用的主偏角有45°、60°、75°、90°幾種。3）主偏角κr

在基面內(nèi)測量，是主切削刃在基面上投影與假定進(jìn)給方向的夾角。κr的大小影響刀具壽命。減小主偏角，主刃參加切削的長度增加，負(fù)荷減輕，同時(shí)加強(qiáng)了刀尖，增大了散熱面積，使刀具壽命提高。κr的大小還影響切削分力。減小主偏角使吃刀抗力增大，當(dāng)加工剛性較弱的工件時(shí)，易引起工件變形和振動(dòng)。2.6.2刀具幾何角度

Aκr′A向f圖2-50車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλsκr37κr′AA向f圖2-50車刀的主要角度γ0γ′0α′0α0κrεrλs4）副偏角κr′

κr′在基面內(nèi)測量，是副切削刃在基面上的投影與假定進(jìn)給反方向的夾角。副偏角的作用是為了減小副切削刃與工件已加工表面之間的摩擦，以防止切削時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。副偏角的大小影響刀尖強(qiáng)度和表面粗糙度。2.6.2刀具幾何角度

κr′在切深、進(jìn)給量和主偏角相同的情況下，減小副偏角可使殘留面積減小，表面粗糙度降低。38a）b）c）圖2-51刃傾角對排屑方向的影響2.6.2刀具幾何角度

5）刃傾角λs——切削平面內(nèi)測量，是主切削刃與基面的夾角。當(dāng)?shù)都馐乔邢魅凶罡唿c(diǎn)時(shí),λs定為正值；反之位負(fù)。

λs影響刀尖強(qiáng)度和切屑流動(dòng)方向。粗加工時(shí)為增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度，λs常取負(fù)值；精加工時(shí)為防止切屑劃傷已加工表面，λs常取正值或零。39法剖面Pn：Pn⊥S基面Pγ：Pγ⊥Vc

∥刀具安裝面（車刀）切削平面Ps:與S相切且⊥Pγ假定主運(yùn)動(dòng)方向Vc法剖面參考系（Pr-Ps-Pn

）90°主切削刃上選定點(diǎn)2.6.2刀具幾何角度

40刀具工作角度◆刀具安裝對工作角度的影響圖2-52車刀安裝高度對工作角度的影響γre=γrα0e=α0a）α

0e＜α0b）α

0e＞α0c）γre＜γrγre＞γr

2.6.2刀具幾何角度

41刀具安裝高低時(shí)42刀桿中心面（線）不垂直于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向的影響2.6.2刀具幾何角度

43刀具工作角度

式中μ角是主運(yùn)動(dòng)方向與合成切削速度方向間的夾角。◆進(jìn)給運(yùn)動(dòng)對工作角度的影響橫切（圖2-53）α0e=α0-μγ0e=γ0+μ

μγ0μPsPes圖2-53切斷刀的工作角度fxα0（2-8）2.6.2刀具幾何角度

（2-8a）44

縱切（圖2-54）

在進(jìn)給剖面，有：將其換算到主剖面內(nèi)得到：在主剖面內(nèi)：（2-9）O—O圖2-54外圓車刀工作角度μffγoeαoeπdwμγooαμfoκrACAO

vf

B

C

B

f

O

dwαffeαγfγfe2.6.2刀具幾何角度

45對刀具切削部分材料的要求1）高的硬度和耐磨性2）足夠的強(qiáng)度和韌性3）較好的熱硬性4）良好的工藝性5）經(jīng)濟(jì)性2.6.3刀具材料

刀具材料的發(fā)展462.6.3刀具材料

圖2-55

刀具材料的發(fā)展與切削加工高速化的關(guān)系切削速度（m/min）2000100050020010050201018001850190019502000年代碳素工具鋼合金工具鋼WC系硬質(zhì)合金高速鋼WC-TiC系硬質(zhì)合金涂層硬質(zhì)合金TiAlN涂層硬質(zhì)合金DLC涂層硬質(zhì)合金TiC-TiN金屬陶瓷聚晶立方氮化硼（PCBN）陶瓷聚晶金剛石（PCD）472.6.3刀具材料

天然金剛石PCBNPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬質(zhì)合金涂層WC硬質(zhì)合金涂層超細(xì)粒狀硬金屬涂層高速鋼TiN涂層高速鋼斷裂韌性耐磨性圖2-56刀具材料的耐磨性與斷裂韌性48刀具材料種類很多，常用的有工具鋼（包括碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼）、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具鋼和合金工具鋼，因其耐熱性很差，目前僅用于手工工具?！舾咚黉摳咚黉撌且环N加入了較多的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素的高合金工具鋼。特點(diǎn)：1）強(qiáng)度高，抗彎強(qiáng)度為硬質(zhì)合金的2～3倍；2）韌性高，比硬質(zhì)合金高幾十倍；3）硬度HRc63以上，且有較好的耐熱性；4）可加工性好，熱處理變形較小。應(yīng)用：常用于制造各種復(fù)雜刀具（如鉆頭、絲錐、拉刀、成型刀具、齒輪刀具等）。2.6.3刀具材料

常用刀具材料49表2-9常用高速鋼牌號及其應(yīng)用范圍類別牌號主要用途普通高速鋼W18Cr4V廣泛用于制造鉆頭、絞刀、銑刀、拉刀、絲錐、齒輪刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等W14Cr4VmnRe用于制造要求熱塑性好和受較大沖擊載荷的刀具，如軋制鉆頭等高性能高速鋼高碳95W18Cr4V用于制造對韌性要求不高，但對耐磨性要求較高的刀具高礬W12Cr4V4Mo用于制造形狀簡單，對耐磨性要求較高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造復(fù)雜刀具和難加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高強(qiáng)度耐熱鋼的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形狀簡單的刀具，如加工鐵基高溫合金的鉆頭W12Cr4V3Mo3Co5Si耐磨性、耐熱性好，用于制造加工高強(qiáng)度鋼的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作難加工材料的刀具，因其磨削性好可作復(fù)雜刀具，價(jià)格昂貴

2.6.3刀具材料

50◆硬質(zhì)合金

超硬刀具材料包括天然金剛石、聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼三種。金剛石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非鐵金屬、耐磨材料和塑料，如鋁及鋁合金、黃銅、預(yù)燒結(jié)的硬質(zhì)合金和陶瓷、石墨、玻璃纖維、橡膠及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬鋼、噴涂材料、冷硬鑄鐵和耐熱合金等。天然金剛石是自然界最硬的材料，根據(jù)其質(zhì)量的不同，硬度范圍為HK8000～12000（HK，Knoop硬度，單位kgf/mm2），密度為3.48～3.56。由于天然金剛石是一種各向異性的單晶體，因此，在晶體上的取向不同，耐磨性及硬度也有差異，其耐熱性為700～800℃。天然金剛石的耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達(dá)0.01μm左右，刀具壽命可長達(dá)數(shù)百小時(shí)。但天然金剛石價(jià)格昂貴，因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求極高的零件的刀具，如加工磁盤、激光反射鏡、感光鼓、多面鏡等。金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。聚晶金剛石是由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，因此不存在各向異性，其硬度比天然金剛石低，為HK6500～8000，價(jià)格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成為當(dāng)前金剛石刀具的主要材料，可在大部分場合替代天然金剛石刀具。用等離子CVD法開發(fā)的金剛石涂層刀具，其基體材料為硬質(zhì)合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金剛石相同。由于可在形狀復(fù)雜的刀具（如硬質(zhì)合金麻花鉆、立銑刀、成形刀具及帶斷屑槽的刀片等）上進(jìn)行涂層，故具有廣闊的發(fā)展前途。聚晶立方氮化硼是由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV3000～4500間變動(dòng)，其耐熱性達(dá)1200℃左右，化學(xué)惰性很好，在1000℃的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。主要用于加工淬硬工具鋼、冷硬鑄鐵、耐熱合金及噴焊材料等。用于高精度銑削時(shí)可以代替磨削加工。由于陶瓷、金剛石和立方氮化硼等材料韌性差、硬度高，因此要求使用這類刀具的機(jī)床剛性好、速度高、功率足夠、主軸偏擺小，并且要求機(jī)床一夾具一工件一刀具系統(tǒng)的剛性好。只有這樣才能充分發(fā)揮這些先進(jìn)刀具材料的作用，取得良好的使用效果。硬質(zhì)合金是用高硬度、高熔點(diǎn)的金屬碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金屬粘結(jié)劑（如Co、Ni、Mo等）經(jīng)高壓成型后，再在高溫下燒結(jié)而成的粉末冶金制品。硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性都很高，允許的切削速度遠(yuǎn)高于高速鋼，且能切削諸如淬火鋼等硬材料。硬質(zhì)合金的不足是與高速鋼相比，其抗彎強(qiáng)度較低、脆性較大，抗振動(dòng)和沖擊性能也較差。硬質(zhì)合金因其切削性能優(yōu)良而被廣泛用來制作各種刀具。在我國，絕大多數(shù)車刀、面銑刀和深孔鉆都采用硬質(zhì)合金制造，目前，在一些較復(fù)雜的刀具上，如立銑刀、孔加工刀具等也開始應(yīng)用硬質(zhì)合金制造。2.6.3刀具材料

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超硬刀具材料包括天然金剛石、聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼三種。金剛石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非鐵金屬、耐磨材料和塑料，如鋁及鋁合金、黃銅、預(yù)燒結(jié)的硬質(zhì)合金和陶瓷、石墨、玻璃纖維、橡膠及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬鋼、噴涂材料、冷硬鑄鐵和耐熱合金等。天然金剛石是自然界最硬的材料，根據(jù)其質(zhì)量的不同，硬度范圍為HK8000～12000（HK，Knoop硬度，單位kgf/mm2），密度為3.48～3.56。由于天然金剛石是一種各向異性的單晶體，因此，在晶體上的取向不同，耐磨性及硬度也有差異，其耐熱性為700～800℃。天然金剛石的耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達(dá)0.01μm左右，刀具壽命可長達(dá)數(shù)百小時(shí)。但天然金剛石價(jià)格昂貴，因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求極高的零件的刀具，如加工磁盤、激光反射鏡、感光鼓、多面鏡等。金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。聚晶金剛石是由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，因此不存在各向異性，其硬度比天然金剛石低，為HK6500～8000，價(jià)格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成為當(dāng)前金剛石刀具的主要材料，可在大部分場合替代天然金剛石刀具。用等離子CVD法開發(fā)的金剛石涂層刀具，其基體材料為硬質(zhì)合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金剛石相同。由于可在形狀復(fù)雜的刀具（如硬質(zhì)合金麻花鉆、立銑刀、成形刀具及帶斷屑槽的刀片等）上進(jìn)行涂層，故具有廣闊的發(fā)展前途。聚晶立方氮化硼是由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV3000～4500間變動(dòng)，其耐熱性達(dá)1200℃左右，化學(xué)惰性很好，在1000℃的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。主要用于加工淬硬工具鋼、冷硬鑄鐵、耐熱合金及噴焊材料等。用于高精度銑削時(shí)可以代替磨削加工。由于陶瓷、金剛石和立方氮化硼等材料韌性差、硬度高，因此要求使用這類刀具的機(jī)床剛性好、速度高、功率足夠、主軸偏擺小，并且要求機(jī)床一夾具一工件一刀具系統(tǒng)的剛性好。只有這樣才能充分發(fā)揮這些先進(jìn)刀具材料的作用，取得良好的使用效果。表2-10各種硬質(zhì)合金的應(yīng)用范圍牌號應(yīng)用范圍YG3X鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工，不能承受沖擊載荷YG3鑄鐵、有色金屬及其合金精加工、半精加工，不能承受沖擊載荷YG6X普通鑄鐵、冷硬鑄鐵、高溫合金的精加工、半精加工YG6鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和粗加工YG8鑄鐵、有色金屬及合金、非金屬材料粗加工，也可用于斷續(xù)切削YG6A冷硬鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工，亦可用于高錳鋼、淬硬鋼的半精加工和精加工YT30碳素鋼、合金鋼的精加工YT15碳素鋼、合金鋼在連續(xù)切削時(shí)的粗加工、半精加工，亦可用于斷續(xù)切削時(shí)的精加工YT14同YT15YT5碳素鋼、合金鋼的粗加工，也可以用于斷續(xù)切削YW1高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的半精加工和精加工YW2高溫合金、高錳鋼、不銹鋼等難加工材料及普通鋼料、鑄鐵、有色金屬及其合金的粗加工和半精加工抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量硬度、耐磨性、切削速度抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量硬度、耐磨性、切削速度抗彎強(qiáng)度、韌性、進(jìn)給量硬度、耐磨性、切削速度2.6.3刀具材料

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超硬刀具材料包括天然金剛石、聚晶金剛石和聚晶立方氮化硼三種。金剛石刀具主要用于加工高精度及粗糙度很低的非鐵金屬、耐磨材料和塑料，如鋁及鋁合金、黃銅、預(yù)燒結(jié)的硬質(zhì)合金和陶瓷、石墨、玻璃纖維、橡膠及塑料等。立方氮化硼主要用于加工淬硬鋼、噴涂材料、冷硬鑄鐵和耐熱合金等。天然金剛石是自然界最硬的材料，根據(jù)其質(zhì)量的不同，硬度范圍為HK8000～12000（HK，Knoop硬度，單位kgf/mm2），密度為3.48～3.56。由于天然金剛石是一種各向異性的單晶體，因此，在晶體上的取向不同，耐磨性及硬度也有差異，其耐熱性為700～800℃。天然金剛石的耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達(dá)0.01μm左右，刀具壽命可長達(dá)數(shù)百小時(shí)。但天然金剛石價(jià)格昂貴，因此主要用于制造加工精度和表面粗糙度要求極高的零件的刀具，如加工磁盤、激光反射鏡、感光鼓、多面鏡等。金剛石刀具不適于加工鋼及鑄鐵。聚晶金剛石是由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，因此不存在各向異性，其硬度比天然金剛石低，為HK6500～8000，價(jià)格便宜，焊接方便，可磨削性好，因此成為當(dāng)前金剛石刀具的主要材料，可在大部分場合替代天然金剛石刀具。用等離子CVD法開發(fā)的金剛石涂層刀具，其基體材料為硬質(zhì)合金或氮化硅陶瓷，用途和聚晶金剛石相同。由于可在形狀復(fù)雜的刀具（如硬質(zhì)合金麻花鉆、立銑刀、成形刀具及帶斷屑槽的刀片等）上進(jìn)行涂層，故具有廣闊的發(fā)展前途。聚晶立方氮化硼是由單晶立方氮化硼微粉在高溫高壓下聚合而成。由于成份及粒度的不同，聚晶立方氮化硼刀片的硬度在HV3000～4500間變動(dòng)，其耐熱性達(dá)1200℃左右，化學(xué)惰性很好，在1000℃的溫度下不與鐵、鎳和鈷等金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。主要用于加工淬硬工具鋼、冷硬鑄鐵、耐熱合金及噴焊材料等。用于高精度銑削時(shí)可以代替磨削加工。由于陶瓷、金剛石和立方氮化硼等材料韌性差、硬度高，因此要求使用這類刀具的機(jī)床剛性好、速度高、功率足夠、主軸偏擺小，并且要求機(jī)床一夾具一工件一刀具系統(tǒng)的剛性好。只有這樣才能充分發(fā)揮這些先進(jìn)刀具材料的作用，取得良好的使用效果?！籼沾傻毒卟牧咸沾刹牧媳扔操|(zhì)合金具有更高的硬度（HRA91～95）和耐熱性，在1200℃的溫度下仍能切削，耐磨性和化學(xué)惰性好，摩擦系數(shù)小，抗粘結(jié)和擴(kuò)散磨損能力強(qiáng)，因而能以更高的速度切削，并可切削難加工的高硬度材料。2.6.3刀具材料

主要缺點(diǎn)是性脆、抗沖擊韌性差，抗彎強(qiáng)度低。53◆超硬刀具材料

天然金剛石是自然界最硬的材料，耐磨性極好，刃口鋒利，切削刃的鈍圓半徑可達(dá)0.01μm，刀具壽命可達(dá)數(shù)百小時(shí)。因價(jià)格昂貴，主要用于高速、精密加工。

聚晶金剛石由金剛石微粉在高溫高壓下聚合而成，硬度比天然金剛石略低（HK650