刀具材质及加工参数

1、p 工欲善其事，工欲善其事，必先利其必先利其器器p 再先进的机床没有刀具再先进的机床没有刀具尤如一堆废铁尤如一堆废铁p 机床、刀具和工件组成的切削加工系统中，刀机床、刀具和工件组成的切削加工系统中，刀具是具是最活跃的因素最活跃的因素 p 三分三分手艺，手艺，七分七分刀具刀具p 好钢用在好钢用在刀刃上刀刃上p 刀具材料的每一次进步几乎都给机械加工业带来刀具材料的每一次进步几乎都给机械加工业带来一一次革命次革命p 机床与刀具材料交替进展，成为切削技术不断向前机床与刀具材料交替进展，成为切削技术不断向前发展的历史规律发展的历史规律p 金属切削的发展史，从某种意义上说，可归结为金属切削的发展史，从某种

2、意义上说，可归结为刀刀具材料的发展史具材料的发展史 刀具种类刀具种类1.1.刀具刀具分类分类：(1)(1)按按加工方式和具体用途加工方式和具体用途，可分为车刀、孔加工刀具、铣，可分为车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等几大类型。具和磨具等几大类型。(2)(2)按所用按所用材料性质材料性质，可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、，可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)(CBN)刀具和金刚石刀具等刀具和金刚石刀具等; ;(3)(3)按按结构形式结构形式，可分为整体刀具、镶

3、片刀具、机夹刀具和，可分为整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等复合刀具等; ;(4)(4)按是否按是否标准化标准化，可分为标准刀具和非标准刀具等。，可分为标准刀具和非标准刀具等。 为了完成切削，除了要求刀具具有合理的角度和适当为了完成切削，除了要求刀具具有合理的角度和适当的结构外，刀具的材料是切削的重要基础。的结构外，刀具的材料是切削的重要基础。 在切削过程中，刀具在强切削力和高温下工作，同时在切削过程中，刀具在强切削力和高温下工作，同时与切屑和工件表面都产生剧烈的摩擦，因此工作条件极为与切屑和工件表面都产生剧烈的摩擦，因此工作条件极为恶劣。为使刀具具有良好的切削能力，必须选用合适的材恶劣

4、。为使刀具具有良好的切削能力，必须选用合适的材料，刀具材料对加工质量、生产率和加工成本影响极大。料，刀具材料对加工质量、生产率和加工成本影响极大。2.1 2.1 刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能1.1.高的高的硬度硬度和和耐磨性耐磨性：2.2.足够的足够的强度强度和和韧性韧性：3.3.高的高的耐热性耐热性：4.4.良好的良好的热物理性能热物理性能和和耐热冲击性能耐热冲击性能：5.5.良好的良好的工艺性工艺性：6.6.良好的良好的经济性经济性：2.1 2.1 刀具材料应具备的性能刀具材料应具备的性能v 上述性能中有些是相互矛盾的上述性能中有些是相互矛盾的( (如硬度越高，耐磨性越如硬度越

5、高，耐磨性越好的材料的韧性和抗破损能力就越差，耐热性好的材料好的材料的韧性和抗破损能力就越差，耐热性好的材料韧性也较差韧性也较差) )。 实际工作中，应根据具体的切削对象和条件，选择最合实际工作中，应根据具体的切削对象和条件，选择最合适的刀具材料。适的刀具材料。v 常用的刀具材料常用的刀具材料 碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼金刚石、立方氮化硼等。等。刀具材料的分类：刀具材料的分类：工具钢工具钢：碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢；：碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢；硬质合金硬质合金：普通硬质合金、细颗粒硬质合

6、金：普通硬质合金、细颗粒硬质合金 、微颗粒硬、微颗粒硬质合金；有钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金和钨钛钽质合金；有钨钴类硬质合金、钨钛钴类硬质合金和钨钛钽（铌）类硬质合金。（铌）类硬质合金。陶瓷陶瓷：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷；：氧化物陶瓷、氮化物陶瓷；超硬材料超硬材料：立方氮化硼、金刚石。：立方氮化硼、金刚石。1.1.碳素工具钢碳素工具钢：碳素工具钢淬火后具有较高的硬度：碳素工具钢淬火后具有较高的硬度HRC6165HRC6165 ，而且价格低廉。但这种材料的耐热性较差，而且价格低廉。但这种材料的耐热性较差250300250300 ，并且淬火时容易产生变形和裂纹。常用于，并且淬火时容易产生变形和裂

7、纹。常用于制造手工工具和一些形状较简单的低速刀具。制造手工工具和一些形状较简单的低速刀具。 C= 0.71.4%C= 0.71.4%；T8T8、T10T10、T10AT10A、T12T12等，等， 2.2.合金工具钢合金工具钢：在碳素工具钢的基础上，加入适量的合金：在碳素工具钢的基础上，加入适量的合金元素（如元素（如CrCr，SiSi，W W，MnMn等）。与碳素工具钢相比，其热等）。与碳素工具钢相比，其热处理变形有所减少，耐热性也有所提高处理变形有所减少，耐热性也有所提高350400350400 。 常用于制造手工工具和一些形状较简单的低速刀具（如常用于制造手工工具和一些形状较简单的低速刀具

8、（如拉刀、丝锥、扳牙）。拉刀、丝锥、扳牙）。 HRC6168HRC6168目前目前, ,生产中所用的刀具材料以高速钢和硬质合金居多。生产中所用的刀具材料以高速钢和硬质合金居多。 碳素工具钢碳素工具钢( (如如T10AT10A、 T12A)T12A)、合金工具钢、合金工具钢( (如如9SiCr9SiCr、 C Cr rWMWMn n) )因耐热性差，因耐热性差， 仅用于一些手工或切削速度较低的仅用于一些手工或切削速度较低的刀具。刀具。它是一种加入较多它是一种加入较多钨、钼、铬、钒钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金钢。等合金元素的高合金钢。特点：特点：热处理后硬度可达热处理后硬度可达626266HR

9、C, 66HRC, 抗弯强度约抗弯强度约3.3GPa3.3GPa，有较高的热稳定性、耐磨性有较高的热稳定性、耐磨性 、耐热性。切削温度在、耐热性。切削温度在500500650650C C时仍能进行切削。时仍能进行切削。应用：应用：由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制造由于热处理变形小、能锻易磨，所以特别适合于制造结构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、切齿刀、结构和刃型复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、切齿刀、螺纹刀具和拉刀等。螺纹刀具和拉刀等。 为了提高高速钢的硬度和耐磨性，常采用如下措施为了提高高速钢的硬度和耐磨性，常采用如下措施来提高其性能：来提高其性能：(1)(1)在高

10、速钢中增添新的元素；在高速钢中增添新的元素；(2)(2)用粉末冶金法消除碳化物的偏析并细化晶粒。用粉末冶金法消除碳化物的偏析并细化晶粒。2.2 2.2 高速钢高速钢高速钢按用途分为高速钢按用途分为通用型高速钢通用型高速钢和和高性能高速钢高性能高速钢；按制造工；按制造工艺不同分为艺不同分为熔炼高速钢熔炼高速钢和和粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢。 一、一、 通用型高速钢通用型高速钢 1 1、钨系高速钢：、钨系高速钢： W18Cr4VW18Cr4V。含。含W 18%W 18%、Cr 4%Cr 4%、V 1%V 1%。有较好。有较好的综合性能，的综合性能， 在在600600时其高温硬度为时其高温硬度为H

11、RC48.5HRC48.5，刃磨和热处，刃磨和热处理工艺控制较方便，可以制造各种复杂刀具。理工艺控制较方便，可以制造各种复杂刀具。 2 2、钨钼系高速钢：、钨钼系高速钢：W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2。 含含W 6%W 6%、Mo 5%Mo 5%、Cr4%Cr4%、V2%V2%。碳化物分布细小、均匀，具有良好的机械性能，抗弯强度比碳化物分布细小、均匀，具有良好的机械性能，抗弯强度比W18Cr4VW18Cr4V高高10%10%15%15%，韧性高，韧性高50%50%60%60%。可做尺寸较大、承受。可做尺寸较大、承受冲击力较大的刀具；热塑性特别好，冲击力较大的刀具；热塑性特别好， 更适

12、用于制造热轧钻头更适用于制造热轧钻头等；磨加工性也好。等；磨加工性也好。 目前各国广为应用。目前各国广为应用。 二、高性能高速钢二、高性能高速钢在通用型高速钢的基础上再增加一些含碳量、在通用型高速钢的基础上再增加一些含碳量、 含钒量及添含钒量及添加钴、铝等合金元素。加钴、铝等合金元素。 按其耐热性，按其耐热性， 又称高热稳定性高速又称高热稳定性高速钢。在钢。在630630650650时仍可保持时仍可保持HRC 60HRC 60的硬度，具有更好的切的硬度，具有更好的切削性能，耐用度较通用型高速钢高削性能，耐用度较通用型高速钢高1.31.33 3倍。倍。适合于加工高温合金、钛合金、超高强度钢等难加

13、工材料。适合于加工高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。典型牌号有高碳高速钢典型牌号有高碳高速钢9W18Cr4V9W18Cr4V、高钒高速钢、高钒高速钢W6Mo5Cr4V3W6Mo5Cr4V3、 钴高速钢钴高速钢W6MoCr4V2Co8W6MoCr4V2Co8、 超硬高速钢超硬高速钢W2Mo9Cr4VCo8W2Mo9Cr4VCo8等等。 三、粉末冶金高速钢三、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融的高速钢钢水粉末冶金高速钢是用高压氩气或纯氮气雾化熔融的高速钢钢水而得到细小的高速钢粉末，然后再热压锻轧制成。而得到细小的高速钢粉末，然后再热压锻轧制成。特点：特点：有效地解决了

14、一般熔炼高速钢时铸锭产生粗大碳化物共有效地解决了一般熔炼高速钢时铸锭产生粗大碳化物共晶偏析的问题，而得到细小均匀的结晶组织，使之具有良好的晶偏析的问题，而得到细小均匀的结晶组织，使之具有良好的机械性能。其强度和韧性分别是熔炼高速钢的机械性能。其强度和韧性分别是熔炼高速钢的2 2倍和倍和2.52.53 3倍；倍；磨削加工性好；物理、机械性能高度各向同性，淬火变形小；磨削加工性好；物理、机械性能高度各向同性，淬火变形小；耐磨性提高耐磨性提高20%20%30%30%。适用于制造精密刀具、大尺寸适用于制造精密刀具、大尺寸( (滚刀、插齿刀滚刀、插齿刀) )刀具、复杂成形刀具、复杂成形刀具、拉刀等刀具、

15、拉刀等一、硬质合金的特点一、硬质合金的特点 硬质合金由难熔硬质合金由难熔金属碳化物金属碳化物( (如如WCWC、 TiC)TiC)和和金属粘结剂金属粘结剂( (如如Co)Co)经粉末冶金法制成。经粉末冶金法制成。 特点：特点：硬质合金的硬度、耐磨性、硬质合金的硬度、耐磨性、 耐热性都很高。耐热性都很高。 硬度可达硬度可达HRA 89HRA 899393，在，在80080010001000还能承担切削，还能承担切削， 耐用度较高速钢耐用度较高速钢高几十倍。当耐用度相同时，高几十倍。当耐用度相同时，切削速度可提高切削速度可提高4 41010倍倍。强度强度和韧性小于高速钢，和韧性小于高速钢，仅为仅为

16、0.90.91.5 GPa(901.5 GPa(90150 kgf150 kgfmm)mm)、工艺性差，工艺性差，切削时不能承受大的振动和冲击负荷。切削时不能承受大的振动和冲击负荷。适于制造高适于制造高速切削刀具。速切削刀具。大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造；大多数车刀、端铣刀等均由硬质合金制造；2.3 2.3 硬质合金硬质合金ISOISO将切削用的将切削用的WCWC基硬质合金分为三类基硬质合金分为三类（P P、K K、M M） 1 1、WC-CoWC-Co类硬质合金（类硬质合金（YGYG） K K类类 由由WCWC和和CoCo组成。组成。硬度为硬度为HRA89HRA8991.591.5，

17、抗弯强度为，抗弯强度为1.11.11.5 GPa (1101.5 GPa (110150 kgf150 kgfmmmm2 2) )。有粗晶粒、中晶粒、。有粗晶粒、中晶粒、 细晶细晶粒、超细晶粒之分。一般为中晶粒组织，粒、超细晶粒之分。一般为中晶粒组织，牌号：牌号：YG6YG6、 YG8YG8、 YG3XYG3X、YG6XYG6X，其中数字是含钴量的百分，其中数字是含钴量的百分数，数，X X代表细晶粒。含钴少时硬度高，耐热、耐磨性好，但代表细晶粒。含钴少时硬度高，耐热、耐磨性好，但脆性增加。反之抗弯强度和冲击韧度高。脆性增加。反之抗弯强度和冲击韧度高。特点：特点：细晶粒硬质合金在含钴量相同时比中

18、晶粒的硬度、耐细晶粒硬质合金在含钴量相同时比中晶粒的硬度、耐磨性要高些，但抗弯强度、韧性则低些。磨性要高些，但抗弯强度、韧性则低些。 应用：应用：较适于加工短切屑的硬、脆铸铁、有色金属和非金属较适于加工短切屑的硬、脆铸铁、有色金属和非金属材料。含钴量高的用于粗加工材料。含钴量高的用于粗加工。2 2、WC-TiC-CoWC-TiC-Co类硬质合金（类硬质合金（YTYT）P P类类 除除WCWC外，还含外，还含5%5%30%30%的的TiCTiC。硬度和耐磨性提高，。硬度和耐磨性提高， 但抗弯但抗弯强度，特别是冲击韧性显著降低。其硬度为强度，特别是冲击韧性显著降低。其硬度为HRA 89.15HRA

19、 89.1592.592.5， 其抗弯强度则为其抗弯强度则为0.90.91.4 GPa(901.4 GPa(90140 kgf140 kgfmmmm2 2) )。牌号：牌号：有有YT5YT5、 YT14YT14、YT15YT15、YT30YT30等，数字为等，数字为TiCTiC的含量百分的含量百分数，其相应的钴含量为数，其相应的钴含量为10%10%、8%8%、6%6%、 4%4%，TiCTiC含量提高，含量提高，CoCo含量降低，含量降低，特点：特点：此类合金有较高的硬度和耐磨性，特别有高的耐热性，此类合金有较高的硬度和耐磨性，特别有高的耐热性，抗粘结扩散能力和抗氧化能力好；但抗弯强度、磨削性

20、和导热抗粘结扩散能力和抗氧化能力好；但抗弯强度、磨削性和导热系数下降，低温脆性大、韧性差。系数下降，低温脆性大、韧性差。应用：应用：适于加工钢料。适于加工钢料。不宜用于加工不锈钢和钛合金。不宜用于加工不锈钢和钛合金。因因YTYT中中的钛元素和工件中的钛元素之间的亲合力会产生严重粘刀现象，的钛元素和工件中的钛元素之间的亲合力会产生严重粘刀现象， 在高温切削及摩擦系数大的情况下会加剧刀具磨损。在高温切削及摩擦系数大的情况下会加剧刀具磨损。 3 3、WC-TiC-TaCWC-TiC-TaCCoCo类硬质合金（类硬质合金（YWYW）M M类类在在YTYT类中加入类中加入TaC(NbC)TaC(NbC)

21、可提高其抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、高温硬度和抗氧可提高其抗弯强度、疲劳强度、冲击韧性、高温硬度和抗氧化能力、耐磨性等。常用的牌号有化能力、耐磨性等。常用的牌号有YW1YW1和和YW2YW2。应用：应用：既可用于加工铸铁及有色金属，也可加工钢。既可用于加工铸铁及有色金属，也可加工钢。因而又因而又有通用硬质合金之称。含钴量高时强度和冲击韧度高，可用有通用硬质合金之称。含钴量高时强度和冲击韧度高，可用于于粗加工和断续切削粗加工和断续切削；含钴量低，耐磨性、耐热性好，用于；含钴量低，耐磨性、耐热性好，用于半精加工和精加工。半精加工和精加工。4 4、TiCTiC基硬质合金基硬质合金 （YNYN）以以

22、TiCTiC为主要成分用为主要成分用NiNi和和MoMo作粘结剂的作粘结剂的TiCTiCNiNiMoMo合金合金特点：特点：硬度高，高耐磨性，较高的耐热性和抗氧化能力，化硬度高，高耐磨性，较高的耐热性和抗氧化能力，化学稳定性好，抗粘结能力强，刀具耐用度高。学稳定性好，抗粘结能力强，刀具耐用度高。应用：应用：可以加工钢和铸铁，主要用于钢连续表面的精加工和可以加工钢和铸铁，主要用于钢连续表面的精加工和半精加工半精加工 涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体或高速钢刀具基体涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体或高速钢刀具基体上，涂覆一薄层上，涂覆一薄层耐磨性高的难熔金属化合物耐磨性高的难熔金属化合物而制成

23、的。而制成的。 涂层硬质合金一般采用化学气相沉积法，沉积温度在涂层硬质合金一般采用化学气相沉积法，沉积温度在10001000左右；涂层高速钢刀具一般采用物理气相沉积法，左右；涂层高速钢刀具一般采用物理气相沉积法， 沉沉积温度在积温度在500500左右。左右。 常用的涂层材料有常用的涂层材料有TiCTiC、TiNTiN、AlAl2 2O O3 3等。等。 涂层厚度：涂层厚度：硬质合金为硬质合金为4 45 m5 m，表层硬度可达，表层硬度可达HV2500HV250042004200； 高速钢为高速钢为2 m2 m， 表层硬度可达表层硬度可达HRC 80HRC 80。 2.4 2.4 涂层刀具涂层刀

24、具涂层刀具特点：涂层刀具特点：优点：优点：高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力；有低的摩擦系数，高的耐磨性和抗月牙洼磨损能力；有低的摩擦系数，可降低切削时的切削力及切削温度，可提高刀具耐用度可降低切削时的切削力及切削温度，可提高刀具耐用度( (提高硬质合金刀具耐用度提高硬质合金刀具耐用度1 13 3倍，倍， 高速钢刀具耐用度高速钢刀具耐用度2 21010倍倍) )。缺点：缺点：锋利性、锋利性、 韧性、韧性、 抗剥落性、抗崩刃性差及成本昂抗剥落性、抗崩刃性差及成本昂贵的问题。贵的问题。 1 1、TiCTiC涂层：涂层：硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削时能产生硬度高、耐磨性好、抗氧化性好，切削时能产生氧

25、化钛膜，减小摩擦及刀具磨损。氧化钛膜，减小摩擦及刀具磨损。2 2、TiNTiN涂层：涂层：在高温时能产生氧化膜，与铁基材料摩擦系数较在高温时能产生氧化膜，与铁基材料摩擦系数较小，抗粘结性能好，并能有效降低切削温度。小，抗粘结性能好，并能有效降低切削温度。3 3、TiCTiNTiCTiN复合涂层：复合涂层：第一层涂第一层涂TiCTiC，与刀具基体粘牢不易脱，与刀具基体粘牢不易脱落。第二层涂落。第二层涂TiN,TiN,减少表面层与工件间的摩擦。减少表面层与工件间的摩擦。4 4、TiC-AlTiC-Al2 20 03 3复合涂层：复合涂层：第一层涂第一层涂TiC, TiC, 与刀具基体粘牢不易与刀具

26、基体粘牢不易脱落。第二层涂脱落。第二层涂Al203Al203可使刀具表面具有良好的化学稳定性和可使刀具表面具有良好的化学稳定性和抗氧化性能。抗氧化性能。 目前单涂层刀片已很少应用，大多采用目前单涂层刀片已很少应用，大多采用TiC-TiNTiC-TiN复合涂层或复合涂层或TiC-Al2O3-TiNTiC-Al2O3-TiN三复合涂层。三复合涂层。一、一、 陶瓷陶瓷陶瓷：陶瓷：以氧化铝（以氧化铝（AlAl2 2O O3 3）或以氮化硅（）或以氮化硅（SiSi3 3N N4 4）为基体）为基体再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。特点：特点：优

27、点：优点：硬度高，耐磨性、耐高温性能好，有良好的化学硬度高，耐磨性、耐高温性能好，有良好的化学稳定性和抗氧化性，与金属的亲合力小、抗粘结和抗扩稳定性和抗氧化性，与金属的亲合力小、抗粘结和抗扩散能力强；散能力强；缺点：缺点：是脆性大、抗弯强度低，冲击韧性差，易崩刃，是脆性大、抗弯强度低，冲击韧性差，易崩刃，所以使用范围受到限制；所以使用范围受到限制；应用：应用：可用于钢、铸铁类零件的车削、铣削加工。可用于钢、铸铁类零件的车削、铣削加工。高速高速切削加工的精加工阶段。切削加工的精加工阶段。2.5 2.5 其它刀具材料其它刀具材料二、二、 金刚石金刚石金刚石：金刚石：碳的同素异形体，在高温、高压下由

28、石墨转碳的同素异形体，在高温、高压下由石墨转化而成，是目前人工制造出的最坚硬物质。化而成，是目前人工制造出的最坚硬物质。特点：特点：优点：优点：硬度高，耐磨性好，刀具耐用度比硬质合金可提硬度高，耐磨性好，刀具耐用度比硬质合金可提高几倍到几百倍。切削刃口锋利，刃部表面摩擦系数较高几倍到几百倍。切削刃口锋利，刃部表面摩擦系数较小，不易产生粘结或积屑瘤，加工冷硬现象较少，很适小，不易产生粘结或积屑瘤，加工冷硬现象较少，很适于精密加工。于精密加工。缺点：缺点：热稳定性差，切削温度不宜超过热稳定性差，切削温度不宜超过700700800800；强；强度低、脆性大，对振动敏感，只宜微量切削，与铁有强度低、脆性大，对振动敏感，只宜微量切削，与铁有强烈的化学亲合力，烈的化学亲合力，不能用于加工钢铁材料。不能用于加工钢铁材料。二、金刚石（二、金刚石（C C）应用：应用：目前主要用于磨具及磨料，可用于加工硬质合目前主要用于磨具及磨料，可用于加工硬质合金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度、高耐磨的材金、陶瓷、高硅铝合金及耐磨塑料等高硬度、高耐磨的材料，可用于加工料，可用于加工