机械制造技术基础（上篇共上下2篇）

2026/7/25机械制造基础1教学参考书:机械制造技术基础，袁军堂等编，机械工业出版社，2023机械制造技术基础(第四版)，卢秉恒等编，机械工业出版社，2017机械制造技术基础，贾振元等编，科学出版社，2010机械制造基础课程介绍机械制造基础各种材料加工的基本原理各种材料加工的刀具机床与加工方法加工工艺规程夹具设计机械加工质量机器装配机械制造课程介绍课程性质：是机械工程、武器系统与工程、车辆工程、工业工程、机器人、智能制造等专业的一门主干专业技术基础课程，是机械制造基础知识的概括与总结。课程特点：综合性、实践性、灵活性。综合性：涉及到多学科的理论和方法。实践性：课程内容是生产实践的总结。除课堂教学中力求理论联系实际，尽可能多引用典型生产实例进行分析外，与课程相配合的还有实验、生产实习及课程设计等教学环节。灵活性：应用于生产实际，要考虑企业的实际情况，具体问题具体分析。机械制造基础2026/7/25机械制造基础4课程介绍课程内容：“机械制造基础”课程以介绍有关机械制造技术的基础知识、基本理论和基本方法为主线，以培养学生分析和解决有关机械制造问题的基本能力为目标，力求使学生通过课程学习能够对机械制造技术有一个基本的把握。主要章节：机械制造技术概论、切削与磨削加工基本原理、金属切削机床与加工方法、机械加工工艺规程的制订、机床夹具设计原理、机械加工质量、机械装备工艺和先进制造技术概述等。机械制造基础2026/7/25机械制造基础5课程介绍机械制造基础课程学习总要求：掌握机械制造的基础理论知识和基本技能，初步具备分析和解决机械加工过程中一般工艺技术问题的能力。具体要求：1）掌握切削加工原理和刀具的基本知识；2）掌握常用加工方法，了解其加工设备。能根据零件的加工要求选择加工方法与机床、刀具、夹具和加工工艺参数；3）掌握机械加工质量分析的基本理论、基本知识和基本方法；4）掌握机械加工、装配工艺规程的制订方法；5）掌握工件定位原理及夹具设计方法；6）了解现代制造技术及其发展。2026/7/25机械制造基础61.绪论1-1产业、制造业与机械制造业1-2机械制造业的发展及其在国民经济中地位和作用1-3机械制造系统、生产过程与工艺过程2026/7/25机械制造基础71-1产业、制造业与机械制造业第一产业：是指农、林、牧、渔业。第二产业：是指采矿业，制造业，电力、燃气及水的生产和供应业，建筑业。第三产业：是指除第一、二产业以外的其他行业。制造业属于第二产业，是指对制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等），按照市场要求，通过制造过程，转化为可供人们使用和利用的工业品与生活消费品的行业，包括农副食品加工业、金属制品业、通用设备制造业、专用设备制造业、通信设备、计算机及其他电子设备制造业等30个大类。2026/7/25机械制造基础8制造业13农副食品加工业14食品制造业15饮料制造业16烟草制品业17纺织业18纺织服装、鞋、帽制造业19皮革、毛皮、羽毛(绒)及其制品业20木材加工及木、竹、藤、棕、草制品业21家具制造业22造纸及纸制品业23印刷业和记录媒介的复制24文教体育用品制造业25石油加工、炼焦及核燃料加工业26化学原料及化学制品制造业27医药制造业28化学纤维制造业29橡胶制品业30塑料制品业31非金属矿物制品业32黑色金属冶炼及压延加工业33有色金属冶炼及压延加工业34金属制品业35通用设备制造业36专用设备制造业37交通运输设备制造业39电气机械及器材制造业40通信设备、计算机及其他电子设备制造业41仪器仪表及文化、办公用机械制造业42工艺品及其他制造业43废弃资源和废旧材料回收加工业1-1产业、制造业与机械制造业2026/7/25机械制造基础9制造业的社会功能1.绪论纺织机械动力机械家用电器通讯设备出版印刷网络媒体文化娱乐冶金机械建筑机械交通工具环保设备军事装备医疗设备机器制造农业机械化工设备制造业制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。2026/7/25机械制造基础10制造业是立国之本、强国之基。

——习近平加快建设制造强国，加快发展先进制造业。

——习近平1-1产业、制造业与机械制造业2026/7/25机械制造基础11

18世纪中叶开启工业文明以来，世界强国的兴衰史和中华民族的奋斗史一再证明，没有强大的制造业，就没有国家和民族的强盛。打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。1-1产业、制造业与机械制造业2026/7/25机械制造基础12当今制造业不仅是科学发现和技术发明转换为现实规模生产力的关键环节，并已成为为人类提供生活所需物质财富和精神财富的重要基础。良好的人居环境，充分的能源供给，便捷的交通和通信设施，丰富多彩的印刷出版、广播影视和网络媒体，优良的医疗保健手段，可靠的国家和社区安全以及抵抗自然灾害的能力等，均需要制造业的支持。1-1产业、制造业与机械制造业2026/7/25机械制造基础13美国68%的财富来源于制造业;日本国民经济总产值约49%由制造业提供。中国制造业对GDP贡献度50%以上。在先进的工业化国家中，约有1/4的人口从业于制造业，而在非制造业部门中，又有约半数人员的工作性质与制造业密切相关。在整个制造业中，机械制造业占有特别重要的地位。因为机械制造业是国民经济的装备部，国民经济各部门的生产水平和经济效益在很大程度上取决于机械制造业所提供装备的技术性能、质量和可靠性。1-1产业、制造业与机械制造业2026/7/25机械制造基础14机械制造业是制造业的重要组成部分，是指从事各种动力机械、起重运输机械、农业机械、冶金矿山机械、化工机械、纺织机械、机床、工具、仪器、仪表及其他机械设备等生产的行业。机械制造业是国民经济的基础产业和支柱产业，其发展水平是国家工业化程度的主要标志之一，其生产活动和人民生活息息相关。强大的机械制造业为国民经济的发展提供了物质基础。1-1产业、制造业与机械制造业2026/7/25机械制造基础15机械制造业是国民经济的装备部，国民经济各部门的生产水平、产品质量和经济效益等在很大程度上取决于机械制造业所提供的装备的技术性能、质量和可靠性。

新中国成立以来，特别是近30年来，中国装备制造业取得了令人瞩目的成就。从总量规模看，中国现已位居世界领先位置，跻身世界装备制造业大国行列。1-2机械制造业的发展及其在国民经济中地位和作用2026/7/25机械制造基础161-2机械制造业的发展及其在国民经济中地位和作用从2010年开始，我国制造业增加值成为世界第一；2019年，我国制造业增加值约为4.05万亿美元，在全球制造业占比超过28%，是名副其实的世界制造大国。2026/7/25机械制造基础171-2机械制造业的发展及其在国民经济中地位和作用新中国成立70多年来，特别是改革开放40多年来，中国制造业取得了伟大的历史性成就，走出了一条中国特色工业化发展道路：（1）我国制造业拥有超大规模的市场优势，需求是最强大的发展动力。（2）我国制造业规模居全球首位，是世界上唯一拥有全部工业门类的国家；有着独立完整的工业体系，具备强大的产业基础。（3）我国一直坚持信息化与工业化融合发展，在制造业数字化网络化智能化方面掌握了核心关键技术，具有强大的技术基础。（4）我国在制造业人才队伍建设方面已经形成了独特的人力资源优势。（5）我国制造业在自主创新方面取得了辉煌成就，上天、入地、下海、高铁、输电、发电、国防等，都显示出我国制造业的巨大创新力量。2026/7/25机械制造基础181-2机械制造业的发展及其在国民经济中地位和作用我国还不是一个制造强国我国制造业大而不强，存在着突出的问题，面临着严峻的挑战：（1）自主创新能力不强。关键核心技术还没有真正掌握在自己手中，科学技术还没有真正成为“第一生产力”。产业发展需要的高端设备、关键零部件和元器件、关键材料等对外依存度很高。如，我国所需的芯片80%以上依赖进口，2019年进口额超过3040亿美元。在中国制造由大到强、高质量发展的历史时期，自主创新能力不强是最主要的问题。（2）产品质量问题突出。2019年全年制造业产品质量不合格率高达6.14%，产品在中高端市场缺乏竞争力，市场占有率不高。可靠性不好、品牌不强，是中国制造业的切肤之痛，是中国制造业必须全力解决的基础性问题。2026/7/25机械制造基础191-2机械制造业的发展及其在国民经济中地位和作用我国还不是一个制造强国（3）劳动生产率低。我国制造业的总体效率与西方工业发达国家相比，差距很大。2016年中国制造业全员劳动生产率为美国的22.69%，日本的35.14%。（4）资源和环境的挑战严峻。资源利用效率低，我国单位国内生产总值（GDP）能耗约为世界平均水平的2倍；环境保护任务极重，绿色发展势在必行。（5）产业结构转型升级刻不容缓。中国制造业总体处于世界产业链的中低端，产业链“断链”“短链”“弱链”问题严重，战略性高端产业还不强大，产业体系现代化水平不高；企业不强、产业集群不强，缺乏具有世界先进水平的企业和产业集群。2026/7/25机械制造基础201-2机械制造业的发展及其在国民经济中地位和作用整体而言，中国制造业整体竞争力还不强；从“制造大国”迈向“制造强国”，中国制造业任重而道远。2026/7/25机械制造基础211-2机械制造业的发展及其在国民经济中地位和作用制造强国综合指标分析综合研究世界各国制造业规模发展、质量效益、结构优化、可持续发展（主要是创新能力）等各方面要素，形成了由4项一级指标、18项二级指标构成的制造强国指标评价综合指数体系。2026/7/25机械制造基础221-2机械制造业的发展及其在国民经济中地位和作用制造强国综合指标分析以美国、德国、日本、英国、法国和韩国等主要工业化国家为参考，计算出其历年来的制造强国指标评价综合指数，以表征一个国家制造业综合竞争力在世界上的地位。2026/7/25机械制造基础231-2机械制造业的发展及其在国民经济中地位和作用制造强国综合指标分析世界制造强国指标评价综合指数分布中，美国遥遥领先，处于第一方阵；德国、日本处于第二方阵；中国、英国、法国、韩国处于第三方阵。中国制造业虽然在规模发展方面领先，但在质量效益、结构优化、持续发展等方面还有很大差距。综合而言，大而不强，还处于世界制造业第三方阵，落后于处于世界第二方阵的制造强国——德国、日本，更落后于处于世界第一方阵的制造强国——美国。未来三十年，中国必须坚定不移建设制造强国，实现制造业由大到强，由世界产业链中低端走向中高端，由制造大国迈向制造强国。2026/7/25机械制造基础241-2机械制造业的发展及其在国民经济中地位和作用推进制造强国战略，从制造大国迈向制造强国中国制造20252025年中国制造20352035年

中国制造20452045年2025年中国制造业进入制造强国第二方阵，迈入制造强国行列2035年中国制造业将位居第二方阵前列，成为名副其实的制造强国2045年中国制造业进入第一方阵，成为世界领先的的制造强国（第一阶段）（第二阶段）（第三步阶段）我国制造强国的战略部署：2026/7/25机械制造基础25国家中长期科学和技术发展纲要（2006-2020年）中指出，我国制造业的发展思路：(１)提高装备设计、制造和集成能力。以促进企业技术创新为突破口，通过技术攻关，基本实现高档数控机床、工作母机、重大成套技术装备、关键材料与关键零部件的自主设计制造。(2)积极发展绿色制造。加快相关技术在材料与产品开发设计、加工制造、销售服务及回收利用等产品全生命周期中的应用，形成高效、节能、环保和可循环的新型制造工艺。制造业资源消耗、环境负荷水平进入国际先进行列。(3)用高新技术改造和提升制造业。大力推进制造业信息化，积极发展基础原材料，大幅度提高产品档次、技术含量和附加值，全面提升制造业整体技术水平。1-2机械制造业的发展及其在国民经济中地位和作用2026/7/25机械制造基础26未来中国装备制造业应重点发展高端装备，要掌握主导产品的核心技术，拥有一批具有自主知识产权的关键产品和知名品牌，发展战略性新兴产业装备，高端装备产量的占比提高到１５％以上，基本保障国民经济和国防建设的需要，使中国尽早跻身世界装备强国之列。1-2机械制造业的发展及其在国民经济中地位和作用2026/7/25机械制造基础27从制造大国到制造强国的发展之路Step1Step2Step3改革开放制造大国制造强国关键：加强自主创新，掌握核心技术，发展绿色和智能制造。1-2机械制造业的发展及其在国民经济中地位和作用推动中国制造向中国创造转变、中国速度向中国质量转变、中国产品向中国品牌转变。--习近平2014.05.10要实施“中国制造2025”，实现制造业升级。--“政府工作报告”2015.03.05世界强国的兴衰史和中华民族的奋斗史一再证明，没有强大的制造业，就没有国家和民族的强盛。

--国务院“中国制造2025”1-2机械制造业的发展及其在国民经济中地位和作用高新技术引领、处于价值链高端和产业链核心环节，

决定国家整个产业链综合竞争力的新兴产业。美国先进制造伙伴（AMP）计划德国“工业4.0”战略日本制造基础技术振兴基本法《中国制造2025》《高端装备制造业“十二五”发展规划》《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》《装备制造业调整和振兴规划》《工业转型升级规划(2011～2015年)》高端装备——是实现装备快速制造、极限制造、高精度及高强度保障的前提，实现传统产业转型升级和战略性新兴产业发展所需的高技术高附加值装备。1-2机械制造业的发展及其在国民经济中地位和作用高端制造技术是国家中长期重点发展领域**中华人民共和国科学技术部.《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》1-2机械制造业的发展及其在国民经济中地位和作用航空航天高档数控/

机器人轨道交通电力装备信息技术新能源

汽车海洋装备农业机械新材料医疗器械1-2机械制造业的发展及其在国民经济中地位和作用行业规模庞大2014年度装备制造业产值突破20万亿超全球比重1/3多数装备产量世界第一质量有待提高人均产值低：仅为美国1/10高端装备少：制造总量仅占10%装备工业整体增加值率低：26%，低于发达国家平均水平6-8个百分点发展知识、技术密集型、高附加值的高端制造是我国制造业由大变强的顶层战略1-2机械制造业的发展及其在国民经济中地位和作用2026/7/25机械制造基础33机械制造系统机械制造系统是指从机械产品的市场分析、经营决策、工程设计、加工装配、质量控制、生产指挥到售后服务等一系列过程的总和。1-3机械制造系统、生产过程与工艺过程2026/7/25机械制造基础34机械制造系统、生产过程与工艺过程广义地理解机械制造系统，体现的是“大制造”的概念，它涉及到从产品概念到形成最终产品的各个方面和生产的全过程。由于本课程的内容和性质所决定，主要是从“小制造”的概念出发，重点主要放在零件的机械加工和装配工艺上，即从原材料或半成品经加工和装配后形成最终产品的过程。1-3机械制造系统、生产过程与工艺过程2026/7/25机械制造基础35生产过程是机械制造系统的一个子系统，一般是指从原材料（或半成品）进厂，一直到把产品制造出来的各有关过程的总和，它包括从原材料→毛坯→零件加工(外购件采购)→部件装配→整机装配→检验→试车→油漆→包装等环节。企业的生产过程又可按产品的生产阶段分为若干车间（分厂）的生产过程，如铸造车间或锻造车间的成品是机械加工车间的原材料（或半成品），而机械加工车间的成品又是装配车间的原材料等等。1-3机械制造系统、生产过程与工艺过程生产过程2026/7/25机械制造基础36工艺过程是生产过程的一部分，凡是直接改变生产对象的尺寸、形状、物理化学性能以及相对位置关系的过程，统称为工艺过程。其他过程称为辅助过程，如动力供应、原材料采购、运输、保管、工具制造、修理等。把工艺过程从生产过程划分出来是有条件的、不是绝对的，通常把与加工过程密切相关的、很难分割的工作，如在机床上加工一个零件，工件的装夹、测量等虽然不直接改变加工件的尺寸、形状、物理化学性能以及相对位置关系，也列入工艺过程的范畴。1-3机械制造系统、生产过程与工艺过程工艺过程2026/7/25机械制造基础37工艺过程又可分为铸造、锻压、冲压、焊接、机械加工、热处理、装配等工艺过程。“机械制造基础”课程主要涉及机械加工工艺和装配工艺过程，其他工艺过程在“工程材料及成型工艺”和“金工实习”等课程中学习。1-3机械制造系统、生产过程与工艺过程工艺过程2026/7/25机械制造基础38零件成形一般有增材制造、减材制造和等材制造。1-3机械制造系统、生产过程与工艺过程切削加工工艺/v?pd=wisenatural&vid=11114347233584014191切削加工：（1）切削加工的精度和表面粗糙度的范围广泛，获得很高的加工精度和很低的表面粗糙度；（2）切削加工零件的材料、形状、尺寸和重量的范围较大；（3）切削加工的生产率较高；（4）切削过程中存在切削力。2026/7/25机械制造基础39生产类型与工艺特点表1-1加工零件的生产纲领和生产类型生产类型零件的年生产纲领（件/年）重型零件中型零件轻型零件单件生产＜5＜20＜100成批生产小批5～10020～200100～500中批100～300200～500500～5000大批300～1000500～50005000～50000大量生产＞1000＞5000＞50000加工零件的年生产纲领N可按下式计算

N=Q×n×(1+a%)×(1+b%)式中：Q—产品的年产量（台/年）；

n—每台产品中该零件的数量（件/台）；

a%—备品率；b%—废品率。1-3机械制造系统、生产过程与工艺过程2026/7/25机械制造基础40生产类型与工艺特点表1-2不同机械产品各种类型零件的质量范围产品类别加工零件的质量/kg轻型零件中型零件重型零件电子工业机械＜44～30＞30机床＜1515～50＞50重型机械＜100100～2000＞20001-3机械制造系统、生产过程与工艺过程2026/7/25机械制造基础41表1-3各种生产类型的工艺特点名称大量生产成批生产单件生产毛坯制造广泛采用金属模机器造型和模锻。毛坯精度高，加工余量小。部分采用金属模和模锻，部分采用木模手工造型和自由锻造。毛坯精度和余量中等。广泛采用木模手工造型和自由锻造。毛坯精度低、加工余量大。机床设备及其布置采用高效专用机床、组合机床、数控机床。采用流水线、自动生产线生产方式。部分采用通用机床，部分采用数控机床、加工中心、柔性制造单元。机床按零件类别分工段布置。广泛采用通用机床，重要零件采用数控机床或加工中心。机床按机群布置。零件的互换性具有广泛的互换性。部分高精度配合件采用分组选配法装配。大部分零件具有互换性。少数采用钳工修配装配。一般是配对制造，广泛采用钳工修配。获得加工精度的方法调整法一般采用调整法加工，也有采用试切法。试切法工艺装备广泛采用高效率夹具、量具或自动检测装置，高效复合刀具广泛采用夹具、通用刀具、万能量具，部分采用专用刀具、专用量具。广泛采用通用夹具、量具和刀具。对工人的技术要求对调整工技术水平要求高，操作工技术水平要求一般。技术水平要求较高技术水平要求高工艺文件工艺过程、工序和检验卡片齐全、详细一般有工艺过程卡片，重要工序有工序卡片只有工艺过程卡片1-3机械制造系统、生产过程与工艺过程2026/7/25机械制造基础42思考题本课程的性质、特点、主要内容及学习目标。如何从广义和狭义上理解制造？机械制造系统、生产过程与工艺过程的概念。各种生产类型的工艺特点？机械制造业在国民经济中的地位和作用？了解我国装备制造业的发展现状及中长期发展规划。1-3机械制造系统、生产过程与工艺过程2026/7/25机械制造基础43第2章金属切削加工的基础知识2.1切削加工的运动分析及切削要素2.2切削刀具结构2.3刀具材料2.4金属切削的变形过程2.5切削力和切削功率2.6切削热和切削温度2.7刀具磨损与寿命2.8工件材料切削加工性及切削用量选择2.9切削液2.10非金属材料的切削加工2026/7/25机械制造基础44本章的学习要求(1)掌握切削运动、加工表面、切削用量及切削层参数的概念和分析方法；(2)掌握刀具角度和工作角度的概念、合理选择刀具角度，常用刀具材料的性质与选用；(3)掌握切削过程中的物理现象及其对加工过程的影响；(4)掌握切削液的作用，合理选用切削液。(5)非金属材料加工特点

重点和难点：切削运动及切削用量的概念与分析;刀具角度标注;切削过程中的物理现象。第2章金属切削加工的基础知识2026/7/25机械制造基础452.1切削加工的运动分析及切削要素2.1.1零件表面与成形运动2.1.2切削运动2.1.3切削要素2026/7/25机械制造基础462.1.1零件表面与成形运动加工方法：车削、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、内外圆磨削等。☆回转体表面：是以直线为母线作旋转运动所形成的表面。切削加工的本质是通过刀具和工件的相对运动切除多余材料以获得需要的零件表面形状。☆平面：是以直线为母线作直线运动形成的表面加工方法：铣削、刨削、平面磨削等。☆曲面：是以曲线为母线作旋转或平移所形成的表面；加工方法：成形车削、成形磨削、铣削、数控铣削、电火花加工、激光加工等。2026/7/25机械制造基础47概念：刀具与工件间的相对运动，以切除多余的金属2.1.2切削运动2026/7/25机械制造基础482.1.2切削运动分类：1）主运动：切除切屑所需的基本运动。3个特点：速度最快；消耗功率最大；唯一性。概念：刀具与工件间的相对运动，以切除多余的金属2）进给运动：使金属层不断投入被切削的运动。3个特点：速度较慢；消耗功率较小；可以为一个或多个。3）其它运动：吃刀运动分度运动2026/7/25机械制造基础49常见机床的切削运动机床名称主运动进给运动卧式车床工件旋转车刀纵向、横向移动2.1.2切削运动2026/7/25机械制造基础50常见机床的切削运动机床名称主运动进给运动钻床钻头旋转钻头轴向移动2.1.2切削运动2026/7/25机械制造基础51常见机床的切削运动机床名称主运动进给运动铣床铣刀旋转工件纵向、横向、垂直方向移动2.1.2切削运动2026/7/25机械制造基础52常见机床的切削运动机床名称主运动进给运动镗床镗刀旋转镗刀轴向移动、工件轴向移动2.1.2切削运动2026/7/25机械制造基础53常见机床的切削运动机床名称主运动进给运动牛头刨床刨刀往复工件横向、垂直方向间隙移动2.1.2切削运动2026/7/25机械制造基础54常见机床的切削运动机床名称主运动进给运动龙门刨床工件往复刨刀横向、垂直方向间隙移动2.1.2切削运动2026/7/25机械制造基础55常见机床的切削运动机床名称主运动进给运动外圆磨床砂轮旋转工件旋转、工件往复或砂轮横向移动2.1.2切削运动2026/7/25机械制造基础56常见机床的切削运动机床名称主运动进给运动平面磨床砂轮旋转工件往复移动，砂轮横向、垂直移动2.1.2切削运动2026/7/25机械制造基础57正在加工的工件表面，根据其所处的状态分为：

已加工表面：已经加工完成的表面。

加工表面（过渡表面）：切削刀具正在进行切削加工的表面。

待加工表面：即将进入切削加工的表面。加工表面：2.1.3切削要素2026/7/25机械制造基础58正在加工的工件表面，根据其所处的状态分为：

已加工表面：已经加工完成的表面。

加工表面（过渡表面）：切削刀具正在进行切削加工的表面。

待加工表面：即将进入切削加工的表面。加工表面：2.1.3切削要素2026/7/25机械制造基础59加工表面：2.1.3切削要素2026/7/25机械制造基础602.1.3切削要素切削用量三要素：进给量：刀具与工件之间沿进给方向的相对位移，f（mm/r）；进给速度vf(mm/min)：单位时间内每齿进给量fz(mm/z)：刀具每个刀齿背吃刀量（切削深度）ap(mm):已加工表面与待加工表面间的距离。补充定义：在垂直于进给运动方向上测量的主切削刃切入工件的深度。切削速度vc:主运动的线速度(m/min)

主运动旋转运动：vc=πDn主运动直线往复：

vc

=2Lnr2026/7/25机械制造基础612.1.3切削要素加工表面：21345678910110

已加工表面;

加工表面;待加工表面;主运动；进给运动；背吃刀量；2026/7/25机械制造基础62切削层：主运动一个周期，相邻两加工表面（切削刃）之间的材料截面。切削层尺寸平面要素切削层公称厚度hD（老标准ac）：

hD=f·sinKr切削层公称宽度bD（老标准aw）:bD=ap/sinKr切削层公称截面积AD：AD=ap·

f=bD·

hD残留面积ΔAD

残留面积高度：

H=f/(ctgKr+ctgKr’)rε=0H=f2/8rεrε≠02.1.3切削要素2026/7/25机械制造基础63rε=0时，在⊿ABD和⊿ACD中2.1.3切削要素残留面积高度残留面积2026/7/25机械制造基础642.1.3切削要素rε≠0时

H=BD=BE-DE

移项后两边平方,并忽略H2(H<<

rε)：

残留面积高度：H=f2/8rε

2026/7/25机械制造基础652.2切削刀具结构2.2.1常用刀具分类及刀具结构2.2.2刀具角度2026/7/25机械制造基础66l

刀具的分类2.2.1常用刀具类型及刀具结构按工种：车刀、铣刀、刨刀、滚刀等。按功能：车刀、切断刀、螺纹刀、偏刀、尖刀、镗孔刀、成形刀等。结构形式：整体式、焊接式、机械安装式（压板压紧）2.2切削刀具结构2026/7/25机械制造基础67l

刀具的分类2.2.1常用刀具类型及刀具结构按工种：车刀、铣刀、刨刀、滚刀等。按功能：车刀、切断刀、螺纹刀、偏刀、尖刀、镗孔刀、成形刀等。结构形式：整体式、焊接式、机械安装式（压板压紧）2.2切削刀具结构2026/7/25机械制造基础682.2.1常用刀具类型及刀具结构2.2切削刀具结构2026/7/25机械制造基础692.2.1常用刀具类型及刀具结构2.2切削刀具结构2026/7/25机械制造基础702.2.1常用刀具类型及刀具结构2.2切削刀具结构2026/7/25机械制造基础712.2.1常用刀具分类及刀具结构2.2切削刀具结构切削部分组成

2026/7/25机械制造基础722.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构1）刀具的静止参考系（Pr—Ps—Po系—正交平面参照系）静止参照系的假设条件：

假定运动条件：进给量f=0假定安装条件：刀尖与工件回转中心等高；刀杆方向与进给方向垂直。辅助平面：

切削平面Ps：过切削刃上一点，与加工表面相切的平面。

基面Pr：过切削刃上同一点，与切削速度相垂直的平面。

正交平面Po（主剖面）：过切削刃上同一点，与切削平面和基面相垂直的平面。2026/7/25机械制造基础732.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构1）刀具的静止参考系（Pr—Ps—Po系—正交平面参照系）2026/7/25机械制造基础742.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构1）刀具的静止参考系（Pr—Ps—Po系—正交平面参照系）2026/7/25机械制造基础752.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构2）刀具标注角度的定义刀具的标注角度是指静止状态下，在工程图上标注的刀具角度。（下面以车刀为例介绍刀具的标注角度）(1)前角的标注：正交平面P0内标注（注意前角有正负）

刀具标注前角γ0：在正交平面内测量的，前刀面与基面的夹角。2026/7/25机械制造基础762.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构2）刀具标注角度的定义刀具的标注角度是指静止状态下，在工程图上标注的刀具角度。（下面以车刀为例介绍刀具的标注角度）（1）前角的标注：正交平面P0内标注（注意前角有正负）

刀具标注前角γ0：在正交平面内测量的，前刀面与基面的夹角。2026/7/25机械制造基础772.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构2）刀具标注角度的定义前角的作用：前角↑→切屑变形↓→切削力↓→刃口强度↓→前刀面磨损↓→导热体积↓工件材料刀具前角的选用：1)

加工塑性材料选大前角

2)加工脆性材料、断续切削选小前角3)加工硬材料选用负前角刀具材料：强度和韧性高的刀具材料选大前角。加工性质：粗加工选小前角，精加工选大前角。切削条件：断续切削或有冲击时选小前角。2026/7/25机械制造基础782.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构（2）刀具标注后角α0：正交平面P0内标注在正交平面内测量的，后刀面与切削面的夹角。后角的标注：2026/7/25机械制造基础792.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构（2）刀具标注后角α0：正交平面P0内标注在正交平面内测量的，后刀面与切削面的夹角。后角的标注：2026/7/25机械制造基础802.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构（2）刀具标注后角α0：正交平面P0内标注在正交平面内测量的，后刀面与切削面的夹角。后角的标注：后角的作用：后角↑→后刀面与加工表面间的摩擦↓→

后刀面磨损↓→刃口强度↓→导热体积↓刀具后角的选用：

1)

粗加工选小后角2)精加工选大后角3)选大前角时选小后角以增大刃口强度2026/7/25机械制造基础812.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构（3）刀具标注主偏角Kr：正交基面Pr内标注在基面内测量的，主切削刃与进给方向的夹角。2026/7/25机械制造基础822.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构（3）刀具标注主偏角Kr：基面Pr内标注在基面内测量的，主切削刃与进给方向的夹角。主偏角的作用：主偏角↑→切削刃工作长度↓→刀尖强度↓→导热体积↓→径向分力↓刀具主偏角的选用：一般为30~75°,加工细长工件采用90~93°2026/7/25机械制造基础832.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构（4）刀具标注副偏角Kr’：基面Pr内标注在基面内测量的，副切削刃与进给反方向的夹角。2026/7/25机械制造基础842.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构

在基面内测量的，副切削刃与进给反方向的夹角。副偏角的作用：副偏角↑→副后面与工件已加工表面摩擦↓→刀尖强度↓→表面粗糙度↑刀具副偏角的选用：一般为5~20°,特殊要求可采用=0°的修光刃2026/7/25机械制造基础852.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构（5）刀具标注刃倾角λS

：切削平面Ps内标注在切削平面内测量的，主切削刃与基面的夹角。2026/7/25机械制造基础862.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构（5）刀具标注刃倾角λS

：切削平面Ps内标注在切削平面内测量的，主切削刃与基面的夹角。刃倾角的作用：（1）影响排屑方向：λS＞0°

排向待加工表面

λS＜0°

排向已加工表面

λS=0°

前刀面上卷曲

2026/7/25机械制造基础872.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构（5）刀具标注刃倾角λS

：切削平面Ps内标注在切削平面内测量的，主切削刃与基面的夹角。刃倾角的作用：（1）影响排屑方向：λS＞0°

排向待加工表面；

λS＜0°

排向已加工表面；

λS=0°

前刀面上卷曲

（2）影响切削刃切入时的位置和切入切出的稳定性2026/7/25机械制造基础882.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构（5）刀具标注刃倾角λS

：切削平面Ps内标注在切削平面内测量的，主切削刃与基面的夹角。刃倾角的作用：（1）影响排屑方向：λS＞0°

排向待加工表面；

λS＜0°

排向已加工表面；

λS=0°

前刀面上卷曲

（2）影响切削刃切入时的位置和切入切出的稳定性（3）影响背向分力大小刀具刃倾角的选用：精加工取λS≥0°

粗加工取λS＜0°

加工细长工件采用λS＞0°

2026/7/25机械制造基础892.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构

2026/7/25机械制造基础902.2切削刀具结构

刀具角度的选择原则粗加工塑性材料时，选择大前角γ0，小后角α0，小主偏角Kr，较小或负的刃倾角λs；粗加工脆性材料时可适当减小前角γ0；加工高硬度难加工材料时，采用负前角(γ0<0°)。精加工时，一般选择较大后角α0，较小的前角γ0，非负的刃倾角（λs≥0°），加工细长轴时选择大主偏角Kr。

2.2.2刀具角度（静止参考系）2026/7/25机械制造基础912.2切削刀具结构2.2.2刀具角度（静止参考系）例题：下图为外圆车削示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0＝15

、

0＝6

、Kr＝55

、Kr

＝45

、

s＝－10

。2026/7/25机械制造基础922.2切削刀具结构2.2.2刀具角度（静止参考系）例题：下图为外圆车削示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0＝15

、

0＝6

、Kr＝55

、Kr

＝45

、

s＝－10

。2026/7/25机械制造基础932.2切削刀具结构2.2.2刀具角度（静止参考系）例题：下图为外圆车削示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0＝15

、

0＝6

、Kr＝55

、Kr

＝45

、

s＝－10

。2026/7/25机械制造基础942.2切削刀具结构2.2.2刀具角度（静止参考系）例题：下图为外圆车削示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0＝15

、

0＝6

、Kr＝55

、Kr

＝45

、

s＝－10

。2026/7/25机械制造基础952.2切削刀具结构2.2.2刀具角度（静止参考系）例题：下图为镗孔加工示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0、

0、Kr、Kr、

s。2026/7/25机械制造基础962.2切削刀具结构2.2.2刀具角度（静止参考系）例题：下图为镗孔加工示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0、

0、Kr、Kr、

s。2026/7/25机械制造基础972.2切削刀具结构2.2.2刀具角度（静止参考系）例题：下图为镗孔加工示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0、

0、Kr、Kr、

s。2026/7/25机械制造基础982.2切削刀具结构2.2.2刀具角度（静止参考系）例题：下图为镗孔加工示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0、

0、Kr、Kr、

s。2026/7/25机械制造基础992.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构例题：下图为车端面加工示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0＝-5

、

0＝6

、Kr＝55

、Kr

＝45

、

s＝－10

。2026/7/25机械制造基础1002.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构例题：下图为车端面加工示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0＝-5

、

0＝6

、Kr＝55

、Kr

＝45

、

s＝－10

。2026/7/25机械制造基础1012.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构例题：下图为车端面加工示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0＝-5

、

0＝6

、Kr＝55

、Kr

＝45

、

s＝－10

。2026/7/25机械制造基础1022.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构例题：下图为车端面加工示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0＝-5

、

0＝6

、Kr＝55

、Kr

＝45

、

s＝－10

。2026/7/25机械制造基础1032.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构例题：下图为切断加工示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0、

0、Kr、Kr、

s。2026/7/25机械制造基础1042.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构例题：下图为切断加工示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0、

0、Kr、Kr、

s。2026/7/25机械制造基础1052.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构例题：下图为切断加工示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0、

0、Kr、Kr、

s。2026/7/25机械制造基础1062.2.2刀具角度（静止参考系）2.2切削刀具结构例题：下图为切断加工示意图，在图上标注：

（1）主运动、进给运动和背吃刀量；

（2）已加工表面、加工（过渡）表面和待加工表面；

（3）基面、主剖面和切削平面；

（4）刀具角度

0、

0、Kr、Kr、

s。2026/7/25机械制造基础1072.2.2刀具角度（工作参考系）2.2切削刀具结构刀具工作角度又称刀具切削角度：刀具实际切削条件下的实际角度。工作参考系与静止参考系的差别：工作条件下，合成切削速度为主运动与进给运动的合成速度；而静止条件下合成速度与切削速度是一致的。（3）刀具工作参考系（Pre—Pse—Poe）通常情况下工作角与标注角近似相等。如普通车削、镗孔、铣削等。当较大时或安装误差较大时必须考虑其影响。如：车螺纹、钻孔等。刀具的安装条件变化也会引起了参考系的变化。2026/7/25机械制造基础1082.2切削刀具结构（4）刀具工作角度（工作参考系）①进给对工作角度的影响经向进给时工作角度的变化2026/7/25机械制造基础1092.2切削刀具结构（4）刀具工作角度（工作参考系）①进给对工作角度的影响经向进给时工作角度的变化式中μ角是主运动方向与合成切削速度方向间的夹角。2026/7/25机械制造基础1102.2切削刀具结构（4）刀具工作角度（工作参考系）①进给对工作角度的影响纵向进给时工作角度的变化在进给剖面，有：在工作正交平面内：2026/7/25机械制造基础1112.2切削刀具结构（4）刀具工作角度（工作参考系）①进给对工作角度的影响纵向进给时工作角度的变化将其换算到主剖面内得到：2026/7/25机械制造基础1122.2切削刀具结构（4）刀具工作角度（工作参考系）②刀尖安装对工作角度的影响车外圆刀尖安装偏高（低）：工作前角增大（小），工作后角减小（大）。在纵向剖面内的工作角度为：2026/7/25机械制造基础1132.2切削刀具结构（4）刀具工作角度（工作参考系）②刀尖安装对工作角度的影响车外圆刀尖安装偏高（低）：工作前角增大（小），工作后角减小（大）。γre=γrα0e=α0a）α

0e＜α0b）α

0e＞α0c）γre＜γrγre＞γr2026/7/25机械制造基础1142.2切削刀具结构（4）刀具工作角度（工作参考系）②刀尖安装对工作角度的影响镗内孔刀尖安装偏高（低）：工作前角减小（大），工作后角增大（小）。2026/7/25机械制造基础1152.2切削刀具结构（4）刀具工作角度（工作参考系）③车刀刀杆中心线与进给方向不垂直时工作角度的变

2026/7/25机械制造基础1162.3刀具材料2.3.1刀具材料应具备的性能2.3.2工具钢类2.3.3硬质合金类2.3.4陶瓷类2.3.5金刚石2.3.6立方氮化硼2.3.7涂层类2026/7/25机械制造基础1172.3.1刀具材料应具备的性能刀具材料的基本性能高硬度和耐磨性足够的强度和韧性高耐热性和化学稳定性良好的热物理性能良好的耐热冲击性能良好的工艺性良好的经济性刀具的基本性能相互联系，又相互制约，应根据具体加工条件，抓主要性能，兼顾其它。2026/7/25机械制造基础118刀具材料的发展与切削加工高速化的关系切削速度（m/min）2000100050020010050201018001850190019502000年代碳素工具钢合金工具钢WC系硬质合金高速钢WC-TiC系硬质合金涂层硬质合金TiAlN涂层硬质合金DLC涂层硬质合金TiC-TiN金属陶瓷聚晶立方氮化硼（PCBN）陶瓷聚晶金刚石（PCD）2.3.1刀具材料应具备的性能2026/7/25机械制造基础119天然金刚石PCBNPCD氧化物陶瓷氮化物陶瓷硬质合金涂层WC硬质合金涂层超细粒状硬金属涂层高速钢TiN涂层高速钢断裂韧性耐磨性刀具材料的耐磨性与断裂韧性2.3.1刀具材料应具备的性能2026/7/25机械制造基础120常用刀具材料的种类及应用类型硬度强度韧性耐热耐磨工艺应用工具钢碳素工具钢低高高低好差低高差好切削加工、热处理、刃磨手动工具合金工具钢低速工具高速钢复杂刀具硬质合金钨钴类(YG)K粉末冶金烧结刃磨脆性金属通用类(YW)M通用钨钛钴(YT)P塑性金属非金属陶瓷烧结连续切塑性材料立方氮化硼结晶精密加工金刚石结晶精密加工2.3.1刀具材料应具备的性能2026/7/25机械制造基础1212.3.2工具钢——碳素工具钢

碳素工具钢是含碳量在0.70﹪～1.35﹪的优质高碳钢，常用用牌号T8A、T10A、T12A等。主要性能有：

碳素工具钢的优点是价格低廉，切削刃可磨得很锋利，一般用来做切削速度低，尺寸较小的手动工具。如丝锥、锉刀及手锯条等。淬火后硬度为60～64HRC，与一般高速钢相近；耐热性很差，当切削刃温度超过200℃～250℃时，硬度将急剧下降，失去切削能力。因此碳素工具钢只能在8m/min～10m/min的切削速度下工作。碳素工具钢的淬透性差，淬火时在水中急剧冷却，容易产生淬火变形和开裂。2026/7/25机械制造基础1222.3.2

工具钢——高速钢

高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。特点：1）强度高，抗弯强度为硬质合金的2～3倍；2）韧性高，比硬质合金高几十倍；3）硬度HRc63以上，且有较好的耐热性；4）可加工性好，热处理变形较小。应用：常用于制造各种复杂刀具（如钻头、丝锥、拉刀、成型刀具、齿轮刀具等）。2026/7/25机械制造基础123常用高速钢牌号及其应用范围类别牌号主要用途普通高速钢W18Cr4V广泛用于制造钻头、绞刀、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等W6Mo5Cr4V2用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等W14Cr4VmnRe用于制造要求热塑性好和受较大冲击载荷的刀具，如轧制钻头等高性能高速钢高碳95W18Cr4V用于制造对韧性要求不高，但对耐磨性要求较高的刀具高矾W12Cr4V4Mo用于制造形状简单，对耐磨性要求较高的刀具超硬W6Mo5Cr4V2Al用于制造复杂刀具和难加工材料用的刀具W10Mo4Cr4V3Al耐磨性好，用于制造加工高强度耐热钢的刀具W6Mo5Cr4V5SiNbAl用于制造形状简单的刀具，如加工铁基高温合金的钻头W12Cr4V3Mo3Co5Si耐磨性、耐热性好，用于制造加工高强度钢的刀具W2Mo9Cr4VCo8（M42）用作难加工材料的刀具，因其磨削性好可作复杂刀具，价格昂贵2.3.2

工具钢——高速钢2026/7/25机械制造基础1242.3.3硬质合金

硬质合金是用高硬度、高熔点的金属碳化物（如WC、TiC、TaC、NbC等）粉末和金属粘结剂（如Co、Ni、Mo等）经高压成型后，再在高温下烧结而成的粉末冶金制品。硬质合金的硬度、耐磨性、耐热性都很高，允许的切削速度远高于高速钢，且能切削诸如淬火钢等硬材料。硬质合金的不足是与高速钢相比，其抗弯强度较低、脆性较大，抗振动和冲击性能也较差。

硬质合金因其切削性能优良而被广泛用来制作各种刀具。在我国，绝大多数车刀、面铣刀和深孔钻都采用硬质合金制造，目前，在一些较复杂的刀具上，如立铣刀、孔加工刀具等也开始应用硬质合金制造。硬质合金刀具材料简介2026/7/25机械制造基础125各种硬质合金的应用范围牌号应用范围YG3X铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG3铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG6X普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工YG6铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属及合金、非金属材料粗加工，也可用于断续切削YG6A冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工，亦可用于高锰钢、淬硬钢的半精加工和精加工YT30碳素钢、合金钢的精加工YT15碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工，亦可用于断续切削时的精加工YT14同YT15YT5碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削YW1高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的半精加工和精加工YW2高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度碳化钨+钴WC+TiC+CoWC+TiC+TaC+Co2.3.3硬质合金2026/7/25机械制造基础126各种硬质合金性能及应用范围牌号应用范围YG3X铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG3铸铁、有色金属及其合金精加工、半精加工，不能承受冲击载荷YG6X普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的精加工、半精加工YG6铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工YG8铸铁、有色金属及合金、非金属材料粗加工，也可用于断续切削YG6A冷硬铸铁、有色金属及其合金的半精加工，亦可用于高锰钢、淬硬钢的半精加工和精加工YT30碳素钢、合金钢的精加工YT15碳素钢、合金钢在连续切削时的粗加工、半精加工，亦可用于断续切削时的精加工YT14同YT15YT5碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削YW1高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的半精加工和精加工YW2高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、有色金属及其合金的粗加工和半精加工抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度抗弯强度、韧性、进给量硬度、耐磨性、切削速度碳化钨+钴WC+TiC+CoWC+TiC+TaC+Co2.3.3硬质合金2026/7/25机械制造基础127各种硬质合金性能及应用范围2.3.3硬质合金不同钴含量下超细硬质合金的硬度和断裂韧度变化趋势2026/7/25机械制造基础128硬质合金刀具材料晶粒2.3.3硬质合金WC-Co硬质合金分类及微观组织2026/7/25机械制造基础129硬质合金刀具材料制备一般流程2.3.3硬质合金硬质合金刀具材料制备流程混料（球磨）制胚无压烧结热压烧结气压烧结放电等离子烧结2026/7/25机械制造基础130超细晶硬质合金刀具材料制备2.3.3硬质合金硬质合金刀具大多采用亚微米/微米尺度硬质合金制造，切削难加工材料的刀具耐用度不尽如人意；WC晶粒尺寸减小至超细/纳米级，硬度和耐磨性有很大提高；研制高性能超细晶硬质合金刀具对发展新型刀具的研制能力具有重要的理论意义；对满足难加工材料零件日益增长的需求具有实际应用价值。对比工具钢/钨钢，硬质合金具有较高的硬度、耐磨性；对比陶瓷或超硬材料，硬质合金具有较高的韧性；因具有良好的综合性能，是全球应用最广泛的刀具材料；在全球切削刀具消费中占主导地位，占比达63%以上；超细硬质材料研制意义为高性能刀具开发奠定基础研究成果拓展超细晶硬质合金的应用满足难加工材料切削制造技术的需求2026/7/25机械制造基础131超细晶硬质合金刀具材料制备2.3.3硬质合金超细晶硬质合金放电等离子烧结工艺放电等离子烧结的特点：快速、低温、高效成形与固结加热速率高达100-200

C/min；保温时间减少到5-10min；放电等离子烧结的优点：粉末快速致密化，抑制晶粒生长，晶粒细化；粉末均匀发热，产生较高热效率；原子快速扩散，降低烧结温度；晶粒细化致密度高性能优异2026/7/25机械制造基础132超细晶硬质合金刀具材料制备2.3.3硬质合金WC基超细晶硬质合金放电等离子烧结工艺组元成分/含量混粉工艺干燥制粒成型烧结刀具制备纳米粉末WC粘结相（钴，镍，钼）晶粒抑制剂（VC、Cr3C2、TaC）超声分散

（3h)真空干燥+研磨分散均匀，无团聚，烧结体力学性能最优。硬质合金块车刀片打磨硬质合金棒整体立铣刀工具磨相对密度、平均晶粒尺寸、硬度、断裂韧性以及横向断裂强度分别为98.9％、200nm、2110kg/mm2、10.4MPa.m1/2和1990MPa。2026/7/25机械制造基础133陶瓷刀具特点及应用镍基高温合金钛合金陶瓷刀具高硬度高耐磨性高耐热性Al2O3

Si3N4适合加工美国肯纳整体SiAlON陶瓷立铣刀切削速度是硬质合金20倍刀具寿命是硬质合金2-3倍2.3.4陶瓷刀具2026/7/25机械制造基础134常用陶瓷刀具材料2.3.4陶瓷刀具红硬性好高温下化学稳定高高硬度和耐磨性刀具材料硬度随温度变化曲线高温硬度大幅降低氧化铝（Al2O3）基陶瓷特点：高硬度和高耐磨性；红硬性好；化学稳定性高；抗弯强度低；冲击韧性差。应用：经过精细修刃的适合精车半精车冷硬铸铁或淬硬钢。氮化硅(Si3N4）基陶瓷

特点：良好的抗热震、红硬性、高温强度和韧性；室温韧性差、强度低、弹性模量小、可加工性差。应用：铸铁和镍基高温合金。2026/7/25机械制造基础135放电等离子烧结氮化硅陶瓷刀具2.3.4陶瓷刀具材料组分：α-Si3N4、MgSiN2、Y2O3和CeO2（微米级）5wt%MgSiN2+3wt%Y2O3+1wt%CeO2烧结助剂的Si3N4陶瓷在烧结温度1650℃下取得最佳的综合性能，其致密度为99.40%，维氏硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为16.53GPa、6.89MPa·m1/2和1161MPa。2026/7/25机械制造基础1362.3.5金刚石分类：天然金刚石刀具；人造聚晶金刚石刀具；复合聚晶金刚石刀具。优点：极高的硬度和耐磨性，人造金刚石硬度达10000HV，耐磨性是硬质合金的60～80倍；切削刃锋利，能实现超精密微量加工和镜面加工；很高的导热性；摩擦系数低；热膨胀系数低。缺点：耐热性差，强度低，脆性大，对振动很敏感，与黑色金属亲和力大。适用范围：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。2026/7/25机械制造基础1372.3.6立方氮化硼概念：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。优点：硬度高，硬度仅次于金刚石，热稳定性好，较高的导热性和较小的摩擦系数。缺点：强度和韧性较差，抗弯强度仅为陶瓷刀具的1/5～1/2。适用范围：适用于加工高硬度淬火钢、冷硬铸铁和高温合金材料。它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，通常采用负前角的高速切削。2026/7/25机械制造基础1382.3.7涂层刀具刀具表面涂层技术是应市场需求而发展起来的一种表面改性技术，自20世纪60年代出现以来，该项技术在金属切削刀具制造业内得到了极为广泛的应用。

1）大幅度提高刀具表面硬度，目前能达到的硬度已接近100GPa；2）化学性能稳定，且高温抗氧化，使高速切削加工成为可能；3）润滑涂层具有良好的固相润滑性能，可有效改善加工质量；4）有效减少刀具材料的消耗，降低加工成本。2026/7/25机械制造基础1392.3.7涂层刀具

颜色金黄，显微硬度为2200~2400HV，摩擦系数低，最高使用温度为600℃。一般用于被加工材料钢级较低、机床切削速度较低、带切削液的钻削、车削、铣削。常用涂层刀具分类——含钛系列氮化钛涂层（TiN）刀具具有优良的抗机械磨损、磨料磨损性能，具有良好的抗“月牙洼”磨损能力，但涂层脆性大，不耐冲击。碳化钛涂层（TiC）刀具氮硅钛涂层（TiSiN）刀具外观为古铜色，具有3600HV的硬度和1100℃的氧化温度。其硬度很高，所以脆性很大。2026/7/25机械制造基础1402.3.7涂层刀具优异的高温稳定性和化学稳定性、低的热导率和电导率，但目前制备过程温度高，对基体影响较大，限制其应用。