高速切削加工中刀具材料的选用

高速切削加工实验报告1. 引言高速切削加工是一种先进的制造技术，通过提高切削速度和优化刀具材料与结构，可以加快加工速度、提高加工效率和加工精度。

本实验旨在通过对铝合金进行高速切削加工，探究加工参数对加工效果的影响，为实际加工提供依据。

2. 实验方法2.1 材料准备选取工业常用的6061铝合金作为实验材料，该材料具有良好的机械性能和加工性能。

2.2 实验设备* 高速切削机床：使用一台高速切削机床进行实验，该设备能够实现高速切削并准确控制加工参数。

* 刀具：选用合适的高速切削刀具，具备良好的切削性能和刚性。

* 冷却液：使用专用的冷却液，避免材料在高速切削过程中引起过热。

* 测量仪器：使用数控测量仪器对实验结果进行测量和记录，保证数据的准确性。

2.3 实验步骤1. 将铝合金工件固定在高速切削机床上，并确认其位置和稳定性。

2. 选择合适的切削刀具，并调整好刀具安装参数。

3. 设置高速切削加工参数，如切削速度、进给速度、切削深度等。

4. 启动高速切削机床，进行加工。

5. 实时记录切削过程中的数据，如工件表面温度、切削力、切削动力等。

6. 完成加工后，对工件进行后续处理，如去毛刺、抛光等。

7. 使用数控测量仪器对工件进行尺寸测量，并记录测量结果。

3. 实验结果3.1 加工参数对加工效果的影响在实验中，我们选取了不同的切削速度、进给速度和切削深度进行加工，并记录了加工过程中的数据和加工效果。

图1 展示了不同切削速度下的加工效果。

可以观察到，随着切削速度的增加，加工效率明显提高，同时工件表面质量也有所改善。

然而，当切削速度达到一定范围时，过高的切削速度会导致材料过热和刀具磨损的加剧，从而降低切削质量。

图2 展示了不同进给速度下的加工效果。

可以发现，在一定范围内，增加进给速度可以提高加工效率，但过高的进给速度会导致切屑堆积、刀具磨损和精度下降。

图3 展示了不同切削深度下的加工效果。

可以看到，增加切削深度可以在一定程度上提高加工效率，但同时也会增加材料的变形和切削力，从而降低加工质量。

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，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。

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(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(Polycrystauinediamond，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。

数控刀具材料的选用原则1．切削刀具材料与加工对象的力学性能匹配切削刀具与加工对象的力学性能匹配问题主要是指刀具与工件材料的强度、韧性和硬度等力学性能参数要相匹配。

具有不同力学性能的刀具材料所适合加工的工件材料有所不同。

① 刀具材料硬度顺序为：石刀具>立方氮化硼刀具>陶瓷刀具>硬质合金>高速钢。

② 刀具材料的抗弯强度顺序为：高速钢>硬质合金>陶瓷刀具>石和立方氮化硼刀具。

③ 刀具材料的韧度大小顺序为：高速钢>硬质合金>立方氮化硼、石和陶瓷刀具。

高硬度的工件材料，必须用更高硬度的刀具来加工，刀具破损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，其耐磨性就越好。

具有优良高温力学性能的刀具尤其适合于高速切削加工。

陶瓷刀具优良的高温性能使其能够以高的速度进行切削，允许的切削速度可比硬质合金提高2～10倍。

2．切削刀具材料与加工对象的物理性能匹配具有不同物理性能的刀具，如，高导热和低熔点的高速钢刀具、高熔点和低热胀的陶瓷刀具、高导热和低热胀的石刀具等，所适合加工的工件材料有所不同。

加工导热性差的工件时，应采用导热较好的刀具材料，以使切削热得以迅速传出而降低切削温度。

① 各种刀具材料的耐热温度：石刀具为700～8000C、PCBN刀具为13000～15000C、陶瓷刀具为1100～12000C、TiC(N)基硬质合金为900～11000C、WC基超细晶粒硬质合金为800～9000C、HSS为600～7000C。

② 各种刀具材料的导热系数顺序：PCD>PCBN>WC基硬质合金>TiC(N)基硬质合金>HSS>Si3N4基陶瓷>A1203基陶瓷。

③ 各种刀具材料的热胀系数大小顺序为：HSS>WC基硬质合金>TiC(N)> A1203基陶瓷>PCBN>Si3N4基陶瓷>PCD。

车床常用的刀具材料及其用途车床常用的刀具材料及其用途车床车刀切削部分在切削过程中连续经受强烈的摩擦，切削温度很高，并同时承受很大的切削力及冲击力，所以作为车刀切削部分的材料必须真备良好的切削性能，要具有硬度高（冷硬性）、耐磨性好、耐高温（红硬性），并具有足够的强度和韧性。

(1）高速钢高速钢是一种含有钨（W）、铬（Cr)、钒（V）、钼（Mo）等合金元素的高合金工其钢。

高速钢刀具制造简单，刃磨方便，切削刃锋利，而且韧性较好，能承受较大的冲击万，因此常用子加工一些冲击性较犬、形状不规则的工件。

高速钢也常作为精加工车刀(如宽刃天进给的车刀、梯形螺纹精车力等）以及成型车力的材料。

但高速钢的耐热性较差（600~660℃），因此不能用子高速切削。

常见的普通高速钢有两种，钨系高速钢典型牌号为W18Cr4V和钨钼系高速钢典型牌号为W6Mo5Cr4V2。

(2）硬质合金硬质合金是高硬度、难熔的金属化合物粉末，加钴（Co）、钼(Mo）等作为黏结剂烧结而成的粉末冶金制品。

硬质合金能耐高温，即使在100o℃左右仍能保持良好的切削性能，耐磨性也很好，常温下硬度很高，而且具有一定的使用强度，是目前我国应用泛的刀具材料之一。

硬质合金按其成分不同，可分为钨钴类、钨钛钴类、钨但钴类和钨钛但钴类。

①钨钴类硬质合金:它的以YG表示。

这类硬质合金的韧性较好，硬度和耐热性较低，因此适合于加工铸铁、青铜等脆性材料或冲击性较大的工件。

钨钴类硬质合金按不同的含钴量，分为YG3、YG6、YG8等多种牌号。

YG8适合于粗加工，YG6适谷子半精加工，YG3适合于精加工。

②钨钛钴类硬质合金:它的以YT表示。

这类硬质合金的耐磨性较好，能承受较高的切削温度，所以适合于加工碳钢、合金钢等塑性金属或其他韧性较大的塑性材料。

因为它性脆，不耐冲击，所以不宜加工脆性材料。

钨钛钴类硬质合金按不同的含碳化钛量，分为YT5、YT15、YT3o等几种牌号。

YT5适合子粗加工，YT15适合于半精加工和精加工，YT3o适合于精加工。

车床刀具材料车床刀具是车床加工中的重要工具，选择合适的刀具材料对于提高加工效率和产品质量至关重要。

刀具材料的选择直接影响着车床加工的精度、表面质量和寿命。

因此，我们需要对车床刀具材料有一个清晰的认识，以便在实际加工中做出正确的选择。

首先，我们来看一下常见的车床刀具材料有哪些。

目前，常用的车床刀具材料主要包括高速钢、硬质合金、陶瓷和超硬材料等。

每种材料都有其特定的适用场景和加工特点，下面将分别介绍它们的特点和应用。

高速钢是一种普遍使用的车床刀具材料，它具有良好的综合机械性能和热硬化性能，适用于一般的车削加工。

高速钢刀具切削速度高，切削温度较低，适用于加工一般硬度的金属材料，如碳钢、合金钢等。

但是，对于硬度较高的材料，高速钢刀具的耐磨性和耐热性就显得不足了。

硬质合金是一种硬度高、耐磨性好的刀具材料，适用于加工硬度较高的材料，如不锈钢、铸铁等。

硬质合金刀具的切削速度较低，但是具有较好的耐磨性和刚性，适合进行高速切削和重载切削。

陶瓷刀具具有优异的耐磨性和耐高温性能，适用于高速切削和精密加工。

陶瓷刀具的切削速度高，但是比较脆，不适合进行重载切削和不稳定的切削工况。

超硬材料，如金刚石、立方氮化硼等，具有极高的硬度和耐磨性，适用于加工硬度极高的材料，如高硬度合金、玻璃、陶瓷等。

超硬材料刀具的切削速度极高，但是价格昂贵，一般用于特殊加工场合。

在选择车床刀具材料时，需要根据加工材料的硬度、切削条件、加工精度等因素进行综合考虑。

同时，还需要考虑到刀具的成本和加工效率，以达到经济合理和技术先进的目的。

总的来说，车床刀具材料的选择应根据具体的加工需求来确定，不同的材料适用于不同的加工场景。

在实际应用中，我们需要根据加工材料的特性和加工要求，选择合适的刀具材料，以提高加工效率和产品质量。

希望本文对大家在车床刀具材料选择上有所帮助。

刀具及切削参数选择在进行切削加工时，刀具及切削参数的选择是非常重要的。

刀具的选择取决于工件的材料、加工方式和所需的加工质量，而切削参数的选择则直接影响到切削效率、加工质量和工具寿命。

下面将详细介绍刀具及切削参数的选择要点。

首先，刀具的选择应根据工件的材料来确定。

不同材料的硬度、耐磨性和塑性等性质会对刀具的选择产生影响。

常用的刀具材料有高速钢、硬质合金和陶瓷等。

高速钢刀具适用于切削低硬度的材料，如铸铁、铝等。

硬质合金刀具具有较好的耐磨性和硬度，适用于切削高硬度材料，如钢和钛合金等。

陶瓷刀具具有良好的高温硬度和耐磨性，适用于切削高硬度和高温材料。

其次，根据加工方式来选择刀具的类型。

常见的刀具类型有立铣刀、立铣刀、钻头、螺纹刀和车刀等。

立铣刀适用于平面和立面的铣削加工。

立铣刀适用于开槽和切割加工。

钻头适用于孔加工。

螺纹刀适用于螺纹加工。

车刀适用于车削加工。

再次，切削参数的选择要考虑切削效率、加工质量和刀具寿命的平衡。

常见的切削参数有切削速度、进给速度和切削深度等。

切削速度是刀具切削的线速度，影响切削热的产生和刀具寿命。

一般来说，当工件材料硬度较高时，切削速度应适当降低。

进给速度是工件在单位时间内移动的距离，影响切削力和加工质量。

一般来说，较高的进给速度可以提高切削效率，但过高的进给速度会增加切削力和工具磨损。

切削深度是刀具在每次切割时进入工件的距离，影响切削力和切削热的产生。

较大的切削深度可以提高切削效率，但会增加切削力和工具磨损。

此外，还应考虑冷却润滑剂的选择和使用。

合适的冷却润滑剂可以降低切削热的产生，减小工具磨损，提高加工质量。

综上所述，刀具及切削参数的选择需要考虑工件材料、加工方式和所需加工质量。

合理选择刀具类型和切削参数可以提高切削效率、加工质量和工具寿命。

在实际应用中，还需要根据具体情况进行调整和优化。

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。