金属切削技术及刀具发展现状

金属切削刀具的发展历史与现状前言刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。

广义的切削工具既包括刀具，还包括磨具。

刀具技术的进步，体现在刀具材料、刀具结构、刀具几何形状和刀具系统四个方面，刀具材料新产品更是琳琅满目。

当代正在应用的刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石。

其中，高速钢和硬质合金是用得最多的两种刀具材料，分别约占刀具总量的30%～40%和50%～60%。

本文将介绍刀具的发展历程，发展现状，并对未来刀具的发展法相作出分析。

刀具的发展历史刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。

中国早在公元前28～前20世纪，就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。

战国后期(公元前三世纪)，由于掌握了渗碳技术，制成了铜质刀具。

当时的钻头和锯，与现代的扁钻和锯已有些相似之处。

然而，刀具的快速发展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的发展而来的。

1783年，法国的勒内首先制出铣刀。

1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。

有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品生产。

那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用的切削速度约为5米/分。

1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。

1898年，美国的泰勒和.怀特发明高速钢。

1923年，德国的施勒特尔发明硬质合金。

在采用合金工具钢时，刀具的切削速度提高到约8米/分，采用高速钢时，又提高两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢提高两倍以上，切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。

由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵，刀具出现焊接和机械夹固式结构。

1949～1950年间,美国开始在车刀上采用可转位刀片，不久即应用在铣刀和其他刀具上。

1938年，德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。

1972年，美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。

这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。

1969年，瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法，生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。

车削刀具的发展趋势车削刀具是目前工业生产中最为常用的切削工具之一，它在金属加工中有着广泛的应用。

随着制造和加工工艺的不断发展，车削刀具也在不断改进和完善。

下面我们将从以下几个方面来探讨车削刀具的发展趋势。

1. 材料的选择和改进车削刀具的材料选择对其性能和寿命有着重要影响。

目前常用的车削刀具材料有高速钢、硬质合金和陶瓷。

高速钢拥有良好的韧性和切削性能，但在高速切削时容易产生热势能，导致刀具磨损和断裂。

硬质合金相对高速钢具有更高的硬度和热稳定性，适合用于高速切削。

而陶瓷由于其优异的硬度和热稳定性，成为了一种潜在的车削刀具材料。

未来的趋势将是开发出更加高性能和寿命更长的刀具材料，以适应高效、高精度和高稳定性的加工要求。

2. 几何结构的优化刀具的几何结构对车削效率和精度有着重要影响。

传统的车削刀具通常采用平底切槽结构，但这种结构容易导致刀具磨损和切削力集中。

近年来，研究人员提出了各种新型的刀具几何结构，如刀尖直径修型切削刃、半径切削刃和曲面切削刃等。

这些新型刀具结构可降低切削力和热量积聚，提高切削效率和表面质量。

未来的发展趋势将是更加贴合工件形状的复杂刀具几何结构的研究和应用。

3. 表面改性技术通过表面改性技术，可以提高刀具材料的硬度、耐磨性和切削性能，从而延长刀具的使用寿命。

目前常用的表面改性技术包括涂层技术、离子注入技术和等离子体增强化学气相沉积技术等。

涂层技术主要是通过在刀具表面形成一层硬度高、耐磨性好的涂层，以增加刀具的耐磨性和切削性能。

离子注入技术则是通过注入氮、碳等元素到刀具表面，改善其硬度和耐磨性。

等离子体增强化学气相沉积技术则是一种利用等离子体沉积技术制备薄膜的方法，可获得较好的附着力和热稳定性。

未来的发展趋势将是进一步提高表面改性技术的效果和性能，以满足更高要求的切削工艺。

4. 自动化和智能化随着制造业的发展，对高效率、高精度和高稳定性的加工需求不断增加。

自动化和智能化技术的应用将成为未来车削刀具发展的重要方向。

2022年我国刀具行业发展现状及趋势分析据了解：10月26-27日，“2022先进制造工艺与刀具技术研讨会”在清华高校顺当召开。

此次研讨会由上海高校先进工艺与刀具技术讨论所和清华高校精密仪器与机械学系联合主办，邀请国内外闻名高校、讨论所、机床刀具生产销售和使用企业的专家、学者400余人共聚北京，为中国机床刀具行业的健康稳定进展出谋划策。

现对2022年我国刀具行业进展现状及趋势进行分析。

产学研用共赢平台当前高速、高效、精密刀具的使用还不够广泛，严峻制约了我国经济的进展和向制造强国转变。

随着劳动力成本的急剧上升以及原材料的持续涨价，将来5——10年内，中国高速、高效、精密刀具具有巨大的进展空间，有必要对先进制造工艺与刀具技术进行长期深化的探讨，以提高中国制造业的生产效率、产品精度和附加值。

在本次研讨会上，来自行业协会、高等院校和企业的20余位演讲嘉宾代表产、学、研、用各领域先后做了精彩的演讲。

清华高校材料学院及机械工程学院柳百成教授在会议中指出：“先进制造技术是制造业及战略性新兴产业的技术基础，对进展经济和国家平安至关重要。

因此，要非常重视进展资源节省、环境友好的先进制造技术。

为此，必需加大讨论与开发的投入，加强企业与高校、院所的协同创新。

”与传统的学术研讨会不同，此次研讨会非常注意理论讨论与实施实效性相结合。

来自北京航天航空高校的陈五一教授介绍了镍基合金切削加工技术，天津高校的林彬教授介绍了轴向超声振动帮助磨削机理讨论，北京航天航空高校的张德远教授介绍了有用化振动切削工具技术，西北工大高校的张定华教授介绍了航空难加工材料切削加工及其表面完整性试验讨论，装甲兵工程学院的田欣利教授介绍了工程陶瓷高效低成本加工技术的讨论进展，中国矿业高校的邓福铭教授介绍了我国超硬刀具的进展历程、问题及展望，北京交通高校的张勤俭教授介绍了聚晶金刚石精密加工技术进展现状，华南理工高校的全燕鸣教授介绍了热管刀具与无钴硬质合金切削性能讨论。

金属切削的发展趋势
1. 数控加工技术：随着数字化技术的发展，数控加工技术的应用趋势逐渐增强，自动化程度不断提高，提高了生产效率和精度。

2. 复合材料切削技术：复合材料广泛应用于航空航天、汽车、医疗、体育等领域，其切削加工技术需求也在不断提高。

3. 精细加工技术：针对高端产品的需求，金属切削技术需求不断提高，对精细加工技术的应用变得越来越广泛。

4. 高速切削技术：随着高速传动技术、刀具加工材料的更新换代，高速切削技术应用越来越广泛，能够提高加工效率和刀具的使用寿命。

5. 绿色加工技术：随着环保意识的增强，切削加工过程对环境的污染也越来越引起关注，绿色加工技术成为金属切削技术的主要趋势之一。

新型切削刀具的发展及应用近年来，随着机械工业、汽车工业、航空航天：厂业、电子工业、能源工程和材料科学的进步，机床工业也逐步向着数控化、精密化、集成化、智能化的方向发展，因此对刀具材料的硬度、抗弯强度、冲击性能、粘结剂和组织等性能也提㈩了愈宋愈高的要求。

面对门益增多的难加工材料，多功能复合刀具、智能刀具、高速高效刀具逐渐成为现代制造技术的关键装备，因而成为时代的新宠，尤其在刀具材料与刀具结构方面有了新的发展。

一、新型刀具材料的发展回顾及展望刀具材料的发展经历了工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、超硬材料五个阶段。

1.新型高速钢材料(1)粉末冶金高速钢刀具近几年来，高速钢的最大变革就是发展了粉末冶金高速钢。

通过用高压氮气雾化熔融高速钢水得到细小的高速钢粉末，在真空状态下密闭烧结后，纾过高温高压压制成钢胚，然后锻轧成钢材，这样就避免了熔炼高速钢在铸锭时产生粗大炭化物偏析的问题，得到小于0．002mm的极细晶粒。

粉末冶金高速钢具有良好的力学性能。

例如，牌号为CPMTl5的粉末冶金高速钢，它的强度、韧性分别是相同化学成分的熔炼高速钢的2～2．5倍；高温热硬度比熔炼高速钢提高0．5～1HRC，耐磨性提高20％～30％。

因此，粉末冶金高速钢刀具适用于间断切削、强度高而切削刃又必须锋利、高压动载荷下切削的情况，适于制造大尺寸刀具、精密刀具、复杂刀具。

美国的Crucible公司、日本神户制钢所、日立金属公司、日本OSG公司、NACHI公司等都能提供近20种粉末冶金高速钢，而我国钢厂所能提供的品种则较少，因此粉末冶金高速钢将为我国的金属加工工业带来新的发展机会。

(2)涂层高速钢刀具传统的涂层高速钢刀具是在高速钢刀具表面上采用物理气相技术(PVD)沉积2～5um厚的氮化钛(TIN)薄层，其硬度可达2000HV，并且具有很高的耐磨性。

近几年还研制山了ZrN、HfN、CrN、TiALN、金刚石碳涂层、复合涂层等新技术，使其不仅提高了刀具的耐用度，而且还能加工高硬度合金及高温合金等难加丁材料。

超高速切削的发展现状超高速切削是一种先进的切削加工技术，采用高速转速和小切削深度进行切削，能够有效提高切削效率和加工精度。

本文将对超高速切削的发展现状进行详细介绍。

超高速切削技术的发展可以追溯到20世纪60年代，当时由于切削过程容易产生几何形状的误差和表面质量问题，因此一直未能得到广泛应用。

随着计算机数控技术和精密制造技术的快速发展，超高速切削技术在上世纪80年代出现了突破性的进展。

发展初期，超高速切削主要用于加工金属材料，如铝合金、镁合金等，通过提高切削速度和减小切削深度，大大提高了切削效率和表面质量。

随着材料科学和刀具制造技术的进步，超高速切削技术逐渐应用到切削硬度较高的材料，如钢、铁等。

近年来，随着新材料和复杂工件的出现，超高速切削技术迎来了新的发展机遇。

首先是新材料的应用，如高性能陶瓷、纳米材料等，这些材料具有高硬度和高韧性，传统切削技术难以满足对其加工精度和表面质量的要求，而超高速切削技术能够有效解决这一问题。

其次是复杂工件的加工，如汽车发动机缸体、飞机发动机叶片等，这些工件形状复杂，表面精度要求高，传统加工方法效率低、成本高，而超高速切削技术具有快速、高效的优势。

随着超高速切削技术的不断发展，相关设备和工具也在不断更新迭代。

首先是刀具材料的优化，采用纳米材料、复合材料等先进材料制造刀具，能够提高切削效率和切削质量。

其次是机床的改进，采用高刚性、高速度的数控机床，能够满足高速切削的要求。

同时，先进的控制系统和传感器技术的应用，能够实时监测切削过程中的温度、压力等参数，保证整个加工过程的稳定性和安全性。

超高速切削技术的发展带来了巨大的经济效益和社会效益。

首先是加工效率的提高，相比传统切削技术，超高速切削能够大幅度提高切削速度和加工效率，节约了生产时间和成本。

其次是加工精度和表面质量的提升，超高速切削能够实现微米级的精度和纳米级的表面粗糙度，满足了高精度工件的需求。

此外，超高速切削技术还可以减少切削力和切削温度，降低刀具磨损和能量消耗，从而延长刀具寿命，减少了对自然资源的消耗，对环境保护具有积极意义。

中国⼑具与切削加⼯技术的发展现状与趋势⾦属切削⼑具市场的发展现状与趋势随着机床⼯业的飞速发展, 难加⼯材料⽇益增多。

多功能复合⼑具、智能⼑具、⾼速⾼效⼑具逐渐成为现代制造技术的关键装备。

⼑具材料与⼑具结构⽅⾯也有了新的发展。

从⼯艺、性能、结构等⽅⾯对⼑具与切削加⼯技术的发展现状进⾏分析, 并对发展趋势进⾏展望。

1 ⼑具与切削加⼯技术的发展现状1.1 开创了⾼速切削等新⼯艺, 全⾯提⾼了加⼯效率。

⾼速切削作为⼀种新的切削⼯艺显⽰出独特的优越性。

⾸先, 切削效率有显著的提⾼, 加⼯铝合⾦缸盖的PCD ⾯铣⼑, 铣削速度已达402lm/rain, 进给速度5670mm/min; 精加⼯灰铸铁缸体的CBN ⾯铣⼑, 铣削速度已达2000m/min, ⽐传统的硬质合⾦⾯铣⼑提⾼了10 倍。

其次, ⾼速切削还有利于提⾼产品质量、降低制造成本、缩短交货周期。

此外, 在⾼速切削技术的基础上, 开发了⼲切削(准⼲切削、微量润滑切削)、硬切削(以车代磨、以铣代磨) 等新⼯艺, 不仅提⾼了加⼯效率, 改变了传统不同切削加⼯的界限, ⽽且开创了切削加⼯“绿⾊制造”的新时代。

硬切削技术已成为汽车齿轮内孔精加⼯、淬硬模具加⼯实⽤的⾼效新⼯艺。

1.2 以硬质合⾦材料为主的各种⼑具材料性能使硬质合⾦的性能不断改进, 应⽤⾯扩⼤, 成为切削加⼯主要的⼑具材料, 对推动切削效率的提⾼起到了重要作⽤。

⾸先是细颗粒、超细颗粒硬质合⾦材料的开发, 显著地提⾼了硬质合⾦材料的强度和韧性, ⽤它制造的整体硬合⾦⼑具, 尤其是通⽤的量⼤⾯⼴的中⼩规格的钻头、⽴铣⼑、丝锥等⼑具, ⽤来代替传统的⾼速钢⼑具, 使切削速度和加⼯效率提⾼了数倍, 把量⼤⾯⼴的通⽤⼑具带⼊了⾼速切削的范围, 为切削加⼯全⾯进⼊⾼速切削阶段打下了半壁江⼭。

整体硬质合⾦还在⼀些复杂成形⼑具中得到应⽤。

其次, 硬质合⾦加压烧结等新⼯艺的开发和使⽤,提⾼了硬质合⾦的内在质量; 以及针对不同加⼯的需求开发专⽤牌号的做法, ⼜进⼀步提⾼了硬质合⾦的使⽤性能, 在作为化学涂层硬质合⾦⼑⽚牌号的基体材料时, 开发了具有良好抗塑性变形能⼒和韧性表层的梯度硬质合⾦, 提⾼了涂层硬质合⾦⼑⽚的切削性能和应⽤范围。

金属切削刀具制造与应用技术进展探讨数控机床以及刀具的进展，都围围着稳定质量、提高效率、降低成本和保证用户使用等几个方面来实现其努力探求效率的目标。

近年来来全球范围内金属切削刀具的制造和应用技术方面均有了长足进展。

数控机床和难加工材料的进展给金属切削效率的提升不断加添新的压力，从而使得在影响金属切削进展的诸多因素中起着决议性作用的刀具材料和涂层技术不断进步；新的刀具综合应用理念——系统工程开始显现，开始重视更加紧密的合作；刀具服务和管理也开始向着专业化前进，刀具专业服务和管理公司大规模显现；刀具设计应用了切削仿真技术，预先计算出实际切削时的切削力和切屑的温度；刀具结构向着提升切削系统刚性、降低切削力，避开产生系统共振的角度进展。

面对这些，中国刀具企业和刀具本身有了实质性的进步。

但是活着界金属切削刀具市场中，中国的刀具仍处于非常弱势的地位，进展强大还需要走很多的路，需要整个行业一起努力。

数控刀具的进步，需要从资金和技术实力上加大重视程度，国家和企业也需要加大基础讨论投入，坚固的基础讨论是推动企业进展的强劲动力，现在很多企业热衷于进展见效快的项目产品，而疏忽了基础讨论。

目前行业内建立了很多各种名目的讨论开发中心、工程中心，但是，迄今为止，还没有看到这些中心在现代高效刀具的基础技术讨论方面有所进展。

一些研发中心，在引进技术的消化汲取工作方面表现甚好，但真正的自主创新本领依旧存在问题。

数控刀具的进步，需要企业加添技术研发资金投入，提高自主创新本领。

在过去的几十年，从刀片技术、涂层技术、刀具制造技术到刀具应用技术，不管是仿照来还是引进技术，中国的刀具制造商都为本身建立起来了肯定的技术积累。

在这个基础之上，刀具企业还应当汲取制造业中的新理念，通过自主创新研发提高自身竞争力。

数控刀具的进步，需要有一批勇于奉献、眼光长远的企业掌舵者和良好的企业管理机制，这样中国刀具才能丢掉自身体制上枷锁，不着眼于小利和眼前利益，能从长远之处看到刀具进展的将来趋势，通过加添技术研发资金、培育技术人才、储备技术开积累，渐渐将生产重点移向高端产品市场。

金属切削刀具可靠性的研究毕业论文年级:学号:姓名:专业:指导老师:摘要金属切削刀具的切削性与几何参数有非常重要的关系，但能够决定刀具材料切削性能的基本身的强度和韧性。

硬度和耐磨性，耐热性等。

本文详细介绍了金属切削刀具的常用材料及其金属切削刀具的基本识的这些特征的分析使人们详细的了解每种刀具材料适宜加工的工件的材料，有助于帮助使用者合理的选择，以充分发挥刀具的切削性能和对金属切削刀具的可靠性研究AbstractThe cutting of metal cutting tool geometry parameter and a very important relationship, but to determine cutting tool material the basic body strength and toughness. The hardness and wear resistance, heat resistance. This paper introduces the commonly used metal cutting tool material and its typical brand of these features make it a detailed understanding of each tool material suitable for processing the workpiece material, to help users choose reasonable, so as to give full play to the cutting performance of the cutting tool and the cutting tool reliability research目录摘要 (2)Abstract (3)第一章金属切削刀具的基本识 (5)1.1切削运动及切削要素 (5)1.2 切削用量 (6)1.3切削层参数 (8)1.4刀具的组成部分 (9)1.5刀具的分类 (10)第二章金属切削刀具的可靠性 (11)2.1.1金属切削的技术特点 (11)2.1.2金属切削刀具可靠性 (14)第三章金属切削刀具材料现状及其展望 (15)3.1 金属切削刀具材料现状及其展望 (15)3.2 金属切削超硬刀具材料 (18)结论 (20)致谢 (21)参考文献 (22)一、零件表面的形成及切削运动第一节切削运动及切削要素机器零件的形状主要由下列几种表面组成：（1）外圆面（2）内圆面（孔）：外圆面和内圆面（孔）是以某一直线为母线，以圆为轨迹，作旋转运动所形成的表面。

金属切削加工技术探析据统计，在国民生产总值中相当多的产业与机械制造技术密切相关。

在大多数情况下，切削加工仍是能耗小、效益高的加工方法。

虽然也有一些特殊加工技术，如电加工、激光加工、超声加工等，但90%以上的机械加工是由切削加工完成的。

本文现从以下几方面分析金属切削技术的发展趋势。

一、金属切削加工自动化技术的发展伴随着微电子与信息技术的发展，cad、capp、cam、cae、mrpii 等关键技术为迅速提高制造工程领域的管理水平、显著降低制造过程中的大量辅助工时、推动设计制造一体化及产品质量提高等起到巨大的作用。

同时，这些技术也给传统的金属切削理论与技术提出了新的要求与发展方向。

推动了它在柔性自动化生产条件下的发展和进步，其中较重要的发展领域和技术成果有：1、切削数据库与工艺数据库。

微机辅助数据库技术迅速发展，克服了过去全靠人的经验或查阅手册来获得切削技术数据的困难，补充了在信息量、获取信息速度和信息准确性等方面的不足，为capp、cam、cims等奠定了坚实的基础。

2、切削技术专家系统。

人工智能技术在金属切削领域的应用，产生了切削技术专家系统，它为解决切割技术中的若干决策、咨询、诊断、管理等问题提供了有效的工具。

3、切削用量和工艺过程优化。

传统的优化理论多以单刀，单工序，单目标，单参数的优化为主，而在现代化加工系统中，大量的优化工作需要在多刀、多工序、多优化目标、多优化参数等条件下进行，这就是相应的优化理论与技术的进步。

4、刀具寿命及其可靠性。

在现代自动化加工系统中，由于设备昂贵、自动化程度和灵活性要求高，对刀具提出了一系列新要求，如：刀具的切削速度高，以便充分利用设备的效率，弥补其昂贵的缺陷，刀具通用性好，耐用度，以避免频繁换刀，刀具几何状态和切削性能一致性好，可靠性高，以保证整个自动加工过程的可操作性和稳定性。

因此，对刀具材料与结构提出了新的要求。

5、切削过程检测与监控。

在制造系统无人管理的情况下，对切削工程的各种状态和各种故障应有完善的检测和监控系统，以便及时报警，停机或自适应调节，有效的减少废品率，降低加工成本。

我国刀具行业市场发展情况及趋势分析要实现国内刀具企业的又好又快进展，需打破现有的研发思路，从客户的角度动身，与客户一起成长，从实际需求中开发出自己的产品，而不是仅仅替代国外的刀具。

我们不仅需要有制造刀具的力量，还需要有将刀具应用到实际生产过程中的力量，这样才能真正有扎实的理论和实践基础，才能拥有自己的学问产权。

刀具制作过程中需要模具进行成型工艺，对我国的模具产业大有裨益。

我国五金刀具的高速进展，与强大的市场需求密不行分。

2022年我国国产刀具的生产总量达到了350亿元，出口刀具85亿元，同比增长21.4.按此增速计算，估计2022年刀具消费规模将达到485亿以上。

在消费的刺激下，我国的刀具生产规模正在不断扩大。

在刀具市场的推动下，我国的刀具模具的市场需求必定会得到提升，将会促进国内刀具模具产业更好进展。

刀具行业涵括了基体材质设计、涂层组织结构设计、刀具外观结构设计、专用数字化技术开发等学问领域，任一学科理论、技术的更新换代都会随之带动整个刀具行业技术系统性变化调整。

同样在生产线上，与以上技术关联的任一环节程序的微小缺失或浮动势必影响刀具产品性能指标的稳定性。

就刀具基体材料而言，成分在国内各家公司对应的牌号基本相同，硬度、密度、矫顽磁力等常规性能报告也基本全都，然而实际使用性能的反馈良莠不齐。

要打破这种“形似神不似”的尴尬，亟待对刀具研发进行系统性夯实积累，对各环节相关性探究连接，层层相符、环环相扣，从而指导实际生产，确保产品的稳定性，找到“神形兼备”的关键。

配套服务力量缺失国产刀具无法尽施其“神”高速、高效切削在航空零部件加工中，高速切削正在被大量应用，主要有以下几个缘由：(2)飞机零件的结构简单、精度高，零件的薄壁、细筋结构刚度差，要尽量削减加工中的径向切削力和热变形，只有采纳高速切削加工才能满意这些要求。

(3)难加工材料，如镍基高温合金、钛合金、高强度结构钢被现代航空产品大量采纳，这些材料强度大、硬度高，耐冲击、加工中简单硬化，切削温度高、刀具磨损严峻，属于难加工材料。