常用刀具材料分类、特点、应用及发展

金属切削原理

读书报告

《常用刀具材料分类、特点及应用》

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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)

引言

随着制造业的发展，采用高强度、高耐磨性、高耐热性和高化学稳定性等材料越来越多，它们的加工难度较大，虽然可以使用硬质合金涂层、金刚石、立方氮化硼和陶瓷等刀具加工，但这些刀具价格昂贵，又不抗冲击，所以一般工厂采用不多。淬火钢的硬度一般在45HRC以上，材料硬度高、塑性变形性差、切削阻力大、切削温度高，加工刀具容易磨损，切削很困难；高硅铝合金具有较高的高温强度、良好的热稳定性和高的耐磨性，是一种理想的耐磨材料，近年来高硅铝合金在汽车、摩托车、军工及航天等领域得到了广泛的应用[1]。因此，探讨这些难加工材料的切削加工性能，选择合适的刀具材料十分必要。

第一章绪论

1.1金属切削技术的发展概况

制造业是人类财富在20世纪空前膨胀的主要贡献者，可以说没有制造业的发展，就没有人类今天的现代物质文明。有资料统计，美国财富的68%来自制造业， 2000年我国财政收入的三分之一来自制造业。我国现代化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，从这个意义上说，机械制造业的发展水平是关系全局的[2]。

机械制造中的加工方法很多，按照工件在加工过程中质量的变化，可将加工方法分为材料去除加工、材料成形加工和材料累积加工。材料去除加工是通过在被加工对象上去除一部分材料后才制成一合格零件的。与其他方法相比，其加工精度相对较高、表面质量相对较好，并且有很强的适应性，至今仍是机械制造业中应用最广泛的加工方法，而且在未来相当长的时期内仍将占有重要地位。

材料去除加工又可分切削加工和特种加工两种加工方法。

特种加工主要是利用机械能以外的其他能量（如光、电、化学、声、热能等直接去除材料的加工方法，目前常用的特种加工方法主要有电火花加工、电解加工、激光加工、超声波加工等。

切削加工是利用切削刀具从工件表面切除多余的材料，使工件达到规定的几何形状、尺寸精度和表面质量的一种机械加工方法。金属切削刀具是切削加工

的基本工具，其选择、使用与设计是工艺技术人员的基本技术技能。

1.2金属切削材料的研究意义

随着工件材料的力学性能不断提高，产品的品种和批量逐渐增多，加工精度的要求日益提高，工件的机构和形状不断复杂化和多样化，各种难加工材料的出现和应用，先进制造系统、高速切削、超精密加工、绿色制造的发展和付诸实用都对刀具提出了更高、更新的要求，进一步加强刀具材料的研究和开发，并合理地选择刀具材料，是推动切削技术应用和发展的重要前提。本文中简单介绍了适用于切削加工的各种刀具材料，包括涂层刀具、陶瓷刀具、金属陶瓷刀具、立方氮化硼刀具等，并分析各种刀具材料的合理选用。

第二章 刀具材料性能

2.1刀具切削环境

刀具切削时，由于要克服被加工材料对弹性变形的抗力、对塑性变形的抗力以及切屑—刀具—已加工平面相互间的摩擦等，要承受很大的切削力。此外，由于切削时消耗的变形功，刀具与切屑、刀具与工件的摩擦功，在切削层产生高温。在高温与应力下，刀具会发生磨损（硬质点磨损、粘结磨损、扩散磨损、化学磨损）与破损（脆性破损：崩刃、碎断、剥落、裂纹破损；塑性破损），而工件会产生加工硬化，进一步阻碍切削。因此，要基于切削环境，来选择刀具材料的性能。

2.2刀具材料性能要求

（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。

考虑到材料的品质因素，可用下式表示材料的耐磨性：

0.50.843R Ic W K E H -=