刀具性能、材料选用及品牌
在切削过程中，刀具担负着切除工件上多余金属以形成已加工表面的任务。刀具的切削性能好坏，取决于刀具切削部分的材料、几何参数以及结构的合理性等。刀具材料对刀具寿命、加工生产效率、加工质量以及加工成本都有很大影响，因此必须合理选择。
刀具材料性能
刀具材料应具备的性能刀具在切削时要承受高温、高压、强烈的摩擦、冲击和振动，因此刀具材料必须具备以下性能：
1．高的硬度和耐磨性刀具应具备高的硬度和耐磨性。一般刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。其常温硬度一般要求大于60HRC。
2．足够的强度和韧性为承受切削负荷、振动和冲击，刀具材料必须具备足够的强度和韧性。
3．高的热稳定性刀具在高温下工作，要求刀具材料具备高的热稳定性，也称高的耐热性。即刀具材料在高温下硬度、耐磨性、强度和韧性变化很小，仍能保持正常切削。
4．良好的物理特性即刀具材料具备良好的导热性、大的热容量以及优良的热冲击性能。
5．良好的工艺性即刀具材料应具备良好的锻造性、机械加工性和热处理性。
除此之外，要求刀具材料经济性要好。
1)高硬度。常温硬度在HRC60以上。
2)足够的强度和韧性。抗弯强度足够，抵抗冲击振动的韧性足够。
3)高耐磨性。抵抗磨损能力高，保持刀刃锋利。
4)高热硬性。高温下保持高的硬度。
5)良好的工艺性。便于刀具制造和热处理。
刀具材料种类
用刀具材料分为：工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢），硬质合金，超硬刀具材料（包括陶瓷，金刚石及立方氮化硼等）
(A)普通刀具材料
(a)、碳素工具钢
含碳量：0.7％～1.3％，硬度：HRC61～65，热硬性：200～250℃，速度：0.1～0.2m/s。淬火后易变形和开裂，适用于简单、低速的手工工具，如锉刀、锯条、刮刀等。常用牌号：T10A、T12A。
(b)、合金工具钢
碳素工具钢中加入适量的铬(Cr)、钨(W)、锰(Mn)、硅（Si）等合金元素，提高材料的热硬性、耐磨性和韧性。硬度：HRC61～65，热硬性：300～350℃，速度：0.25～0.3m/s。淬火变形小、淬透性好。常用于制造形状较复杂、低速加工和要求热处理变形小的刀具，如丝锥、板牙等。常用的牌号有CrWMn和9SiCr等。
(c)、高速钢
高速钢又称白钢、锋(或风)钢，钢中加入铬(Cr)、钨(W)、钒（V）、钼（Mo）等合金元素的高合金工具钢。淬火硬度：HRC63～67，热硬性：500℃～600℃，允许切削速度：40m/min 。
高速钢较高的抗弯强度和冲击韧度，热处理变形小，刃磨性能好，常用于制造各种形状复杂的成形刀具和精加工刀具，如钻头、铰刀、铣刀、拉刀、齿轮刀具等，常用牌号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。
(d)、硬质合金
硬质合金是由硬度和熔点都很高的碳化钨(WC)、碳化钛(TiC)等金属碳化物作基体，用钴（Co）、镍（Ni）、钼（Mo）作粘结剂，用粉末冶金的方法烧结而成。硬度：HRC74～82，热硬性：可达800～1000℃，切削速度：100～300m/min，较高速钢高4～10倍，耐用度比高速钢高几十倍．但其抗弯强度和韧性比高速钢低，工艺性也不如高速钢，常用于制造结构较为简单的刀具，如车刀、端铣刀、刨刀等。
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，加工效率高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。
根据国标GB2075-87，硬质合金主要分为P、M、K三个主要类别。
①P类硬质合金（蓝色）：旧牌号钨钛钴硬质合金YT，有WC＋TiC＋Co 组成。由于加入了TiC，耐磨性及耐热性比K类硬质合金更高，但相应的含Co量减少，韧性较差，适于加工长切屑的黑色金属，如钢、铸钢等。常用牌号有：
P01、P10、P20、P30、P40、P50等。数字越大，TiC的含量越多，耐热性和耐磨性越好，但韧性越差。粗加工选用含TiC少的牌号(如P01)，精加工可选用含TiC多的牌号(如P50)。
②M类硬质合金（黄色）：旧牌号通用硬质合金YW，由TiC＋TaC（NbC）组成。有较好抗弯强度、冲击韧性、抗氧化能力、耐磨性、高温硬度，适于加工长切屑或短切屑的黑色金属材料，如：钢、铸钢、不锈钢、灰口铸铁、有色金属等。常用牌号有：M10、M20、M30、M40等，数字越大，耐磨性越低而韧性越大，精加工选用M10，半精加工选用M20，粗加工选用M30。
③K类硬质合金（红色）：旧牌号钨钴硬质合金YG，由WC＋Co组成。韧性较好，抗弯强度较高，热硬性稍差，适于加工短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料，如淬硬钢、铸铁、铜铝合金、塑料等。代号有：K01、K10、K20、K30、K40等，数字愈大，Co含量越多，耐磨性愈低而韧性愈高。精加工可用K01；半精加工可用K10、K20 ；粗加工选用K30、K40。
（e）涂层刀具材料
涂层刀具材料是在硬质合金或高速钢的基体上，通过化学或物理方法在其表面涂一层几微米（5～12μm）厚的高硬度、高耐磨性的难熔金属化合物（TiC、TiN、AL2O3等）构成。既能提高刀具材料的耐磨性，而又不降低其韧性。涂层硬质合金刀具的耐用度比不涂层的至少提高1～3倍，涂层高速钢刀具的耐用度比不涂层的至少提高2～10倍。
对刀具表面涂覆的方法有两种：
化学气相沉积法（ＣＶＤ法），适用于硬质合金刀具；
物理气相沉积法（ＰＶＤ法），适用于高速钢刀具。
涂层材料可分为ＴiC涂层、TiN涂层、ＴiC与TiN涂层、Al2O3涂层等。国内涂层硬质合金刀片牌号有CN、CA、YB等。TiC涂层刀片：银灰色，5～7μm。TiN涂层刀片：金黄色，8～12μm。
(B)超硬刀具材料
(a)、陶瓷
主要是由纯AL2O3或氮化硅（Si3N4）或在其中加入一定的金属元素或金属化合物，采用热压成形和烧结的方法获得。硬度、耐磨性和耐热性好，硬度91～95HRA，热硬性：1200℃，常用速度：100～400m/min，甚至可高达750m/min，切削效率比硬质合金提高1 ～4倍。与金属亲和力小，不易粘刀，加工表面光洁，但抗弯强度低，冲击韧性差。主要用于冷硬铸铁、高硬钢和高强钢等难加工材料的半精加工和精加工。
陶瓷目前使用的陶瓷刀具材料有两种：Al2O3基陶瓷和Si3N4陶瓷。
（1)
Al2O3基陶瓷这种陶瓷硬度比硬质合金高，耐热性好、摩擦系数小，化学稳定性好。陶瓷刀具可以加工钢和铸铁以及高硬度合金。由于其抗弯强度低和冲击韧性较差，通常用于精加工和半精加工。
（2)
Si3N4基陶瓷其强度高、韧性好、特别是抗热冲击性大大优于Al2O3基陶瓷。因此可以加工铸铁及镍基合金。
(b)、人造聚晶金刚石（PCD）
在高温高压下将金刚石微粉聚合而成的多晶体材料，它有极高的硬度和耐磨性，与金属摩擦系数很小，切削刃极锋利，能切下极薄切屑，有很好的导热性，较低的热膨胀系数。硬度极高（HV5000）以上，天然金刚石（10000HV），耐磨性极好，可切削极硬材料而长时间保持尺寸的稳定性，刀具耐用度比硬质合金高几十倍至三百倍；韧性和抗弯强度差，对振动敏感。只有硬质合金的1/4左右；热硬性差，在700～800℃时易脱碳，失去硬度，不能在高温下切削；与铁元素的化学亲和力很强，不易加工黑色金属，主要用于精加工有色金属及非金属，超精加工以及作磨具、磨料用。如铝、铜及其合金、陶瓷、合成纤维、强化塑料和硬橡胶等。
(c)、立方氮化硼（CBN）
是由立方氮化硼（白石墨）在高温高压下制成的一种新型超硬刀具材料，硬度达7000～8000HV，耐磨性好，热硬性达1400℃，在1200～1300℃高温下不与铁发生化学反应，抗弯强度与韧性略低于硬质合金。主要用于加工淬硬钢、耐磨铸铁、高温合金等难加工材料的半精加工和精加工。
刀具材料发展历史
在切削加工发展过程中，刀具材料始终是最积极的因素。
19世纪末，出现了高速钢，其切削性能和加工效率比过去的碳素工具钢、合金工具钢有了很大提高。用高速钢刀具加工当时常用的碳素结构钢和合金结构钢，可以胜任。但在进入20世纪后，特别是第二次世界大战以来，各种新的工程结构材料相继出现，其机械力学性能和加工难度不断提高，加工批量日益加大，用高速钢刀具则加工效率太低，刀具使用寿命过短。于是20世纪30年代出现了硬质合金，其切削效率可比高速钢提高4～10倍，可以切削高速钢所不能加工的材料。20世纪中叶以后，为适应更难加工材料的要求，又出现了复合陶瓷及
金刚石、CBN超硬刀具材料；高速钢与硬质合金则发展了许多新品种，其性能比原来有了大幅度提高。可以说，20世纪是刀具材料大发展的历史时期，各种新品种、新牌号的刀具材料不断涌现。迄今，常用的切削速度和加工效率比一百年前提高了100倍以上。当前，各种刀具材料的应用，以高速钢和硬质合金为最多；陶瓷约为1％一3％；超硬材料尚只在小范围内使用。
CVD和PVD涂层刀具在近20年内有了很大的发展。
预计，在21世纪，硬质合金的使用范围将进一步扩大，成为用量最大的刀具材料；高速钢仍将占有一定的阵地；硬质合金和高速钢的品种和性能将进一步发展。由于资源、价格和性能上的优势，陶瓷材料的应用将迅速扩展；金刚石和CBN 超硬材料的应用将进一步扩大；新刀具材料的研制周期会越来越短，新品种、新牌号的推出将越来越快。在新刀具材料发展中，硬度、耐磨性与强度、韧性难以兼顾仍是主要矛盾。有可能在本世纪中，研制出人们所希望的既具有高速钢、硬质合金的强度和韧性，又具有超硬材料的硬度和耐磨性的新刀具材料。各种涂层刀具和超硬材料的复合片都能在一定程度上克服上述矛盾，故极有发展前景。可转位刀具结构的推广使用和集成制造系统加工中心、FMS、CIMS的问世，将对刀具材料提出更高的要求。每一种刀具材料的性能都不可避免地有局限性，只能在一定范围内适用。而刀具材料与工件性能上的匹配更是至关重要。在未来，刀具材料将接受工件一方更严峻的挑战，其新品格新牌号的出现、各自所占比重的变化以及它们相互补充和相互竞争的局面，将成为未来刀具材料发展的特点。世界五大刀具派系
1、世界五大刀具派系比较分析
近年来在中国市场上活跃着世界五大刀具派系有：山特系：美国系；日本系；以色列系；欧洲系。
山特系包括山特维克可乐满sandvikc0r0mant，山高(Seco)。Titex。瓦尔(Walter)，Valenite等。其中瑞典的山高仍然是独立于天地间。甚至在山特维克对外公布的业绩报表中，山高也是独立出现。在山特维克收购Valenite时。Seco 成功收购法国刀柄和镗刀制造公司——EPB公司及荷兰生产整体硬质合金铣刀的Jabro公司，进一步完善了其产品系列；家族企业瓦尔特在出售给山特维克之后，仍是忙碌着瓦尔特业务与品牌的双重扩张；在深孑L加工领域有着突出优势的Titex公司，多年来似乎一直站在幕后，直到2003年首次单独参加CIMT展会。据悉2007年销售额达2000万元，Titex已经有足够的底气以独立的形象获得更大的市场份额。
美国系主要以肯纳Kennametal，Widia、Star等为代表。2002年美国肯纳公司Kennametal收购之后，大大巩固了其在汽车行业的地位。据罗百辉了解，作为全球第二大刀具公司，Kennametal在中国的策略上基本属于低调运作，然而在“刀山”上行走的江湖侠客无数，许多都与肯纳有关，这也算是中国刀具精美的黄埔军校。许多后来成名的代理商就是从肯纳出来的人。在中国多年苦心经营的口碑、庞大完善的销售网络已使他们成为在中国仅次于山特维克可乐满之后最有影响力的品牌。
日本系包括三菱，住友、东芝、OSG。黛杰，不二越，日立等。以精密着称的日本刀具，在中国的代理渠道成熟得有些复杂。有人戏称，任何一个日本刀具通过其代理公司。半年之内就可以覆盖在新疆塔尔干盆地上。欧美公司比较注重直销网络的建设，对于代理商有相互保护的机制。日本公司往往倾向于市场的开拓。有时疏于品牌管理，造成了代理商众多，甚至互相“掐货”。这种局面已经引起了日本供应商的高度重视，加强渠道管理应该是日本系的重要工作之一。
以色列秉包括ISCAR(伊斯卡)，莫格索尔、瓦格丝等。在五大派系中。伊斯卡ISCAR的上升速度令人”眩晕”。世界范围内以伊斯卡为主体的
IMC(IscarMetalCuttinggroup)公司已经成为全球第三大刀具供应商。ISCAR 兼并Ingersoll，主要看中了其在重型刀具、汽车工业、模具行业专用刀具的开发能力：收购韩国特固克Taegutec则标志着其在亚洲的进一步扩张。
欧洲系主要以德国为主，包括MAPAL、Guehring、EMUGE，TBT，瓦格纳等。
其他的产品则包括韩国、台湾等国家和地区的产品。韩流不仅体现在时尚、文化上，韩刀也成为一景。韩国的Taegutec的刀具产品齐全，但价格优势不大：KORLOY则价格比较实惠，同时借助其刀柄产品，切人中国市场也很快。
2、进口品牌刀具在国内市场优势分析
国内切削刀具市场竞争日益激烈，日系市场份额占的偏大，黛杰（DIJET）、三菱（MITSUBISHI）、京瓷（KYOCERA）、日立（HITACHI）、不二越（NACHI）、住友（SUMITOMO）、日研（NIKKEN）、大昭和（BIG）、Tungaloy、OSG、YAMAWA等等，以精密著称的日本刀具在广东的广告宣传到了用者皆知的地步，几乎所有的日本品牌刀具，都可以在广东地区购买到，代理商、经销商众多，
日系产品销售过程中，国内代理、经销商和港台代理、贸易商争抢客户现象比较严重，这也引起了日系销售主管公司的重视，某些品牌市场销售已经开始整顿。
其次是台湾和国产刀具，台湾刀具中，比较有代表性的有虹钢富（HKF）、耐久（NINE9）、七骏（PSL）、泰精、正河源、三禄等，台湾刀具一般只在广东设一到两个总代理，然后以多个经销商的方式做市场推广。广东市场鱼龙混杂的台湾刀具多不胜数，但有大量现货库存的并不多见。国产刀具在广东地区的代表是国内几大工具厂家和一些私营刀具厂销售处，西南工具、成量工具、陕西硬质合金、株州硬质合金、贵州伊海、上海工具厂、哈尔滨工具厂等，近几年国内几家民营刀具制造工厂发展很快，不容忽视，比如镇江天工、成都英格、陕西品鼎硬质合金及江苏西夏墅的刀具制造业、贵州西南工具周边的私营刀具制造业。私营刀具企业一般是在广东设立多个直销门市，比较机动灵活，适应能力强，缺点是无法形成规模，操作混乱，产品只能适应非精密制造的普通市场。国内几大工具厂家是以设立办事处的方式销售，营销网络缺点很多，不太完善，最主要的还是产品品质、销售模式、售后服务上做的不足，而逐渐被排挤到低端消费市场。，欧美刀具虽然品质好，但售价偏高，对于广东模具制造业，接受程度略有保守，这些似乎并没有影响到欧美刀具在广东的销售额，因为使用者是以大中型企业、外资企业为主，而且，近年来，随着欧美先进机床引进的增多，拉动了欧美刀具的销售。最为业内接受的品牌，基本还是山特维克可乐满（SANDVIKCOROMANT）、肯纳金属（KENNAMETAL）、伊斯卡（ISCAR）、森拉天时（CERACIZIT）、钴领（GUHRING）等，及山特维克下属一些公司，如瓦尔特（WALTER）、山高（SECO）、多马（DORDER）太极（TITEX）等；客户对于这些知名品牌刀具，看重的已经不是品质，几乎没有人担心质量问题，主要还是看产品价格、售后服务、技术支持、交货期限这几个方面。其余市场份额的一部分，又被香港、台湾的一些贸易公司OEM刀具和韩国刀具占据了一些，如特固克（TAEGUTEC）、克劳伊（KORLOY）、养志园（YG）、STK等。
3、进口优质刀具的质量优势:
（1）使用寿命长：即在同样的加工条件下,刀具寿命可提高几倍乃至几十倍,尤其在加工条件恶劣的情况下（如难加工材料的切削、高速切削、干切削以及高精度加工等），进口刀具表现出很高的使用寿命；
（2）加工效率高：主要是可以通过大大提高刀具的切削速度,达到提高生产效率的目的；
（3）质量稳定性好：即同一规格品种的产品,在相同的加工条件下其刀具寿命大体一致；
（4）加工精度高：包括高的加工表面精度以及高的零件产品合格率。
常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、已加工表面质量和加工成本等，所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要容之一。 1.刀具材料应具备的性能 金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相接触，承受着很大的切削压力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦，产生很高的切削温度，即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此，刀具切削部分材料应具备以下基本性能。 1.1 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。 1.2 足够的强度和韧性 要使刀具在承受很大压力，以及在切削过程常要出现的冲击和振动的条件下工作，而不产生崩刃和折断，刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。 1.3 高的耐热性 耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。它是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。 1.4 导热性好 刀具材料的导热性越好，切削热越容易从切削区散走，有利于降低切削温度。刀具材料的导热性用热导率表示。热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。
1.5 具有良好的工艺性和经济性 既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理性能、焊接性能等要好，且又要资源丰富，价格低廉。 2.常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、瓷和超硬材料等五大类。常用刀具材料的主要性能及用途见表2-1。
一、刀具分类 刀具材料的种类很多，常用的材料有工具钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料四大类。 1、碳素工具钢 碳素工具钢是指碳的质量分数为0.65％～1.35％的优质高碳钢。用做刀具的牌号一般是T10A和T12A。常温硬度60～64HRC。当切削刃热至200～250℃时，其硬度和耐磨性就会迅速下降，从而丧失切削性能。碳素工具钢多用于制造低速手用工具，如锉刀、手用锯条等。 2、合金工具钢 为了改善碳素工具钢的性能，常在其中加入适量合金元素如锰、铬、钨、硅和钒等，从而形成了合金工具钢。常用牌号有9SiCr、GCrl5、CrWMn等。合金工具钢与碳素工具钢相比，其热处理后的硬度相近，而耐热性和耐磨性略高，热处理性也较好。但与高速钢相比，合金工具钢的切削速度和使用寿命又远不如高速钢，使其应用受到很大的限制。因此，合金工具钢一般仅用于取代碳素工具钢，作一些低速、手动刀具，如手用丝锥、手动铰刀、圆板牙、搓丝板等。 3、高速钢 高速钢是一种含钨、铝、铬、钒等合金元素较多的高合金工具钢。高速钢主要优点是具有高的硬度、强度和耐磨性，且耐热性和淬透性良好，其允许的切削速度是碳素工具钢和合金工具钢的两倍以上。高速钢刃磨后切削刃锋利，故又称之为“锋钢”和“白钢”。高速钢是一种综合性能好、应用范围较广的刀具材料，常用来制造结构复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、铰刀。拉刀、齿轮刀具等。 高速钢按其用途和性能不同，可分普通高速钢和高性能高速钢；按其化学成分不同，又可分为钨系高速钢和钨钼系高速钢。 1) 普通高速钢是指加工一般金属材料用的高速钢。常用牌号有W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。 ① W18Cr4V属钨系高速钢，它具有性能稳定，刃磨及热处理工艺控制方便等优点，但因钨价较高，且使用寿命短故使用较少。 ② W6Mo5Cr4V2属钨钼系高速钢，它的碳化物分布均匀，抗弯强度，冲击韧度和高温塑性都比W18Cr4V好，但磨削工艺略差。因其使用寿命长、价格低，故被广泛使用。 2) 高性能高速钢是在普通高速钢中再加入一些合金元素，以进一步提高它的耐热性、耐磨性。其切削速度可达50～lOOm／min。主要用于不锈钢、耐热钢、高强度钢等难加工材料的切削加工。有高钒高速钢和超硬高速钢等。 ①高矾高速钢(W12Cr4V4Mo)由于钒、碳含量的增加提高了耐磨性，刀具寿命比普通高速钢提高2～4倍，但是随着钒含量的提高使其磨削性能变差。故使用较少。 ②超硬高速钢是为了加工一些难以加工的材料而发展起来的。其常温硬度。高温硬度、耐热性和耐磨性都比普通高速钢高，具有良好的综合性能，可以加工
刀具的材料及其应具备的性能 刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。使用碳工具钢作为刀具材料时，切削速度只有10m/min左右；20世纪初出现了高速钢刀具材料，切削速度提高到每分钟几十米；30年代出现了硬质合金，切削速度提高到每分钟一百多米至几百米；当前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出现，使切削速度提高到每分钟一千米以上；被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。 一刀具材料应具备的性能 性能优良的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作，应具备如下的基本要求。 高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。 足够的强度与冲击韧性 强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。 高耐热性 耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。 良好的工艺性和经济性 为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵，但其使用寿命很长，在成批大量生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。 二常用刀具材料 常用刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料，目前用得最多的为高速钢和硬质合金。 高速钢 高速钢是一种加人了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃；锻造、热处理变形小，目前在复杂的刀具，如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。高速钢可分为普通高速钢和高性能高速钢。 普通高速钢，如W18Cr4V广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高，切削普通钢料时为40-60m/min。 高性能高速钢，如W12Cr4V4Mo是在普通高速钢中再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素冶炼而成的。它的耐用度为普通高速钢的1.5-3倍。 粉末冶金高速钢是70年代投入市场的一种高速钢，其强度与韧性分别提高30%-40%和80%-90%．耐用度可提高2-3倍。目前我国尚处于试验研究阶段，生产和使用尚少。
数控刀具材料及选用，再也不用盲目选刀 加工设备与高性能的数控刀具相配合，才能充分发挥其应有的效能，取得良好的经济效益。随着刀具材料迅速发展，各种新型刀具材料，其物理、力学性能和切削加工性能都有了很大的提高，应用范围也不断扩大。 一. 刀具材料应具备基本性能 刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用。因此，刀具材料应具备如下一些基本性能： (1) 硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，一般要求在60HRC以上。刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。 (2) 强度和韧性。刀具材料应具备较高的强度和韧性，以便承受切削力、冲击和振动,防止刀具脆性断裂和崩刃。 (3) 耐热性。刀具材料的耐热性要好，能承受高的切削温度，具备良好的抗氧化能力。 (4) 工艺性能和经济性。刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能；磨削加工性能等，而且要追求高的性能价格比。 二.刀具材料的种类、性能、特点、应用 1．金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用 金刚石是碳的同素异构体，它是自然界已经发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能，在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。 ⑴金刚石刀具的种类 ①天然金刚石刀具：天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了，天然单晶金刚石刀具经过精细研磨，刃口能磨得极其锋利，刃口半径可达0.002靘，能实现超薄切削，可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度，是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。 ②PCD金刚石刀具：天然金刚石价格昂贵，金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶金刚石
金属切削原理读书报告 常用刀具材料分类特点及应用 姓名： 班级： 学号： 2014年5月7日
摘要 本文在阅读有关论文和专著的基础上对现阶段常用的刀具材料进行了总结和分析，总结出了碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方碳化硼等刀具材料的特点及应用范围，同时针对几种常见的切削工序中刀具材料的应用做了简单的分析。
目录 摘要 (1) 1刀具材料的发展历史 (2) 2 常用刀具材料及特点 (2) 2.1 碳素工具钢 (2) 2.2 合金工具钢 (3) 2.3 高速钢 (4) 2.4 硬质合金 (5) 2.5 陶瓷 (7) 2.6 超硬材料 (9) 3 刀具材料的典型应用 (10) 3.1 工件材料与刀具材料 (10) 3.2 加工条件与刀具材料 (11) 4 总结 (11) 5 参考文献 (12)
1刀具材料的发展历史[1] 刀具材料的发展在人类的生活、生产中有着很大的重要性。 18世纪中叶, 在欧洲出现了工业革命以后, 切削刀具一直是用碳素工具钢制造, 其成分与现代的T10、T12相近。1865年，英国罗伯特?墨希特发明了合金工具钢，其牌号有9CrSi、CrWMn等。随着对加工效率要求的提高，新的刀具材料在不断更新。1898年，美国机械工程师泰勒和冶金工程师怀特发明了高速钢。进入20世纪，人们不断寻求新型刀具材料。20世纪20年代中期到30年代初，出现了钨钴类和钨钛类硬质合金。然而硬质合金刀具仍不能满足现代高硬度工件材料的超精密加工的要求，于是更新的刀具材料相继出现。20世纪30年代出现了氧化铝陶瓷，后来又有氦化硅陶瓷到50年代和60年代又制造出人造立方氮化硼和人造聚晶金刚石。 总而言之，20世纪中，刀具材料发展的速度比过去快得多，其种类、类型、数量和性能均有大幅度的发展。 2 常用刀具材料及特点 对于金属切削刀具来说，切削过程中要承受很大的压力，同时会与工件、切屑相互接触的表面产生摩擦力，切削产生的热量使得刀具温度上升，产生一定的热应力。因此刀具材料应能满足这样几个要求：高的硬度和耐磨性、足够的强度和韧性、良好的热物理性能和耐热冲击性能、良好的工艺性以及经济性。目前在机械加工中常用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石和立方氮化硼等。[2]不同刀具材料的性能有所不同，因此在应根据具体的切削条件选择合适的刀具材料。下面将分别介绍每种刀具材料。 2.1 碳素工具钢 按照GB/T13304《钢分类》第1部分“钢按化学成分分类”，碳素工具钢属于非合金钢。按照标准第2部分“钢按主要质量等级和主要性能及使用特性分类”，碳素工具钢属于特殊质量非合金钢。碳素工具钢牌号及化学成分见表1
四大材料刀具的性能与选择 刀具材料的发展对切削技术的进步起着决定性的作用。本文介绍了切削中所使用的金刚石、聚晶立方氮化硼、陶瓷、硬质合金、高速钢等刀具材料的性能及适用范围。刀具损坏机理是刀具材料合理选用的理论基础，刀具材料与工件材料的性能匹配合理是切削刀具材料选择的关键依据，要根据刀具材料与工件材料的力学、物理和化学性能选择刀具材料，才能获得良好的切削效果。就活塞在切削加工时的刀具材料选用作了阐述。 高速钢：活塞加工中铣浇冒口、铣横槽及铣膨胀槽用铣刀，钻油孔用钻头等都为高速钢材料。 硬质合金：YG、YD系列硬质合金刀具被广泛应用于铝活塞加工的各个工序中，特别是活塞粗加工和半精加工工序。 立方氮化硼：立方氮化硼刀具被用于镶铸铁环活塞的车削铸铁环槽工序中。同时也应用于活塞立体靠模的加工中。 金刚石：金刚石刀具可利用金刚石材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。在切削铝合金时，PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的几十倍甚至几百倍https://www.doczj.com/doc/bb12811390.html,，是目前铝活塞精密加工的理想刀具，已经应用于精车活塞环槽、精镗活塞销孔、精车活塞外圆、精车活塞顶面及精车活塞燃烧室等精加工工序中。 刀具材料性能的优劣是影响加工表面质量、切削加工效率、刀具寿命的基本因素。切削加工时，直接担负切削工作的是刀具的切削部分。刀具切削性能的好坏大多取决于构成刀具切削部分的材料、切削部分的几何参数及刀具结构的选择和设计是否合理。切削加工生产率和刀具耐用度的高低、刀具消耗和加工成本的多少、加工精度和表面质量的优劣等等，在很大程度上都取决于刀具材料的合理选择。正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。 每一品种刀具材料都有其特定的加工范围，只能适用于一定的工件材料和切削速度范围。不同的刀具材料和同种刀具加工不同的工件材料时刀具寿命往往存在很大的差别，例如：加工铝活塞时，金刚石刀具的寿命是YG类硬质合金刀具寿命的几倍到几十倍；YG类硬质合金刀具加工含硅量高、中、低的铝合金时其寿命也有很大的差别。所以，合理选用刀具是成功进行切削加工的关键。每一种刀具材料都有其最佳的加工对象，即存在切削刀具与加工对象的合理匹配问题。 1 刀具材料应具备的性能 1.1 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。切削金属所用刀具的切削刃硬度，一般都在60HRC以上。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，其耐磨性就越好。组织中的硬质点(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，则耐磨性越好。耐磨性还与材料的化学成分、强度、显微组织及摩擦区的温度有关。可用公式表示材料的耐磨性WR：WR=KIC0.5E-0.8H1.43式中：H——材料硬度(GPa)。硬度愈高，耐磨性愈好。
机加工刀具材料性能说明 关键词高硬度高耐热性经济性 刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。使用碳工具钢作为刀具材料时，切削速度只有10m人nln左右；20世纪初出现了高速钢刀具材料，切削速度提高到每分钟几十米；30年代出现了硬质合金，切削速度提高到每分钟一百多米至几百米；当前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出现，使切削速度提高到每分钟一千米以上G被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。 一刀具材料应具备的性能 性能优良的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作，应具备如下的基本要求。 1)高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。 2)足够的强度与冲击韧性 强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。 冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。 3)高耐热性 耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。 4)良好的工艺性和经济性 为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵，但其使用寿命很长，在成批大量生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。 二常用刀具材料 常用刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料，目前用得最多的为高速钢和硬质合金。表6—2为常用刀具材料的牌号、性能及用途。 1)高速钢
第三章 一、选择题 1．31210111下面是关于常用刀具材料硬度的比较，那个选项的论述是正确的（A）A金刚石>CBN>硬质合金>高速钢B金刚石>CBN>高速钢>硬质合金 C金刚石>硬质合金>高速钢>CBN D金刚石>高速钢>硬质合金>CBN 2. 31210122下面属于性质脆、工艺性差的刀具材料是（C） A碳素工具钢 B 合金工具钢 C 金刚石D 硬质合金钢 3. 31210113 目前使用最为广泛的刀具材料是（B） A陶瓷B高速钢和硬质合金 C 碳素工具钢 D CBN 4．31210114 W18Cr4V是：（C） A碳素钢 B 硬质合金钢 C 普通高速钢D 高性能高速钢 5．31210125 W18Cr4V比W6Mo5Cr4V2 好的性能是：（D） A硬度 B 韧性 C 切削性能D可磨性 6．31210116 WC—Co类属于哪一类硬质合金：（A） A YG类 B YT类 C YW类 D YM类 7．31210127 应用于切削一般钢料的硬质合金刀具是（B） A YG类 B YT类 C YW类 D YM类 8．31210128 在加工高温合金（如镍基合金）等难加工材料时，刀具材料可首选：（A） A CBN B 硬质合金 C 金刚石 D 陶瓷 9．31210129 在粗车铸铁时，选用：（B） A YG3 B YG8 C YT5 D YT30 10．3121012A碳素钢、合金钢的连续精加工，应选用：（D） A YG3 B YG8 C YT15 D YT30 11. 3121012B 在连续粗加工、不连续精加工碳素钢时，应选用：(B) A YT5 B YT15 C YT30 D YW2 12．31310121 在数控机床和自动线上，一般采用：（C） A整体式刀具 B 装配式刀具 C 复合式刀具D焊接装配式刀具 13. 32210111 增大前角，下面正确的是：（D） A增大粗糙度 B 增大切削效率 C 切削刃与刀头的强度增大 D 减小切削的变形 14．32210122 对于不同的刀具材料，合理前角（γopt）也不同，硬质合金刀具的γopt （B） 要____ 高速钢刀具的γ opt A大于 B 小于 C 等于 D 都有可能 15 32210113 增大前角可以（B） A减小切削力，导热面积增大B减小切削力，导热面积减小 C增大切削力，导热面积增大D增大切削力，导热面积减小1632210114 下面有关刀具前面的卷屑槽宽度的说法，正确的是：（D） A愈小愈好 B 愈大愈好 C 无所谓 D 根据工件材料和切削用量决定 17 32310111 增大后角（A） A减小摩擦 B 增大摩擦 C 切削刃钝园半径越大 D 刀头强度增强1832310121 加工下面哪种材料时，应该采用较小的后角（C） A工件材料塑性较大B工件材料容易产生加工硬化 C 脆性材料 D 硬而脆的材料
3．3 数控刀具材料及选用 先进的加工设备与高性能的数控刀具相配合，才能充分发挥其应有的效能，取得良好的经济效益。随着刀具材料迅速发展，各种新型刀具材料，其物理、力学性能和切削加工性能都有了很大的提高，应用范围也不断扩大。 3．3．1刀具材料应具备基本性能 刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用。因此，刀具材料应具备如下一些基本性能：(1)硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，一般要求在60HRC以上。刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。 (2)强度和韧性。刀具材料应具备较高的强度和韧性，以便承受切削力、冲击和振动,防止刀具脆性断裂和崩刃。 (3)耐热性。刀具材料的耐热性要好，能承受高的切削温度，具备良好的抗氧化能力。 (4)工艺性能和经济性。刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能；磨削加工性能等，而且要追求高的性能价格比。 3．3．2刀具材料的种类、性能、特点、应用 1．金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用
金刚石是碳的同素异构体，它是自然界已经发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能，在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。 ⑴金刚石刀具的种类 ①天然金刚石刀具：天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了，天然单晶金刚石刀具经过精细研磨，刃口能磨得极其锋利，刃口半径可达0.002μm，能实现超薄切削，可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度，是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。 ②PCD金刚石刀具：天然金刚石价格昂贵，金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶金刚石(PCD)，自20世纪70年代初，采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石(Polycrystauine diamond，简称PCD刀片研制成功以后，在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石所代替。PCD原料来源丰富，其价格只有天然金刚石的几十分之一至十几分之一。 PCD刀具无法磨出极其锋利的刃口，加工的工件表面质量也不如天然金刚石，现在工业中还不能方便地制造带有断屑槽的PCD刀片。因此，PCD只能用于有色金属和非金属的精切，很难达到超精密镜面切削。 ③CVD金刚石刀具：自从20世纪70年代末至80年代初，CVD金刚石技术在日本出现。CVD金刚石是指用化学气相沉积法(CVD)在异质基体(如硬质合金、陶瓷等)上合成金刚石膜，CVD金刚石具有与天然金刚石完全相同的结构和特性。 CVD金刚石的性能与天然金刚石相比十分接近，兼有天然单晶金刚石和聚晶金刚石(PCD)的优点，在一定程度上又克服了它们的不足。 ⑵金刚石刀具的性能特点： ①极高的硬度和耐磨性：天然金刚石是自然界已经发现的最硬的物质。金刚石具有极高的耐磨性，加工高硬度材料时，金刚石刀具的寿命为硬质合金刀具的lO～100倍，甚至高达几百倍。 ②具有很低的摩擦系数：金刚石与一些有色金属之间的摩擦系数比其他刀具都低，摩擦系数低，加工时变形小，可减小切削力。 ③切削刃非常锋利：金刚石刀具的切削刃可以磨得非常锋利，天然单晶金刚石刀具可高达0.002～0.008μm，能进行超薄切削和超精密加工。 ④具有很高的导热性能：金刚石的导热系数及热扩散率高，切削热容易散出，刀具切削部分温度低。 ⑤具有较低的热膨胀系数：金刚石的热膨胀系数比硬质合金小几倍，由切削热引起的
数控机床对刀具材料的基本要求是高的硬度、高的耐磨性、高的红硬性和足够的强度7和韧性。 -------------------------加工的刀具种类视加工对象而定 刀具材料应当具备的性能 切削过程中，刀具直接完成切除余量和形成已加工表面的任务。刀具切削性能的优劣，取决于构成切削部分的材料、几何形状和刀具结构。由此可见刀具材料的重要性，它对刀具使用寿命、加工效率、加工质量和加工成本影响极大。因此，应当重视刀具材料的正确选择和合理使用，重视新型刀具材料的研制。 在切削加工时，刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受很大的压力和强烈的摩擦，刀具在高温下进行切削的同时，还承受着切削力、冲击和振动，因此刀具材料应具备以下基本要求： 1．硬度 刀具材料必须具有高于工件材料的硬度，常温硬度须在HRC62以上，并要求保持较高的高温硬度。 2．耐磨性 耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力，它是刀具材料机械性能（力学性能）、组织结构和化学性能的综合反映。例如，组织中硬质点的硬度、数量、大小和分布对抗磨料磨损的能力有很大影响，而抗冷焊磨损(冷焊磨损即过去有些书上所称的粘结磨损、抗扩散磨损和抗氧化磨损的能力还与刀具材料的化学稳定性有关。3.强度和韧性 为了承受切削力、冲击和振动，刀材料应具有足够的强度和韧性。一般，强度用抗弯强度表示，韧性用冲击值表示。刀具材料中强度高者，韧性也较好，但硬度和耐磨性常因此而下降，这两个方面的性能是互相矛盾的。一种好的刀具材料，应当根据它的使用要求，兼顾以上两方面的性能，而有所侧重。 4．耐热性 刀具材料应在高温下保持较高的硬度、耐磨性、强度和韧性，并有良好的抗扩散、抗氧化的能力。这就是刀具材料的耐热性。 5．导热性和膨胀系数 在其他条件相同的情况下，刀具材料的导热系数(热导率)越大，则由刀具传出的热量越多，有利于降低切削温度和提高刀具使用寿命。线膨胀系数小，则可减少刀具的热变形。对于焊接刀具和涂层刀具，还应考虑刀片与刀杆材料、涂层与基体材料线膨胀系数的匹配。 6．工艺性 为了便于制造，要求刀具材料有较好的可加工性，包括锻、轧、焊接、切削加工和可磨削性、热处理特性等。材料的高温塑性对热轧刀具十分重要。可磨削性可用磨削比——磨削量与砂轮磨损体积之比来表示，磨削比大，则可磨削性好。此外，在选用刀具材料时，还应考虑经济性。性能良好的刀具材料，如成本和价格较低，且立足于国内资源，则有利于推广应用。 刀具材料种类很多，常用的有工具钢(包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢)、硬质合金、陶瓷、金刚石(天然和人造)和立方氮化硼等。碳素工具钢(如T10A、T12A)和合金工具钢(如9CrSi、CrWMn)，因其耐热性很差，仅用于手工工具。陶瓷、金刚石和立方氮化硼则由于性质脆、工艺性差及价格昂贵等原因，目前尚
刀具材料决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。使用碳工具钢作为刀具材料时，切削速度只有10m/min左右；20世纪初出现了高速钢刀具材料，切削速度提高到每分钟几十米；30年代出现了硬质合金，切削速度提高到每分钟一百多米至几百米；当前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出现，使切削速度提高到每分钟一千米以上；被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。 一刀具材料应具备的性能 性能优良的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作，应具备如下的基本要求。 1.高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。 2.足够的强度与冲击韧性 强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。 冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。
3.高耐热性 耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。 4.良好的工艺性和经济性 为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵，但其使用寿命很，在成批大量生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。 二常用刀具材料 常用刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料，目前用得最多的为高速钢和硬质合金。 高速钢 高速钢是一种加了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃；锻造、热处理变形小，目前在复杂的刀具，如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。 高速钢可分为普通高速钢和高性能高速钢。 普通高速钢，如W18Cr4V广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高，切削普通钢料时为40-60m/min。
浅谈数控刀具材料及选用 先进的加工设备与高性能的数控刀具相配合，才能充分发挥其应有的效能，取得良好的经济效益。随着刀具材料迅速发展，各种新型刀具材料，其物理、力学性能和切削加工性能都有了很大的提高，应用范围也不断扩大。 3．3．1 刀具材料应具备基本性能 刀具材料的选择对刀具寿命、加工效率、加工质量和加工成本等的影响很大。刀具切削时要承受高压、高温、摩擦、冲击和振动等作用。因此，刀具材料应具备如下一些基本性能： (1) 硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，一般要求在60HRC 以上。刀具材料的硬度越高，耐磨性就越好。 (2) 强度和韧性。刀具材料应具备较高的强度和韧性，以便承受切削力、冲击和振动, 防止刀具脆性断裂和崩刃。 (3) 耐热性。刀具材料的耐热性要好，能承受高的切削温度，具备良好的抗氧化能力。 (4) 工艺性能和经济性。刀具材料应具备好的锻造性能、热处理性能、焊接性能；磨削加工性能等，而且要追求高的性能价格比。 3．3．2 刀具材料的种类、性能、特点、应用 1．金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用 金刚石是碳的同素异构体，它是自然界已经发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能，在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。 ⑴ 金刚石刀具的种类 ①天然金刚石刀具：天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了，天然单晶 金刚石刀具经过精细研磨，刃口能磨得极其锋利，刃口半径可达0.002卩m能实 现超薄切削，可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度，是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。 ②PCD金刚石刀具：天然金刚石价格昂贵，金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶金刚石(PCD)，自20世纪70年代初，采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石(Polycrystauine diamond ，简称PCD刀片研制成功以后，在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石所代替。PCD原料来源丰富，其价格只有天然金刚石的几十分之一至十几分之一。 PCD刀具无法磨出极其锋利的刃口，加工的工件表面质量也不如天然金刚石，现在工业中还不能方便地制造带有断屑槽的PCD刀片。因此，PCD只能用于有色金
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常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料的切削性能直接影响着生产效率、工件的加工精度、已加工表面质量和加工成本等，所以正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。 1.刀具材料应具备的性能 金属切削时，刀具切削部分直接和工件及切屑相接触，承受着很大的切削压力和冲击，并受到工件及切屑的剧烈摩擦，产生很高的切削温度，即刀具切削部分是在高温、高压及剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。因此，刀具切削部分材料应具备以下基本性能。 1.1 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。 1.2 足够的强度和韧性 要使刀具在承受很大压力，以及在切削过程中通常要出现的冲击和振动的条件下工作，而不产生崩刃和折断，刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。
1.3 高的耐热性 耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。它是指刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。 1.4 导热性好 刀具材料的导热性越好，切削热越容易从切削区散走，有利于降低切削温度。刀具材料的导热性用热导率表示。热导率大，表示导热性好，切削时产生的热量就容易传散出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具磨损。 1.5 具有良好的工艺性和经济性 既要求刀具材料本身的可切削性能、耐磨性能、热处理性能、焊接性能等要好，且又要资源丰富，价格低廉。 2.常用刀具材料分类、特点及应用 刀具材料可分为工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料等五大类。常用刀具材料的主要性能及用途见表2-1。 表2-1 常用刀具材料的主要性能
第一章常用刀具材料介绍 一．刀具材料的基本性能 在切削过程中，刀具切削部分是在很大的切削力、较高的切削温度及剧烈摩擦等条件下工作的，同时，由于切削余量和工件材质不均匀或切削时形不成带状切屑，还伴随冲击和振动，因此刀具切削部分的材料应具备以下几方面的性能： 1．高的硬度刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度，以便切入工件。一般常温时硬度在60HRC以上,对某些难切除材料，刀具的硬度要求在HRC65以上。 2．高的耐磨性刀具在切削加工中经受剧烈摩擦，要求其磨损要小，通常刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。 3．高的耐热性耐热性（又称红硬性）是指刀具在高温下能够保持其硬度的性能。它是衡量刀具材料切削性能的主要指标。 4．足够的强度和韧性在切削过程中，刀具要经得起所承受的各种应力和冲击，才能防止刀具的崩刃或脆性断裂。 5．良好的工艺性刀具材料应具备良好的可加工性和垫处理性。 此外，还应考虑到刀具材料的经济性。经济性差的刀具材料难以推广使用。 二．刀具材料的种类及选用 常用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金及陶瓷材料等，其中应用最多的是高速钢和硬质合金。 1.碳素工具钢碳素工具钢是指含碳量为0.65%-1.35%的优质高碳钢，淬火硬度可 达HRC60～65。刀具刃磨时容易达到锋利，价格低廉。这类钢由于耐热性很差（200-250℃），允许的切削速度很低（V≤10m/min），只适宜做一些低速手动工具，如板牙、手工锯条、锉刀等。常用的牌号是T7A、T8A……T13A等。 2.合金工具钢合金工具钢是指含铬、钨、硅、锰等合金元素的低碳合金钢。其碳 的质量分数为0.85%-1.5%，合金元素的总质量分数在5%以下。合金工具钢有较高的耐热性（300-400℃），可以允许有较高的切削速度下工作；此外这类钢淬透性较好，热处理变形小，耐磨性较好，因此可以用于截面积较大要求热处理变形较小，对耐磨性及韧度有一定要求的低速切削刀具，如板牙、丝锥、铰刀、拉刀等。以上两种材料作为刀具使用的较少。最常用的牌号有9SiCr、CrWMn等。
第1章、刀具材料与选择 一、填空 1.在金属切削过程中，刀具切削部分是在高温、高压、 和剧烈摩擦的恶劣条件下工作的。 2.刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。 3.常用的刀具材料分为碳素工具钢、合金工具钢、高 速钢及硬质合金四类。 4.碳素工具钢及合金工具钢的耐热性较差，故只用于制造 低切削速度的切削刀具和手用刀具，如锉刀、手用铰刀、手用丝锥和板牙。 5.普通高速钢的硬度不高、其耐热温度为550～600℃， 通常允许的最大切削速度为15～25m/min。 6.制造形状复杂的刀具通常用高速钢材料。 7.普通高速钢按钨、钼质量分为钨系高速钢和钼系高速 钢，主要牌号有W18Cr4V 、 W6Mo5Cr4V2。 8.硬质合金的主要缺点是抗弯强度、冲击韧度较低、硊 性大，因此不耐冲击和振动。 9.硬质合金的硬度、耐磨性和耐热性都高于高速钢，耐热 温度可达800～1000℃，切削速度为高速钢的数倍。10.常用硬质合金分为钨钴类YG 、钨钛类YT 和钨钛钽 （铌）类YW 等。其中YG类适合用于铸铁等脆性工件，YT 类适用于加工钢类等普通塑性工件。
11.各类硬质合金牌号中，含钴量越多，抗冲击越好；含碳 化物越多，硬度、耐磨性越高。粗加工时应选用含钴多的硬质合金刀具。 12.陶瓷刀具材料以氧化铝或复合氧化铝为主要成分。 13.陶瓷材料的优点是高硬度与耐磨性、高耐热性、高化 学稳定性及抗粘结性好，一般适用于精加工和半精加工硬材料。 14.超硬刀具材料主要有陶瓷和金刚石、立方氮化硼三 种。 15.由于金刚石与铁原子的亲和性强，易使其丧失切削能 力，故不宜用于加工铁族材料。 16.金刚石的主要缺点是耐热性差、强度低、脆性大， 故对冲击、振动敏感，因而对机床的精度、刚度要求高，一般只适宜作非铁合金的精加工。 二、判断题 1.刀具切削部分的材料影响刀具切削性能的好坏。 （√） 2.刀具材料硬度越高，强度和韧性越低。（√） 3.刀具材料的工艺性是指可加工性、可磨削性和热处理特征 等。（√） 4.刀具材料的耐热性是指高温下保持高硬度、高强度的性 能。（√）
刀具材料应具备的性能及常用材料 刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。使用碳工具钢作为刀具材料时，切削速度只有10m/min左右；20世纪初出现了高速钢刀具材料，切削速度提高到每分钟几十米；30年代出现了硬质合金，切削速度提高到每分钟一百多米至几百米；当前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出现，使切削速度提高到每分钟一千米以上；被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。一刀具材料应具备的性能 性能优良的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作，应具备如下的基本要求。 高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。 足够的强度与冲击韧性 强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。一般用抗弯强度来表示。 冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。 高耐热性
耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。 良好的工艺性和经济性 为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。当然在制造和选用时应综合考虑经济性。当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵，但其使用寿命很长，在成批大量生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。因此在选用时一定要综合考虑。 二常用刀具材料 常用刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料，目前用得最多的为高速钢和硬质合金。 高速钢 高速钢是一种加人了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃；锻造、热处理变形小，目前在复杂的刀具，如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。 高速钢可分为普通高速钢和高性能高速钢。 普通高速钢，如W18Cr4V广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高，切削普通钢料时为40-60m/min。 高性能高速钢，如W12Cr4V4Mo是在普通高速钢中再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素冶炼而成的。它的耐用度为普通高速钢的
常用刀具材料及选用 在切削过程中，刀具担负着切除工件上多余金属以形成已加工表面的任务。刀具的切削性能好坏，取决于刀具切削部分的材料、几何参数以及结构的合理性等。刀具材料对刀具寿命、加工生产效率、加工质量以及加工成本都有很大影响，因此必须合理选择。 一、刀具材料应具备的性能刀具在切削时要承受高温、高压、强烈的摩擦、冲击和振动，因此刀具材料必须具备以下性能： 1．高的硬度和耐磨性刀具应具备高的硬度和耐磨性。一般刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。其常温硬度一般要求大于60HRC。 2．足够的强度和韧性为承受切削负荷、振动和冲击，刀具材料必须具备足够的强度和韧性。 3．高的热稳定性刀具在高温下工作，要求刀具材料具备高的热稳定性，也称高的耐热性。即刀具材料在高温下硬度、耐磨性、强度和韧性变化很小，仍能保持正常切削。 4．良好的物理特性即刀具材料具备良好的导热性、大的热容量以及优良的热冲击性能。 5．良好的工艺性即刀具材料应具备良好的锻造性、机械加工性和热处理性。 除此之外，要求刀具材料经济性要好。 二、常用刀具材料的性能及选用常用刀具材料的种类和特性刀具材料种类很多，常用的有工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢和高速钢）、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具钢和合金工具钢，因其耐热性很差，目前仅用于手工工具。下面对高速钢、硬质合金、陶瓷及其它超硬刀具材料进行介绍。 1）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。高速钢有很高的强度，抗弯强度为一般硬质合金的2～3倍；韧性也高，比硬质合金高几十倍。高速钢的硬度在63HRC以上，且有较好的耐热性，在切削温度达到500650°C时，尚能进行切削。高速钢可加工性好，热处理变形较小，目前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）。高速钢刀具可以加工从有色金属到高温合金的各种材料。 表1-2列出了几种常用高速钢的牌号及其主要用途，可供选择时参考。 2）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。硬质合金中的金属碳化物熔点高、硬度高、化学稳定性与热稳定性好，因此，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，加工效率高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、端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。我国常用的硬质合金牌号及其应用范围见表1-3。 3）陶瓷和超硬刀具材料陶瓷材料比硬质合金具有更高的硬度（91～95HRA）和耐热性，在1200℃的温度下仍能切削，耐磨性和化学惰性好，摩擦系数小，抗粘结和扩散磨损能力强，因而能以更高的速度切削，并可切削难加工的高硬度材料。主要缺点是性脆、抗冲击韧性差，抗弯强度低。