木材学第一章

1、木材切削原理与刀具木材切削原理与刀具 授课教师：授课教师： 吴良奎吴良奎主要内容主要内容 基本概念及理论；基本概念及理论； 刀具材料；刀具材料； 锯切及锯子；锯切及锯子； 铣削及铣刀；铣削及铣刀； 钻削、榫槽切削及刀具；钻削、榫槽切削及刀具； 磨削及磨具；磨削及磨具；主要参考资料主要参考资料杂志：杂志：林产工业林产工业 木材工业木材工业 林业机械与木工设备林业机械与木工设备 木材加工机械木材加工机械 木工机床木工机床 Wood Science and TechnologyWood Science and Technology书籍：书籍：金属切削原理与刀具金属切削原理与刀具 金属工艺学金属工艺学

2、 机械制造工艺学机械制造工艺学第一章第一章 木材切削的基本理论木材切削的基本理论 基本概念 切屑形态 切削热 切削力 刀具磨损及耐用度 木质材料切削表面粗糙度本章重点本章重点 刀具角度 切削力及其影响因素 刀具耐用度及其影响因素 概述概述 1、木切的实质：木材在刀具作用下切削区发生变形的过程 研究问题：切削区木材的变形（基本问题）、切削力、刀具 2、木切的共性：直角自由切削直角自由切削条件下楔形切刀的切削。二维切削第一节第一节 基本概念基本概念定义：定义：借助于刀具和工件之间的相对运动撇开木材间的联系以获得所需木制品的运动。切削条件：切削条件：刀具、工件、切削运动 1、主运动：、主运动：速度高

3、、功耗大 (4070m/s，最大达120m/s)一、切削运动及切削用量：一、切削运动及切削用量：2、进给运动：、进给运动： 使多余切削层连续或逐步被切削的运动 （1） 回转运动： （2）直线运动4(/ )6 10Dnvm sD 最大回转半径 （mm）42(/ )6 10Lnvm sL 最大行程； n 每分钟往复次数 U Un Uz(/min)10001000nzUnUz nUm 注意单位注意单位4、运动的合成：、运动的合成： 主运动和进给运动的合成 切削运动形式： 一个直线运动： 刨削、拉削 一个回转运动： 圆盘拉刀 一个直线运动与一个回转运动：铣、钻、车、圆锯 两个回转运动： 铣削回转体 两

4、个直线运动： 带锯5、切削用量：、切削用量： 切削速度切削速度(v)；进给速度；进给速度(u)；背吃刀量；背吃刀量(a)3、辅助运动：、辅助运动：机床的调整、让刀运动等切削用量的选择：切削用量的选择：1、考虑机床动力和加工系统刚性的许可下选取apmax，减少走刀次数；2、在保证加工精度和表面粗糙度要求下选取umax；3、保证刀具一定耐用度前提下选取vmax，以提高生产效率。注：注：精加工时由于加工余量小，背吃刀量不会太大，进给量受表面粗糙度限制也很小，v 应尽可能大。二、刀具与工件的各组成部分：二、刀具与工件的各组成部分： 1、工件、工件： 待加工表面 加工表面 已加工表面2、刀具、刀具： 刀

5、杆（刀体） 夹持部分 刀头 切削部分 前刀面：切屑沿其流出的表面 后刀面：刀具与加工表面相对的表面 切削刃：前、后刀面相交部分三、刀具角度：三、刀具角度：（一）种类：（一）种类：标注角度、 工作角度、切削角度 用于生产用于科研（二）刀具角度的定义：（二）刀具角度的定义： 1、切削平面：、切削平面：通过切削刃上某一选定点，切于工件加工表面的平面，即合成切削速度向量与切削刃的切线组成的平面。 2、基面、基面：通过切削刃上某一选定点，垂直与切削速度的平面。 基面与切削平面垂直3、刀具标注角度的参考系：（静态）、刀具标注角度的参考系：（静态） 标注角度：标注角度：画刀具图及磨刀时应掌握的角度，是假定条

6、件下的切削角度。即在切削角度的基础上，合理地规定一些条件，使基面、切削平面与刀具刃磨、检验的基准面相一致，便于刀具设计制造。 假定运动条件：用主运动代替切削运动；假定运动条件：用主运动代替切削运动； 假定安装条件：刀具的刃磨和安装基准面垂直于切削平面或平假定安装条件：刀具的刃磨和安装基准面垂直于切削平面或平行于基面，刀杆中心线与进给方向垂直。行于基面，刀杆中心线与进给方向垂直。 测量方向（测量平面）：测量方向（测量平面）： 垂直于切削刃在基面投影的法向剖面 主剖面（主剖面（PO） 垂直于切削刃的平面法剖面（法剖面（PN） 当切削刃水平时，主剖面和法剖面重合。当切削刃水平时，主剖面和法剖面重合。

7、在主剖面上测量的角度：在主剖面上测量的角度： 前角：前刀面与基面的夹角对切屑的挤压； 后角：后刀面与切削平面的夹角加工表面质量和后刀面磨损； 楔角：前、后刀面的夹角利钝； 切削角：前刀面与切削平面的夹角派生角度基面上的角度：基面上的角度：主偏角、副偏角等+= 90+= 90 =+ =+= 90= 90- 4 4、刀具的工作角度：、刀具的工作角度：刀具实际工作时的角度 实际工实际工作中由于进作中由于进给速度远小给速度远小于主运动速于主运动速度，所以用度，所以用标注角度代标注角度代替工作角度。替工作角度。muarctgvwmwmwmU四、切削层尺寸参数：四、切削层尺寸参数： 切削层：切削层：刀具正

8、在切削的木材层。 1、名义宽度b：加工表面的宽度，实际宽度略大于名义宽度； 2、名义长度l：一次切削中切削轨迹的长度，实际长度略小于名义长度； 3、名义厚度a：相邻两次切削所形成的两加工表面间的法向距离，实际略大于名义。 a = Uzsin Uz每齿进给量； 运动遇角（切削速度与进给速度的夹角）主运动为直线运动时主运动为直线运动时a为常数；回转运动时为常数；回转运动时a 是变化的。是变化的。一般用名义尺寸参数代替实际尺寸参数一般用名义尺寸参数代替实际尺寸参数五、切削方向五、切削方向 二维切削（直角自由切削）：二维切削（直角自由切削）：刃口与切削方向垂直，切屑在横向上无变形； 三维切削（斜刃切削

9、）三维切削（斜刃切削）：1、按刃口与切削方向的作用状况分：、按刃口与切削方向的作用状况分：2、按切削方向与木材纤维方向分：、按切削方向与木材纤维方向分：纵向切削（纵向切削（）：）： 刀刃垂直于纤维，刀具在纤维平面内平行于纤维长度方向的切削。横向切削（横向切削（#）：）： 刀刃纤维方向，刀具在纤维平面内纤维方向运动的切削。端向切削（端向切削（）：）： 刀刃垂直于纤维方向，刀具在垂直于纤维的平面内运动的切削纵向切削纵向切削横向切削横向切削端向切削端向切削六、木材切削的特点：六、木材切削的特点： 1、高速切削、高速切削 2、工件材性不均并有一定的含水率、工件材性不均并有一定的含水率 3、切屑有时就是

10、加工产品、切屑有时就是加工产品 4、刀具楔角小、刀具楔角小第二节第二节 切屑形态切屑形态一、切屑的类型一、切屑的类型 （一）纵向切削 纵型切屑（折断型切屑） 纵型切屑（流线型切屑） 纵型切屑（压缩型切屑） （二）横向切削 横型切屑 横型切屑 （三）端向切削： 型、型 二、流线型切屑二、流线型切屑 切削力变化稳定；切削过程连续，光滑的螺旋状切屑； 形成条件：薄切削，小切削角，含水率高； 形成机理：纵向切削时产生超越裂缝超越裂缝（先行于刃口的开口破坏 ），超越裂缝随着刀具刃口的前进而前进形成连续的带状切屑； 特点：加工质量好（切削厚度很小时不容易产生超越裂缝，此时加工表面比较好），刀具磨损大；三、

11、折断型切屑三、折断型切屑 产生条件：抗劈裂强度低，抗弯强度大，韧性好；含水率低；厚切削（0.1mm）；切削角中等（70）切屑与刀面摩擦系数小。 3、切削力：瞬时值大，平均值小。 4、特点：刀具磨损小，加工质量较好。 顺纹：表面质量好 逆纹：劈裂木材过深，表面产生凹坑四、压缩型切屑四、压缩型切屑 产生条件：小前角（ 分离力分离力对于木材切削来讲，分离力占的比例相对较大，因此保对于木材切削来讲，分离力占的比例相对较大，因此保持切削刃的锋利程度很重要持切削刃的锋利程度很重要二、切削力的合力与分力：二、切削力的合力与分力：取向下为正，向上为负 斜角切削时，还有一个在切削平面内与切削方向垂直的横向分力斜

12、角切削时，还有一个在切削平面内与切削方向垂直的横向分力Fz，Fx最大，最大，Fy和和Fz不到不到1/3Fx。三、切削功率三、切削功率基本切削条件下：310()cxPF vkw xFNmvs切向力（ ）；切削速度（）电机功率：()CEPPkw传动效率，一般 =0.750.85四、切削阻力四、切削阻力 切削阻力是评价材料切削性能的基础，是确定机床所需动力、刀具夹具设计和确定最佳切削条件的基础。 切削阻力的测定：切削阻力的测定：动力传感器 对传感器的基本要求：对传感器的基本要求：高灵敏度；静态刚性和动态刚性好；线性度高；对时间、温度等的变化有较好的稳定性；测定各分力时相互干涉小。 类型：类型：1、电

13、阻应变片传感器 2、压电晶体式传感器：利用晶体的压电效应 3、功率传感器五、切削力的计算（经验公式）：五、切削力的计算（经验公式）： 1、薄切削：、薄切削： （a 0.1 mm）(0.8) 8( - )cfapfABvC过渡切削：(0.8) 8( - )tcftttttapfAB vC式中：p单位切削力；f、A、B、C、c系数（表2-1；2-2）切削角； v 切削速度； a 切削厚度 A- = A+(A-A)A#- = A#+(A-A#)A#- = A#+(A-A#)(1- ) 其它各系数计算同上。2、厚切削：、厚切削： （a 0.1 mm） - cfapABvC 过渡切削： - tcfttt

14、tapAB vC式中各参数意义同上。 909090 纤维倾斜角 3、切削力： Fx = p.a.b9.81 a：切削深度 b：切削宽度对经验公式的讨论：对经验公式的讨论： 1、当较小（25或30）、切削速度较低时，用经验公式计算出现负值，因此较小时不适用； 2、考虑的树种太少，只有三种； 3、从式中看出切削速度对切削力的影响很大，但有些研究表明在常用的切削速度范围内切削速度的影响不大。六、影响切削力的因素：六、影响切削力的因素：1、切削厚度：、切削厚度： a 0.1mm a Fx a 0.1mm a Fx (当a与刃口圆半径接近时增大，切削作用被挤压作用取代。 如图所示 a = 0 Fx 0

15、（后刀面继续作用） - a 0 a Fx a = - Fx = 0注意：切削厚度减小，单位切削力增加，尤其是当切削注意：切削厚度减小，单位切削力增加，尤其是当切削厚度很小时单位切削力急剧增加（力的尺寸效应）厚度很小时单位切削力急剧增加（力的尺寸效应）切削厚度小于0.1mm时切削角的变化不同微切削厚度的变化a2a1a3a 1 2 3 2、刀具锋利程度：、刀具锋利程度： 随刀具变钝，切削力增加随刀具变钝，切削力增加（刀具变钝影响后刀面作用力） 用变钝系数c修正 变钝系数c与后刀面摩擦系数有关c11.11.21.31.41.51.61.71.721.51.251.11.00.90.80.750.7切

16、削力随刃口变钝而增大的原因：切削力随刃口变钝而增大的原因： 切削刃变钝，刃口与木材的接触面积增大，刃口上切削刃变钝，刃口与木材的接触面积增大，刃口上的压力增加；的压力增加； 切削刃变钝，刃口压入分开线以下木材深度加大，切削刃变钝，刃口压入分开线以下木材深度加大，压缩木材所消耗的力增大，同时由于刃口与分开线以下压缩木材所消耗的力增大，同时由于刃口与分开线以下木材的压力增加导致刃口与木材间的摩擦力增大；木材的压力增加导致刃口与木材间的摩擦力增大； 刃口压入木材深度增大，木材纤维弹性回复量增大，刃口压入木材深度增大，木材纤维弹性回复量增大，木材对后刀面的压力增大使后刀面上的摩擦力增大木材对后刀面的压

17、力增大使后刀面上的摩擦力增大 注：随着刀具变钝，后刀面摩擦系数下降（注：随着刀具变钝，后刀面摩擦系数下降（Fy的增的增量大于量大于Fx的增量）的增量） 3、切削方向：、切削方向： 端向端向 纵向纵向 横向横向 过渡切削时，切削力与有关 纤维倾斜角 纵端向切削切削力与年轮方向有关切削力与年轮方向有关 方向3的纵向切削受年轮影响小，一般纵向切削试验往往采用此方向4、刀具角度：、刀具角度： ： F 增大，切屑形状发生变化，纵向切削时从流线型变为折断型或压缩型；端向切削时由剪切型向撕裂型转变。 端向切削时切削角为3040时切削力最小，因为切削角过小，刀尖强度和刚度下降，使实际切削角和切削深度增加。：0

18、15 F 1 5 F 因为过小，刃口稳定性下降使实际切削角和切削厚度加大。最佳后角：最佳后角： 刨削：刨削：5锯、回转切削：锯、回转切削：1015 5、木材：、木材： 材性：强度大，切削力大；比重大，切削力大 （麻栎 桦木 松木） 含水率：10% 时最大（通常） 温度：温度升高，材性软化，切削力下降 0时切削力突变，因为切削冻结材和融冰材所需切削力不同 横向切削时，切削力随温度变化大（旋切单板时应加热）6、切削速度：、切削速度： 当切削深度、切削角比较小时，切削力与切削速度基本无关； 当切削深度和切削角比较大时，切削速度增加，切削力明显下降第五节第五节 刀具的磨损及耐用度刀具的磨损及耐用度一、

19、衡量磨损的指标：一、衡量磨损的指标：1、刃口的纵向微观几何形状前后刀面的粗糙度、 2、刃口的横向微观几何形状磨损特性、磨损强度 刃口圆半径；后刀面棱长 ；刃口收缩量A 二、正常磨损：二、正常磨损： 前刀面磨损：切屑与前刀面间的摩擦 后刀面磨损：切削表面的纤维弹性恢复量对后刀面的摩擦 1、前后刀面同时磨损，后刀面磨损量大于前刀面、前后刀面同时磨损，后刀面磨损量大于前刀面 v小，进给量小，薄切削后刀面磨损； v大，进给量大前后刀面同时磨损，前刀面可能产生月牙洼 端向切削时后刀面磨损大（纤维弹性恢复大） 横向切削时后刀面磨损小，主要是刃口磨损2、后刀面磨损，、后刀面磨损，变化小变化小 加工人造板时易

20、产生 （人造板中硬质点多）三、非正常磨损（刀具破损）：三、非正常磨损（刀具破损）： 原因：原因：1、刀具材料的韧性或硬度太低； 2、刀具的几何参数不合理，使切削力过大，刃口脆弱； 3、切削用量选择不合理，使切削力过大，切削温度过高； 4、刀片在焊接或刃磨时因骤冷骤热使热应力过大，产生裂纹； 5、操作不当，加工情况不正常 破损的形式：破损的形式： 刀具破损比例较高，硬质合金刀具有刀具破损比例较高，硬质合金刀具有5060是破是破损。特别是用脆性大的刀具连续切削或加工高硬度材损。特别是用脆性大的刀具连续切削或加工高硬度材料时，破损较严重。它又分为以下几种形式：料时，破损较严重。它又分为以下几种形式：

21、 崩刃崩刃 特点是在切削刃产生小的缺口，尺寸与进给特点是在切削刃产生小的缺口，尺寸与进给量相当。硬质合金刀具连续切削时容易产生。量相当。硬质合金刀具连续切削时容易产生。 剥落剥落 特点是前后刀面上平行于切削刃剥落一层碎特点是前后刀面上平行于切削刃剥落一层碎片，常与切削刃一起剥落。陶瓷刀具端铣常发生剥落，片，常与切削刃一起剥落。陶瓷刀具端铣常发生剥落，另外硬质合金刀具连续切削也发生。另外硬质合金刀具连续切削也发生。 裂纹裂纹 特点是垂直或倾斜于切削刃有热裂纹。由于特点是垂直或倾斜于切削刃有热裂纹。由于长时间连续切削，刀具疲劳而引起。长时间连续切削，刀具疲劳而引起。 塑性破损塑性破损 特点是刀刃发

22、生塌陷。是由于切削时高特点是刀刃发生塌陷。是由于切削时高温高压作用引起的。温高压作用引起的。四、磨损原因（正常）：四、磨损原因（正常）：1 1、磨料磨损：、磨料磨损： 原因：切屑与工件表面有微小的硬质点，在刀具表面划出沟纹 产生条件：切削速度小，切削温度低，磨损速度慢 2、粘结磨损（冷焊）：由摩擦副新鲜表面分子间的吸、粘结磨损（冷焊）：由摩擦副新鲜表面分子间的吸附力造成的附力造成的 轴与轴瓦间因润滑不良而产生的“咬死”现象属于冷焊原因：原因：切削温度高，摩擦副表面上微观高低不平的接触点彼此粘结，两摩擦表面间相对运动，粘结点被对方带走造成磨损。 若刀具材料硬度高于工件时，粘结处的破裂一般发生在工

23、件上，但由于疲劳、热应力及刀具表面缺陷等也可能导致破裂发生在刀具上，将刀具材料的颗粒带走，造成刀具磨损。产生条件：产生条件：切削速度中等，磨损程度取决于工件与刀具材料间的亲和力、刀具材料与工件的硬度比、切削速度（切削温度）等。 3、扩散磨损：、扩散磨损： 原因：原因：高温下摩擦副中的某些元素在固态下互相扩散到对方中去，改变刀具材料的结构，使刀具材料变脆，加速磨损。 扩散磨损一般与粘结磨损同时发生（硬质合金刀具前刀面上的月牙洼）影响因素：影响因素：刀具材料的化学成分。如Ti比C、Co、W等扩散慢，一般YT类（钨、钛、钴类）刀具的耐磨性大于YG类（钨钴类）；温度高，扩散快，磨损快，高温下刀具磨损加

24、快。高速钢刀具一般切削温度较低，在400500时由于塑性变形使切屑与刀具表面发生原子级的接触，产生扩散磨损。 切削时由于刀具与工件材料不同，接触区产生热电势促进扩散磨切削时由于刀具与工件材料不同，接触区产生热电势促进扩散磨损，称为热电磨损损，称为热电磨损 4 4、氧化磨损：、氧化磨损： 切削温度达到700800时发生，其磨损强度取决于氧化膜的粘附强度。5 5、热磨损：、热磨损： 周期性热应力作用，因疲劳而产生磨损。切削速度越高，磨损越快6 6、塑性变形：、塑性变形： 高温下高速钢刀具退火卷刃，硬质合金刀具产生表层塑性流动使切削刃或刀尖塌陷。总的来说总的来说，刀具磨损可能是其中的一种或，刀具磨损

25、可能是其中的一种或几种。对一定的刀具和工件材料，起主导几种。对一定的刀具和工件材料，起主导作用的是切削温度。在作用的是切削温度。在低温区，一般以硬低温区，一般以硬质点磨损（磨料磨损）为主；在高温区以质点磨损（磨料磨损）为主；在高温区以粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损等为主。粘结磨损、扩散磨损、氧化磨损等为主。五、磨损过程及磨损限度：五、磨损过程及磨损限度：刀具磨损限度：刀具磨损限度： 经济磨损限度：根据刀具的最长寿命为原则制定 工艺磨损限度：能达到的加工精度和粗糙度为原则制定1 1、初期磨损：、初期磨损：由于切削刃上应力集中，刀具材料缺陷等。磨损量取决于刃磨质量。刀具经研磨后可减小磨损量。特点：特

26、点：加工表面质量不稳定，切削力剧增2 2、正常磨损：、正常磨损： 磨损面积随时间均匀增加3 3、急剧磨损、急剧磨损 刀具变钝，切削力陡增，切削温度急剧升高，丧失切削性能六、刀具的耐用度：六、刀具的耐用度： 耐用度：耐用度：刀具从开始切削至磨损量达到磨钝标准为止的总切削时间，即两次刃磨间总的切削时间（T） 寿命：寿命：新刃从投入切削到报废为止的总切削时间 影响刀具耐用度的因素：影响刀具耐用度的因素： （一）刀具几何形状对耐用度的影响：（一）刀具几何形状对耐用度的影响：1、楔角、楔角（取（取为磨损限度）为磨损限度） 2Wcot/2(90/2)/180L式中：L切削行程； W磨损强度讨论：当讨论：当

27、W W一定时，一定时， L L 即楔角小，耐用度高即楔角小，耐用度高 2、后角：、后角： 取后刀面棱长 为磨损限度（以后刀面磨损为主）h20.5sin() sinsinAh讨论：讨论： 不变时，不变时， A，耐用度提高。，耐用度提高。一般一般=2025h （二）工件与刀具材料：（二）工件与刀具材料： 1、工件比重大，耐用度低；木材中含矿物质沉积物，耐用度低；冻结材耐用度低；含水率高，耐用度高；2、 端向切削时，切削力大，刀具易变钝；纵型切削时刀具磨损小； 3、刀具材料硬度、强度高，耐磨性好；（硬质合金 高速钢 合金工具 钢碳素工具钢，直刃时硬质合金刀具的耐用度是高速钢的60倍，曲线时是30倍）

28、（三）切削用量：（三）切削用量： 切削速度（v） 进给量 切削深度 在生产中，首先选择大的切削深度ap ，然后根据加工条件及要求选择最大的进给量f；最后根据刀具耐用度和机床功率选择最大的切削速度v 。 ap 很小时， p很大，并且集中在切削刃上， T； ap ，切屑变为折断型，T（超越裂缝存在），随着ap 进一步增大，切屑变为压缩型，切削阻力增大，T（ap = 0.1mm时，耐用度最大）。 （四）切削方式：（四）切削方式： 闭式切削产生更多的切削热，刀具磨损快。第六节第六节 木工刀具材料及选择木工刀具材料及选择一、木工刀具分类：一、木工刀具分类： 1、锯：用锯切方式分开木材； 2、刀片：加工光

29、面或切开木材，刀体呈片状，如刨刀、旋刀等； 3、铣刀：用于成形加工、平面加工或铣削槽孔，刀具作回转； 4、钻头：用于加工通孔或盲孔，刀体呈杆状； 5、打眼刀：加工非圆孔和切槽，如链式打眼刀、方凿打眼刀等； 6、车刀：用于加工旋转体，刀具直线进给； 7、磨具：用于磨光木制品表面，如砂纸、砂轮等二、木工刀具对材料的要求：二、木工刀具对材料的要求： 1、足够的强度和韧性。高强度能承受大切削力，用抗弯强度衡量；韧性表明了刀具承受冲击载荷和振动的能力，用冲击值衡量。 2、高硬度： HRC50 3、热硬性好：高温下保持高硬度（木材加工中通常不用冷却液） 4、导热性好：降低切削温度，提高刀具耐用度 5、耐磨

30、性好：材料抵抗磨损的能力 6、工艺性好：良好的可加工性、可磨削性、热处理下不脱碳三、木工刀具常用材料：三、木工刀具常用材料： 1 1、碳素工具钢：（、碳素工具钢：（T8T8、T8AT8A、T10T10、T10AT10A等）等） 含碳量含碳量0.650.651.2%1.2%的优质碳素钢。的优质碳素钢。C%C%，韧性，韧性，淬火后硬，淬火后硬度度 优 点 ： 刃 口 锋 利 ， 塑 性 好 ， 切 削 加 工 性 好 ， 淬 火 后优 点 ： 刃 口 锋 利 ， 塑 性 好 ， 切 削 加 工 性 好 ， 淬 火 后HRC(61HRC(6165)65)，价格低。，价格低。 缺点：热硬性差（热硬性温

31、度缺点：热硬性差（热硬性温度200200250250）；淬火后易变形，）；淬火后易变形，淬透性差淬透性差 应用：切削速度小，负荷小的机用或手工刀具，不适合作整应用：切削速度小，负荷小的机用或手工刀具，不适合作整体刀具体刀具注：普通钢注：普通钢 含磷量0.045%、含硫量0.055%； 或磷、硫含量均0.050%。 优质钢优质钢 磷、硫含量均0.040%。2 2、合金工具钢：（、合金工具钢：（65Mn65Mn、Cr15Cr15、Cr12Cr12等）等） 碳素钢中加入少量合金元素（钨、铬、钴等）碳素钢中加入少量合金元素（钨、铬、钴等） 特点：热硬性好于碳素工具钢（特点：热硬性好于碳素工具钢（350

32、350400400）；）；淬火时变形小，淬透性好。适用于机用刀具淬火时变形小，淬透性好。适用于机用刀具 3 3、高速钢：、高速钢： 合金钢中提高某些合金元素的含量成为高速钢。含合金钢中提高某些合金元素的含量成为高速钢。含钨量钨量9 920%20%，含铬量，含铬量3 35%5% 特点：热硬性好（特点：热硬性好（500500600600）；热处理变形小；）；热处理变形小；易磨锐；抗弯强度、冲击韧性、可锻性好；价格低易磨锐；抗弯强度、冲击韧性、可锻性好；价格低 普通高速钢（普通高速钢（W18Cr4VW18Cr4V、W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2）：可锻性、淬）：可锻性、淬透性等差透性等差

33、优点：优点：无碳化物偏析，提高钢的强度、韧性和硬度，硬度值达6970HRC； 保证材料各向同性，减小热处理内应力和变形； 磨削加工性好，磨削效率比熔炼高速钢提高23倍； 耐磨性好。 适于制造切削难加工材料难加工材料的刀具、大尺寸刀具（如滚刀和插齿刀），精密刀具和磨加工量大的复杂刀具。粉末冶金高速钢粉末冶金高速钢 4 4、硬质合金：、硬质合金： 由难熔的金属硬质化合物（硬质相）和金属粘结剂由难熔的金属硬质化合物（硬质相）和金属粘结剂（粘结相）经粉末冶金方法制成。硬质化合物：碳化钨（粘结相）经粉末冶金方法制成。硬质化合物：碳化钨(WC)(WC)；碳化钛；碳化钛(TiC(TiC) )；碳化钽；碳化钽

34、(TaC(TaC) )；碳化钠（；碳化钠（NaCNaC） 粘结剂：钴（粘结剂：钴（CoCo） 硬质合金强度主要取决于硬质合金强度主要取决于CoCo的含量。的含量。 特点：硬度高（特点：硬度高（HRC87HRC879494）；耐高温（）；耐高温（80080010001000）；热硬性好（）；热硬性好（600600下的热硬性超过常温下的下的热硬性超过常温下的高速钢）；脆性大，耐冲击性差；抗弯强度及韧性低；高速钢）；脆性大，耐冲击性差；抗弯强度及韧性低；刀具楔角大（刀具楔角大（50506060）不易磨锐；加工工艺性差。）不易磨锐；加工工艺性差。类型：类型： 按用途：按用途： P P用于加工长屑黑色金

35、属，以蓝色标记；用于加工长屑黑色金属，以蓝色标记； M M用于加工短屑黑色或有色金属，以黄色标记；用于加工短屑黑色或有色金属，以黄色标记； K K用于加工短屑黑色金属和非金属，以红色标记用于加工短屑黑色金属和非金属，以红色标记 如：如：P01P01、P10P10M20M20K40K40，每类中数字越大，耐磨性低，每类中数字越大，耐磨性低，韧性好。韧性好。 K10K10K40K40适合于切削木材适合于切削木材 按化学成分：钨钴类（按化学成分：钨钴类（YGYG）；钨钛钴类（）；钨钛钴类（YTYT）；钨钛钽类）；钨钛钽类(YW)(YW) K K类类 P P类类 M M类类 牌号示例：牌号示例：YG6

36、 (K10)、 YG8 (K30) 数字表示钴含量（数字表示钴含量（%），含量高，材料耐），含量高，材料耐 冲击性好，耐磨性差冲击性好，耐磨性差 不能切削含水率高（不能切削含水率高（15%）的材料）的材料5 5、特殊刀具材料：、特殊刀具材料： 金刚石：硬度、乃磨性、导热性好；热膨胀系数小，韧性差，金刚石：硬度、乃磨性、导热性好；热膨胀系数小，韧性差，对振动敏感，易与铁发生反应。主要用于制造磨具。对振动敏感，易与铁发生反应。主要用于制造磨具。 复合金刚石刀具（金刚石压层刀片）：在硬质合金基体表面经高温复合金刚石刀具（金刚石压层刀片）：在硬质合金基体表面经高温高压烧结一层聚金刚石（高压烧结一层聚金

37、刚石（0.5mm0.5mm厚），形成金刚石与硬质合金的复合刀厚），形成金刚石与硬质合金的复合刀片，韧性好，材质稳定，可多次重磨。片，韧性好，材质稳定，可多次重磨。 氮化硼（氮化硼（BNBN）：熔点高（）：熔点高（27302730），是一种与石墨相似、呈白），是一种与石墨相似、呈白色的软材料，在高温下加入催化剂转化为立方氮化硼色的软材料，在高温下加入催化剂转化为立方氮化硼(CBN)(CBN)。 特点：硬度、耐磨性仅次于金刚石；耐热性高（特点：硬度、耐磨性仅次于金刚石；耐热性高（1000100013001300），），导热性好；摩擦系数小，化学惰性大，用一般金刚石可磨削。韧性差，导热性好；摩擦系数

38、小，化学惰性大，用一般金刚石可磨削。韧性差，热膨胀系数小，耐冲击性差。热膨胀系数小，耐冲击性差。 注：金刚石和立方氮化硼注：金刚石和立方氮化硼(CBN)(CBN)的热膨胀系数比硬质合金小，与钢的热膨胀系数比硬质合金小，与钢质刀体焊接后焊接应力大。质刀体焊接后焊接应力大。 陶瓷陶瓷（1）材料组成：材料组成：主要由硬度和熔点都很高的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。艺方法制粉，再压制烧结而成。 （2）常用

39、种类：常用种类：Al2O3基陶瓷和基陶瓷和Si3N4基陶瓷基陶瓷（3）优点：优点：有很高的硬度和耐磨性，刀具寿命比有很高的硬度和耐磨性，刀具寿命比硬质合金高；具有很好的热硬性，摩擦系数低，硬质合金高；具有很好的热硬性，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。表面光洁度。 （4）缺点：缺点：强度和韧性差，热导率低。陶瓷最大强度和韧性差，热导率低。陶瓷最大缺点是脆性大，抗冲击性能很差。缺点是脆性大，抗冲击性能很差。（5）适用范围：适用范围：高速精细加工硬材料高速精细加工硬材料。 四、刀具材料的选择：四、刀具材料的选择：（一）锯片：

40、（一）锯片： 1、锯切特点：闭式切削，切削热高，负荷大（制材时更大），要求高强度、高硬度、耐磨性好；带锯条周期性弯曲变形，又要张紧，锯片需锤锻碾压和拨（压）料，要求高韧性。 2、选材：中碳碳素工具钢和低合金工具钢（韧性好），如T8A、65Mn 加工硬材或人造板时也可用高硬材料强化锯齿。 我国大部分硬质合金圆锯片的基体用我国大部分硬质合金圆锯片的基体用65Mn制造，国外制造，国外有用有用80CrV2的，但这类材料的热膨胀率还是太高，对保持的，但这类材料的热膨胀率还是太高，对保持锯片稳定性和平整性非常不利。美国威斯康辛大学针对这锯片稳定性和平整性非常不利。美国威斯康辛大学针对这一问题，曾开发出一种热膨胀系数很低的因瓦合金一问题，曾开发出一种热膨胀系数很低的因瓦合金(Invar type alloys)，据说对消除因切削热而造成的负效应效果良，据说对消除因切削热而造