金属切削过程及其控制

切削 速度
同YT15 进给 量
碳素钢、合金钢的粗加工，也可以用于断续切削
硬度 抗弯 高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、
YW2 、 强度 有色金属及其合金的半精加工和精加工
耐磨 、
YW1
性、 切削
韧性 、
高温合金、高锰钢、不锈钢等难加工材料及普通钢料、铸铁、
进给 有色金属及其合金的粗加工和半精加工
TiC含量↑→耐磨性↑ 抗弯强度↓ 、韧性↓。
用途：高速切削结构钢和合金钢等塑性材料。
➢常用硬质合金的牌号及其应用范围
牌号
应用范围
YT30 YT15
硬度 、
耐磨 性、
抗弯 强度 、 韧性
碳素钢、合金钢的精加工
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 YT5
6）良好的工艺性和经济性
刀具材料应具有好的锻造性能、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。
切削速度（m/min）
2000 1000
500
200 100
50 碳素工具钢
20
聚晶金刚石 （PCD） 陶瓷
TiAlN涂层 硬质合金 涂层硬质合金
WC-TiC系硬质合金
WC系硬质合金
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5
2.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,陶瓷的5～6倍）；
2）韧性高（比硬质合金高几十倍）；
3）具有一定的硬度（HRC63～70），且有较好的耐 磨性；
4）且有较好的耐热性（500℃～600℃）；
5）可加工性好，热处理变形较小。
韧性 普通铸铁、冷硬铸铁、高温合金的连续切削时的精加工、间断切 、 削时的半精加工
进给 铸铁、有色金属及其合金的半精加工和粗加工 量
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
②钨钛钴类硬质合金 P（ YT ）类（WC＋TiC
＋Co）
牌号： YT5、YT14、YT15、YT30 特点：耐磨性、耐热性好，强度、韧性较差。
➢适合在钻头、丝锥、成形铣刀和切齿刀具上 应用。
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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
广泛用于制造加工一般钢材和铸铁的钻头、 铰、铣刀、拉刀、丝锥、齿轮刀具等整体刀 具。切削速度低。
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，用于加工奥氏体不锈 钢、高温合金、钛合金。
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（3）金刚石烧结体
在硬质合金基体上烧结一层约0.5mm厚的聚晶金 刚石。
➢特点：强度较好，能进行断续切削，可多次刃磨。
主要用于有色金属的高速精细切削。
金刚石不是碳的稳定状态，遇热易氧化和石墨化， 用金刚石刀具进行切削时须对切削区进行强制冷却。
金刚石刀具不宜加工铁族元素，因为金刚石中的碳 原子和铁族元素的亲和力强，刀具寿命低。
粉末冶金高速钢 适用于制造精密刀具、大 尺寸(滚刀、插齿刀)刀具、复杂成形刀具、拉刀 等。
牌号
W18Cr4V2 W6Mo5Cr4V2 W6Mo5Cr4VCo8 W6Mo5Cr4V2Al
（表3—2）常用高速钢的力学性能
常温硬 度/HRC
抗弯强 度/GPa
冲击韧 性/ MJ/ m2
63~66 63~66 66~68 67~69
陶瓷 基
Si3N4
√
√
基
金刚石
超硬 材料
立方氮 化硼
√
√
√
√
√
√
√
应当指出，加工一般材料大量使用 的仍是普通高速钢及硬质合金，只有在 加工难加工材料时，才考虑选用新牌号 合金或高性能高速钢，在加工高硬度材 料或精密加工时，才考虑选用超硬材料。
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刀具材料
常用刀具材料可切削的主要工件材料
结构钢 合金钢 铸铁
镍基高
铜铝等
淬硬钢 冷硬铸 温合金 钛合金 有色合 非金属
铁
钢
金
高速钢
√
√
√
√
√
√
√
硬
K类
√
质 合
(YG) P类 (YT)
√
√
金 M类
√
√
√
(YW)
涂层硬质合金 √
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
Ti(N) 基硬质 √
√
√
合金
√
√
√
√
Al2O3
牌号： YN05、YN10 特点：高硬度、高耐磨性、高耐热性和抗氧化性，
但强度和韧性降低。
用途：高速精加工钢材。
4. 涂层刀具材料
在韧牲较好的刀具基体上，涂覆一层 耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材 料的耐磨性，又不降低其韧性。
涂层方法：化学气相沉积法（CVD法，1000℃）和
物理气相沉积法（PVD法，500℃）。
1） 高的硬度
常温硬度HRC60以上。刀具硬度＞工件的硬度
2）高的耐磨性 → 保证刀具的尺寸精度↑
3）足够的强度与韧性
能承受切削力、冲击和振动，防止刀具脆性断裂和 崩刀。
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4）高的耐热性（热稳定性）
在高温下保持： 硬度、耐磨性、强度、韧性、化学稳定性。
5）良好的热物理性能和耐热冲击性能
刀具材料的导热性要好，不会因受到大的热冲击，产 生刀具内部裂纹而导致刀具断裂。
聚晶立方 氮化硼
（PCBN） DLC涂层 硬质合金
TiC-TiN金属陶瓷
高速钢
合金工具钢
10
1800
1850
1900
1950
2000 年代
刀具材料的发展与切削加工高速化的关系
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4
常用刀具材料
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） 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。
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用途： 适用于高速精细加工硬材料，新型的陶瓷刀具也 能半精、粗加工多种难加工材料。
与传统硬质合金相比，有下列优点：
①可加工硬度高达65HRC的高硬度难加工； ②可进行扒荒粗车及铣、刨等大冲击间断切削； ③刀具寿命可提高几倍至几十倍； ④切削效率提高3～10倍，可实现以车铣代磨。
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主要用于非铁材料及非金属的精密加工。 ➢特点：单晶金刚石结晶界面有一定的方向，不同晶面上硬度 与耐磨性有较大的差异，刃磨时须注意选择刃磨平面。 （2）人造聚晶金刚石 （PCD） 人造金刚石是通过合金触媒的作用，在高温高压下由石墨转化 而成。 ➢特点：人造聚晶金刚石抗冲击强度高，可选用较大的切削用 量。结晶面无固定方向，可自由刃磨。
3~3.4 3.5~4 3.0 2.9~3.9
0.18~0.32 0.3~0.4 0.3 0.23~0.3
高温硬度
/HRC
500 °C
600 °C
56 55~56 --60
48.5
47~48
54 55
涂层高速钢。是采用物理气相沉积（PVD）
方法，刀具表面生成TiN，其厚度一般为2～ 8m。 ➢特点：切削力、切削温度约下降25%，切削 速度、进给量和刀具寿命显著提高。
２）高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其它难加工
材料的高速切削。
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聚晶立方氮化硼 (PCBN)
聚晶立方氮化硼(PCBN)是由CBN作为主要成分 与结合剂在高温高压下烧结而成的聚晶体，结合 剂主要有金属型(以CO、Ni为代表)或陶瓷型(以 TiC、TiN、Al2O3为代表)。
特点：
1. 具有较高的硬度和耐磨性
Co含量↑→抗弯强度↑、韧性↑、耐磨性↓。
用途：加工铸铁和有色金属等脆性材料。
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➢常用硬质合金的牌号及其应用范围
牌号
应用范围
YG3X 硬度 、
YG3 耐磨 性、
YG6X 切削 速度
YG6
YG8
抗弯 铸铁、有色金属及其合金和合金淬火钢高速精加工 强度 、 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
高硬度（HRA89～93相当于HRC 74～82）;
高耐磨性，高耐热性（850～1000℃），切削速度 可达100～300m/min;
抗弯强度低和抗冲击振动性能差，很少用于制造 整体刀具。
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分类
①钨钴类硬质合金 K（ YG ）类（WC＋Co） 牌号：YG8、YG6、YG6X 、YG3、YG3X 特点： 强度、韧性好，耐磨性、耐热性稍差。
速度 量
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③钨钛钽（铌）类硬质合金 M （ YW ）类（WC＋
TiC＋TaC（碳化钽）（NbC（碳化铌））＋Co）
牌号： YW1 (M10)、YW2 (M20)
特点：强度、韧性↑，耐热性↑，耐磨性↑。
用途：即可加工铸铁和有色金属，又可加工钢材及高
温合金和不锈钢等难加工材料。
④镍钼钛类硬质合金YN类（TiC＋Ni＋Mo）
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➢ 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）。
➢分类
按用途可分为： 通用高速钢和高性能高速钢。
按制造工艺可分为: 熔炼高速钢、粉末冶金高速 钢和表面涂层高速钢。
通用型高速钢（含碳量0.7～0.9%，62～66 HRC） ✓钨系高速钢 W18Cr4V