第一篇：刀具材料的現(xiàn)狀

刀具材料的現(xiàn)狀與運(yùn)用

俗話說(shuō)好鋼用在刀刃上，由此可以看出材料對(duì)刀具有著重要的影響，20世紀(jì)刀具材料大發(fā)展歷史時(shí)期——各種難加工材料出現(xiàn)和應(yīng)用，先進(jìn)制造系統(tǒng)、高速切削、超精密加工、綠色制造發(fā)展和付諸實(shí)現(xiàn)，對(duì)刀具提出了全新要求，令刀具品種、類型、數(shù)量和性能均比過(guò)去有了長(zhǎng)足發(fā)展。刀具材料與工件雙方交替發(fā)展和相互促進(jìn)，成為切削技術(shù)不斷向前發(fā)展的歷史規(guī)律。在未來(lái)，刀具材料必將面臨工件材料性能提高、加工批量加大和制造精度提升的更嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。材料科學(xué)的進(jìn)步，推動(dòng)了刀具材料的發(fā)展；而刀具材料的發(fā)展，應(yīng)考慮原材料資源的制約。新品種的出現(xiàn)，新舊品種各自所占比重的變化以及它們之間相互競(jìng)爭(zhēng)和相互補(bǔ)充的格局，將成為未來(lái)刀具材料發(fā)展的新特點(diǎn)。下面就談?wù)劕F(xiàn)代新型材料及其應(yīng)用 一 高速鋼

在現(xiàn)代切削加工中，高速鋼的性能已不夠先進(jìn)，但因其穩(wěn)定性好，能接受成形加工，目前在刀具材料總消耗量中高速鋼刀具仍占到40%。傳統(tǒng)的普通高速鋼以鎢系的Wl8Cr4V和鎢鉬系的W6Mo5Cr4V2為代表。所有的高速鋼中，鉻含量均保持在3.5%～4.5%，它是增大高速鋼淬透性的主要元素。而如若釩含量分類增加，鋼的耐磨性將隨之提高，但會(huì)使刀具接受刃磨困難，且脆性增加。鋁元素在鋼中能生成AL2O3、AlN；且起釘扎作用，阻止位錯(cuò)，從而提高了材料的硬度和強(qiáng)度。

加入鈷元素后，可形成超硬高速鋼，鈷不形成碳化物，但能提高淬火溫度，增強(qiáng)二次硬化效果，提高高溫硬度。中國(guó)缺鈷資源，鈷價(jià)昂貴，因而研制了無(wú)鈷或少鈷的超硬高速鋼——它們的性能都能達(dá)到M42的水平?？梢哉f(shuō)，中國(guó)在發(fā)展無(wú)鈷、少鈷超硬高速鋼方面，做出了很大貢獻(xiàn)。值得一提的是，用粉末冶金方法制造高速鋼，可減少有害雜質(zhì)，有利于消除碳化物偏析，提高鋼的硬度和韌性。粉末高速鋼的切能性能優(yōu)于熔煉高速鋼，國(guó)內(nèi)也掌握這方面的技術(shù)。今后，中國(guó)應(yīng)發(fā)展和使用性能優(yōu)良的鎢鉬系或鉬鎢系高速鋼，少用鎢系高速鋼以節(jié)約W；發(fā)展和使用無(wú)鈷和少鈷超硬（高性能）高速鋼，盡量不用高鈷高速鋼（如M42，HSP-15）。中國(guó)已大量使用涂層高速鋼刀具，亦已掌握涂層工藝，但粉末合金高速鋼刀具尚屬空白。在工業(yè)先進(jìn)國(guó)家，粉末冶金高速鋼刀具已占高速鋼總量的10%，因其性能優(yōu)越，可有效提高刀具壽命和設(shè)備利用率，所以盡管這種刀具的價(jià)格較貴，仍能在總體上降低加工成本。近年，國(guó)內(nèi)個(gè)別鋼廠和工具廠已能制造粉末冶金高速鋼，如能保證質(zhì)量且性能穩(wěn)定，應(yīng)推薦機(jī)械制造廠采用。筆者認(rèn)為，中國(guó)應(yīng)大力研制粉末冶金高速鋼。二 硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金是碳化物（WC、TIC等）的粉末冶金制品，新型硬質(zhì)合金有下列6種。①添加TaC和NbC的硬質(zhì)合金：添加后能有效地提高常溫硬度、高溫強(qiáng)度和高溫硬度，細(xì)化晶粒，提高抗擴(kuò)散和抗氧化的能力。此外，還能增強(qiáng)抗塑性變形的能力。

②細(xì)晶粒和超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金：晶粒細(xì)化后可提高合金的硬度和耐磨性，適當(dāng)增加鈷含量后還可提高抗彎強(qiáng)度。普通刀具牌號(hào)和合金平均晶粒尺寸為2～3mm，細(xì)晶粒合金為1～2mm，亞微細(xì)晶粒合金為0.5～1mm，超細(xì)晶粒合金為0.5mm以下。我國(guó)硬質(zhì)合金刀具已達(dá)細(xì)晶粒和亞微細(xì)晶粒的水平。

③TiC基和Ti（C，N）基硬質(zhì)合金金屬陶瓷：在YT，YG，YW合金中，WC是主要成分，并以Co為黏結(jié)劑；TiC基合金則以TiC為主要成分，不含或少含WC，以Ni-Mo作黏結(jié)劑。

④添加稀土元素的硬質(zhì)合金：添加少量稀土元素，可有效提高合金的韌性和抗彎強(qiáng)度，耐磨性亦有一定提高。這類合金最適于粗加工刀具牌號(hào)，亦可用于半精加工牌號(hào)；在礦山工具、頂錘、拉絲模用硬質(zhì)合金中亦有廣闊發(fā)展前景。我國(guó)稀土元素資源豐富，在硬質(zhì)合金中添加稀土的研究有所領(lǐng)先。P，M，K類合金都已研制出添加稀土的牌號(hào)。

⑤表面涂層硬質(zhì)合金：涂層硬質(zhì)合金的表面硬度和耐磨性完全反映TiC等涂層材料自身的性能，故可提高刀具壽命和加工效率，降低切削力，提高已加工表面質(zhì)量。近20年來(lái)，涂層硬質(zhì)合金刀具有了很大發(fā)展，在工業(yè)先進(jìn)國(guó)家已在可轉(zhuǎn)位刀具中占50%～60%以上。

⑥梯度硬質(zhì)合金：這是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新品種，各層成分可根據(jù)需要加以調(diào)節(jié)。綜述可知，各種硬質(zhì)合金全都在提高水平，擴(kuò)大其使用范圍。在21世紀(jì)中，硬質(zhì)合金刀具材料將重點(diǎn)在兩方面發(fā)展：一是細(xì)化晶粒，提高韌性與抗彎強(qiáng)度，從而擴(kuò)大應(yīng)用，進(jìn)一步代替高速鋼刀具。將晶粒尺寸達(dá)到納米級(jí)，抗彎強(qiáng)度可達(dá)到2.5～3.0GPa以上。二是發(fā)展金屬陶瓷，用TiC和Ti（C，N）代替WC，以節(jié)約W資源；用Ni和Mo代替Co，節(jié)約Co資源?，F(xiàn)在的問(wèn)題是，金屬陶瓷的韌性尚遜于WC基硬質(zhì)合金，在這方面要加強(qiáng)研究，爭(zhēng)取突破。三 陶瓷

陶瓷刀具材料分為3類：氧化鋁基陶瓷；氮化硅基陶瓷；復(fù)合氮化硅——氧化鋁陶瓷。陶瓷的高溫性能優(yōu)于硬質(zhì)合金，故適用于高速切削。Al2O3基和Si3N4基復(fù)合陶瓷都適合切削淬硬鋼、高硬鑄鐵及一般鑄鐵；Al2O3基復(fù)合陶瓷亦能有效地切削未淬硬鋼料，而Si3N4基陶瓷切削一般鋼材時(shí)磨損迅速。

陶瓷的硬度稍高于硬質(zhì)合金，但其脆性很大，韌性不足，可加工性很差，故應(yīng)用受到限制。今后的發(fā)展方向在于增韌，用細(xì)化原料的粒度，添加ZrO2、TiB2或SiC晶須等方法，可在一定程度上提高陶瓷材料的韌性。四 超硬刀具材料

超硬材料是指金剛石和立方氮化硼（CBN），它們的硬度比其他刀具材料高出好幾倍。金剛石是自然界中最硬的物質(zhì)，CBN的硬度僅次于金剛石。近年來(lái)，超硬刀具材料發(fā)展迅速。

金剛石刀具材料分為5類：天然金剛石（ND）；人造聚晶金剛石（PCD）和人造單晶金剛石；人造聚晶金剛石復(fù)合片（PCD/CC）；金剛石薄膜涂層刀具（CD）；金剛石厚膜刀具（FCD）。ND的結(jié)晶各向異性，在進(jìn)行刀磨的使用時(shí)必須選擇適宜的方向。人造金剛石各向同性，其硬度低于ND，但強(qiáng)度與韌性高于ND。

金剛石刀具能夠有效地加工非鐵金屬材料和非金屬材料，如銅、鎢等有色金屬及其合金、陶瓷、硬質(zhì)合金、各種纖維和顆粒加強(qiáng)復(fù)合材料、塑料、橡膠、石墨、玻璃和木材等，但金剛石忌切鋼鐵及其他鐵族金屬。

TFD綜合性能很好，兼有天然金剛石和人造聚晶金剛石的優(yōu)點(diǎn)，與基底結(jié)合牢固，便于

多次重磨，故有良好應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。CBN的制造方法與PCD或PCD/CC相似。以六方氮化硼為原料，經(jīng)高溫高壓制成聚晶CBN或復(fù)合片CBN/CC。CBN主要用于加工淬硬鋼、高硬鑄鐵及其他硬金屬與非金屬材料。

可以預(yù)見(jiàn)，金剛石刀具在21世紀(jì)將有大發(fā)展，它除了不能加工鋼鐵和鐵族金屬以外，在非鐵金屬和非金屬材料的加工方面，有非常優(yōu)越的應(yīng)用價(jià)值。如汽車工業(yè)中的鋁硅活塞和航空航天工業(yè)中的有色金屬精密零件的加工都離不開(kāi)金剛石刀具。筆者認(rèn)為，今后人造單晶金則石刀具和CD、TFD金剛石鍍膜（涂層）刀具將有較大發(fā)展。

近年，CBN的制造工有了改進(jìn)，成本有所降低；同時(shí)，通過(guò)改硬質(zhì)相和黏結(jié)相的配比和黏結(jié)材料的種，使其韌性顯著提高。近年，在汽剎轂（灰鑄）和冶金工輥（淬硬和高硬）的加工，得到了廣泛應(yīng)用。我相信，CBN刀具將有大發(fā)展，到21世紀(jì)末，可能將替代相當(dāng)數(shù)量的硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具，成為應(yīng)用最廣的刀具材料之一。從技術(shù)角度說(shuō)，CBN應(yīng)改進(jìn)在加工一般硬度和中硬材時(shí)效果不顯著的缺陷。

近年來(lái)還出現(xiàn)了一種嶄新的超硬刀具材料。用磁控濺射法在高速或硬質(zhì)合金刀具上可沉積氮化碳（CxNy）薄膜，根據(jù)體彈模量計(jì)算，它能達(dá)到甚至超過(guò)金剛石的硬度。其他性能也與金剛石十分相似。在高速刀具（如麻花鉆）上涂覆這種薄膜來(lái)加工鋼件，刀具命比涂前可提高8～10倍。在硬質(zhì)合金刀片涂覆亦有一定的效果，但不如高速刀具顯著。因此，CxNy涂層刀具也是未來(lái)刀具的重要展方向。

現(xiàn)在，高速鋼和硬質(zhì)合金仍用得最多兩種刀具材料，但硬質(zhì)合金占比已擴(kuò)大到60％?？梢钥吹剑?jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)“攻城掠地”，硬質(zhì)合金竟然占領(lǐng)了如此廣闊陣地，應(yīng)該也當(dāng)初人們始料不及。但它仍不能滿足現(xiàn)代高硬度工件材料超精密加工要求，于在20世紀(jì)30年代出現(xiàn)了氧化鋁陶瓷，后來(lái)又有氮化硅陶瓷。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剛石，它們硬度明顯高于其它刀具材料。陶瓷硬度稍高于硬質(zhì)合金，但其韌性和可加工性則又遜于硬質(zhì)合金。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳岳坤主編 金屬切削原理與刀具 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1978 [2] 楊叔子主編 機(jī)械加工工藝 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2003 [3] 汪定偉等，敏捷制造的EPR及其決策化[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003． [4]《機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程》2001年第30卷第1期

[5] 《刀具制造工藝基礎(chǔ)》傅水根主編，清華大學(xué)出版社出版，03年第1次印刷

第二篇：先進(jìn)刀具技術(shù)現(xiàn)狀分析及發(fā)展趨勢(shì)

先進(jìn)刀具技術(shù)現(xiàn)狀分析及發(fā)展趨勢(shì)

鋼市低迷不改 鋼鐵原材料市場(chǎng)延續(xù)弱勢(shì)1-8月份桐廬蜂產(chǎn)品原料抽檢合格率100%為戶外而生 耳神探險(xiǎn)者ER151幾大優(yōu)勢(shì)遼寧山推開(kāi)展道路機(jī)械產(chǎn)品專項(xiàng)培訓(xùn)(圖)十二五天津節(jié)能減排綜合工作實(shí)施方案解析濰柴控股集團(tuán)動(dòng)能公司進(jìn)入“高考月”進(jìn)口葡萄酒：超越價(jià)格與跟風(fēng)的競(jìng)爭(zhēng)贏創(chuàng)決定將美白炭黑產(chǎn)能提至2.2萬(wàn)噸廣東LED出口遭“圍剿”2月19日綏芬河開(kāi)元經(jīng)貿(mào)氯化鉀行情動(dòng)態(tài)新能源車將減免購(gòu)置稅 政府補(bǔ)貼改為直減2012中國(guó)水性木器涂料現(xiàn)場(chǎng)涂裝大賽結(jié)果揭曉外國(guó)朋友考察福鼎茶業(yè)生產(chǎn)先進(jìn)技術(shù)2013匯堅(jiān)國(guó)際·太湖國(guó)際裝備制造業(yè)博覽會(huì)周五開(kāi)幕7月16日湖北天舜化工磷酸一銨產(chǎn)銷動(dòng)態(tài)央視新址修幕墻大換裝8月21日鋁業(yè)市場(chǎng)新聞簡(jiǎn)要寧波市智慧物流專項(xiàng)扶持政策出臺(tái)

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著制造技術(shù)的全球化趨勢(shì)，制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈。在由機(jī)床、刀具、夾具和工件組成的切削加工工藝系統(tǒng)中，刀具是最活躍的因素。因此在高速加工技術(shù)廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)的今天，高性能刀具越來(lái)越受到重視并大量取代傳統(tǒng)刀具。雖然高性能刀具與傳統(tǒng)刀具相比價(jià)格昂貴，甚至是傳統(tǒng)刀具的10倍，但是使用高性能刀具仍然可以有效地降低生產(chǎn)成本[1]。

刀具材料、幾何參數(shù)及其結(jié)構(gòu)是高性能刀具設(shè)計(jì)制造最重要的關(guān)鍵技術(shù)。目前，先進(jìn)刀具發(fā)展迅速，各種專用高性能刀具不斷推陳出新。在刀具材料方面，超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金刀具和超硬材料刀具獲得了廣泛運(yùn)用；在涂層方面，多層梯度復(fù)合涂層和高強(qiáng)度耐熱納米涂層也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，并在航空航天、汽車船舶等領(lǐng)域得到應(yīng)用；在刀具結(jié)構(gòu)方面，將朝可轉(zhuǎn)位、多功能、專用復(fù)合刀具和模塊式方向發(fā)展。

刀具材料的最新進(jìn)展

近年來(lái)，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都在致力于開(kāi)發(fā)與高速、高效、高質(zhì)切削加工相匹配的先進(jìn)切削刀具材料[2]。刀具材料對(duì)刀具壽命、加工效率、加工質(zhì)量和加工成本等影響很大。刀具切削時(shí)要承受高壓、高溫、摩擦、沖擊和振動(dòng)等作用，因此刀具材料必須具備如下一些基本性能：硬度高，即刀具材料的硬度必須高于被加工材料；高的強(qiáng)度和韌性，刀具切削部分的材料在切削時(shí)要受到很大的切削力和沖擊力，因此刀具材料必須要有足夠的強(qiáng)度和韌性；耐磨性和耐熱性好，一般來(lái)說(shuō)，刀具材料硬度越高，耐磨性也就越好，同時(shí)刀具的耐磨性和耐熱性有著密切的關(guān)系；導(dǎo)熱性好，導(dǎo)熱性越好，就能降低切削部分的溫度，從而減輕刀具磨損；工藝性和經(jīng)濟(jì)性好[3-5]。

(1)新型高速鋼。

高速鋼(HSS)是加入了W、Mo、Cr、V等合金元素的高合金工具鋼。雖然目前可供使用的刀具材料品種較多，但由于高速鋼在強(qiáng)度、韌性、熱硬性、工藝性，特別是鋒利性(刀尖半徑可達(dá)12~15μm)等方面具有優(yōu)良的綜合性能，因此在切削某些難加工材料以及在復(fù)雜刀具(尤其是切齒刀具、拉刀和立銑刀等)制造中仍占有較大比重[6]。

(2)新型細(xì)晶粒和超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金。

硬質(zhì)合金是高硬度、難熔的金屬化合物(主要是WC，TiC等，又稱為高溫碳化物)微米級(jí)的粉末，用鈷或鎳等金屬做粘結(jié)劑燒結(jié)成的粉末冶金制品。硬質(zhì)合金是當(dāng)前切削領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的切削刀具材料，切削效率大約為高速鋼的5~10倍。全世界硬質(zhì)合金的產(chǎn)量增長(zhǎng)極快，新材料、新牌號(hào)的硬質(zhì)合金刀具不斷出現(xiàn)，在全部刀具中的比重越來(lái)越大。但其工藝性差，用于復(fù)雜刀具尚受到很大的限制。

細(xì)晶粒(1～0.5μm)和超細(xì)晶粒(小于0.5μm)硬質(zhì)合金材料及整體硬質(zhì)合金刀具的開(kāi)發(fā)，使硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度大大提高，可替代高速鋼用于制造小規(guī)模鉆頭、立銑刀、絲錐等量大面廣的通用刀具，其切削速度和刀具壽命遠(yuǎn)超過(guò)高速鋼。整體硬質(zhì)合金刀具的使用可使原來(lái)采用高速鋼的大部分應(yīng)用領(lǐng)域的切削效率顯著提高。為提高硬質(zhì)合金的韌性，通常采取增加Co含量的方法，由此引起的硬度降低現(xiàn)在可通過(guò)細(xì)化晶粒得到補(bǔ)償，并可使硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度提高到4.3GPa，已達(dá)到并超過(guò)普通高速鋼的抗彎強(qiáng)度。細(xì)晶粒硬質(zhì)合金的另一優(yōu)點(diǎn)是刀具刃口鋒利，尤其適合高速切削粘而韌的材料[5]。

(3)超硬刀具。

所謂超硬刀具材料是指人造金剛石和立方氮化硼，以及用這些粉末與結(jié)合劑燒結(jié)而成的聚金剛石和聚晶立方氮化硼。由于超硬刀具具有比硬質(zhì)合金更優(yōu)良的耐磨性，能夠適應(yīng)更高的切削速度，已成為高速切削的主要刀具材料，更為重要的是能夠滿足難加工材料的切削需要。因此超硬刀具材料已經(jīng)在整個(gè)切削加工領(lǐng)域中起到越來(lái)越重要的作用。

金剛石是碳的同素異形體，分為天然金剛石和人造金剛石(PCD)兩種。PCD是在高溫、高壓和催化劑作用下，由石墨轉(zhuǎn)化而成的。金剛石刀具具有極高的硬度和耐磨性，擁有鋒利的切削刃和良好的導(dǎo)熱性能，同時(shí)PCD刀具與有色金屬和非金屬材料間的親和力很小，在加工過(guò)程中不易在刀尖上產(chǎn)生積屑瘤。目前，PCD刀具主要運(yùn)用在以下兩個(gè)方面[2,5]：a.難加工有色金屬及其合金，如用PCD刀具加工硅鋁合金時(shí)，刀具壽命可達(dá)硬質(zhì)合金的50~200倍；b.難加工非金屬材料，PCD刀具非常適合于石材、硬質(zhì)碳、碳纖維增強(qiáng)塑料和人造板材等難加工非金屬材料的加工[6]。因此，可以說(shuō)金剛石刀具是精密加工有色金屬及其合金、陶瓷、玻璃、木材等非金屬材料最佳的刀具。

但是金剛石的熱穩(wěn)定性較低，切削溫度超過(guò)700~800℃時(shí)，就會(huì)完全失去其硬度。另外，金剛石中的碳和鐵具有很強(qiáng)的親和力，在高溫高壓下，鐵原子與碳原子發(fā)生相互作用，導(dǎo)致金剛石石墨化，從而使刀具極容易發(fā)生磨損。因此，金剛石刀具一般不用來(lái)加工鋼鐵等材料。

繼美國(guó)GE公司于1957年首次合成立方氮化硼之后，在高溫高壓條件下將立方氮化硼聚合在硬質(zhì)合金上，得到了復(fù)合結(jié)構(gòu)的立方氮化硼(CBN)刀片。CBN刀具有聚晶燒結(jié)塊和復(fù)合刀片兩種，能在較高切削速度下加工淬硬鋼及鑄鐵，以車代磨，并可高速切削部分高溫合金，加工精度高，表面粗糙度相當(dāng)?shù)?，而且立方氮化硼還適宜加工各種淬硬鋼、Ni基、Fe基及其他一些耐磨、耐蝕的熱噴涂(焊)件材料，釩鈦鑄鐵、冷硬鑄鐵等耐磨類鑄鐵，鈦合金材料等[2]。

(4)陶瓷材料。

陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能及良好的高溫力學(xué)性能，與金屬的親和力小，不易與金屬產(chǎn)生粘結(jié)，并且化學(xué)穩(wěn)定性好。因此，陶瓷刀具可以加工傳統(tǒng)刀具難以加工或根本不能加工的超硬材料。陶瓷刀具有Al2O3基和Si3N4基兩大類，加入各種碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等可改善其性能，還可通過(guò)顆粒、晶須、相變、微裂紋和幾種增韌機(jī)理的協(xié)同作用提高其斷裂韌性[7-9]。

目前，國(guó)產(chǎn)的一些晶須增韌陶瓷、梯度功能陶瓷等產(chǎn)品已達(dá)到國(guó)外同類刀片的性能，有的還優(yōu)于國(guó)外。陶瓷刀具使用的主要原料氧化鋁、氧化硅等在地殼中含量豐富，對(duì)節(jié)省貴重金屬也具有重要的意義。陶瓷刀具主要應(yīng)用于難加工材料的高速加工。國(guó)際上已經(jīng)將陶瓷材料刀具視為進(jìn)一步提高生產(chǎn)率的最有希望的刀具之一[10-11]。

刀具涂層的最新進(jìn)展

在相對(duì)較軟的刀具基體上涂覆一層或多層硬度高、耐磨性好的金屬或非金屬化合物薄膜(如TiAlN、TiC、TiN、Al2O3等)而形成的涂層刀具，是切削刀具發(fā)展的一次革命。涂層刀具與未涂層刀具相比，具有明顯的優(yōu)越性：顯著降低摩擦系數(shù)，改善刀具表面的摩擦學(xué)性能和排屑能力；顯著提高耐磨性和抗沖擊韌性，改善刀具的切削性能，提高加工效率和刀具壽命；提高刀具表面抗氧化性能，使刀具可以承受更高的切削熱，有利于提高切削速度及加工效率，并擴(kuò)大了干切削的應(yīng)用范圍。在先進(jìn)制造業(yè)中，80%以上的硬質(zhì)合金刀具及高性能高速鋼刀具都采用了表面涂層技術(shù)，而CNC機(jī)床上所用的切削刀具90%以上是涂層刀具[2-5]。

刀具涂層技術(shù)自從問(wèn)世以來(lái)，對(duì)刀具技術(shù)的改善和加工技術(shù)起到了越來(lái)越重要的作用，已經(jīng)成為現(xiàn)代刀具的標(biāo)志。涂層刀具是通過(guò)在韌性較好的硬質(zhì)合金基體或高速鋼基體上，涂覆一薄層耐磨性高的難熔金屬化合物而獲得的，使刀具性能發(fā)生了巨大的變化。常用的涂層材料有TiC、TiN、Al2O3等，其中TiC的硬度比TiN高，抗磨損性能更好。對(duì)硬質(zhì)合金，一般采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)，層積溫度為1000℃；而對(duì)高速鋼刀具，一般采用物理氣相沉積法(PVD)，層積溫度在500℃左右[2]。

隨著涂層工藝的日益成熟和不斷發(fā)展，從開(kāi)始的單一涂層，進(jìn)入到開(kāi)發(fā)多元、多層、梯度、納米涂層的新階段。就目前PVD技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，涂層薄膜結(jié)構(gòu)大體可以分為單一涂層、復(fù)合涂層、梯度涂層、多層涂層、納米多層涂層、納米復(fù)合結(jié)構(gòu)涂層[3]。

復(fù)合涂層是由各種不同功能或特性的涂層薄膜組成的結(jié)構(gòu)，也稱為復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)膜，其典型涂層為目前的硬涂層加軟涂層，每層薄膜各具不同的特征，從而使涂層具有更好的綜合性能[12-14]。

梯度涂層是指涂層成分沿著薄膜生長(zhǎng)方向逐步變化，這種變化可以是化合物各元素比例的變化，如TiAlCN中Ti、Al含量的變化，也可以由一種化合物逐漸過(guò)渡到另一種化合物，如CrN逐漸過(guò)渡到CBC碳基涂層[15]。

多層涂層由多種性能各異的薄膜疊加而成，每層膜化學(xué)組成基本恒定。目前在實(shí)際應(yīng)用中多有2種不同膜組成，由于所采用的工藝存在差異，各膜層的尺寸也不盡相同，通常由十幾層薄膜組成，每層薄膜尺寸大于幾十納米，最具代表性的有AlN+TiN、TiAlN+TiN涂層等。與單層涂層相比，多層涂層可有效改善涂層組織狀況，抑制粗大晶粒組織生長(zhǎng)[16]。

納米多層涂層結(jié)構(gòu)與多層涂層類似，只是各層薄膜的尺寸為納米數(shù)量級(jí)，又可稱為超顯微結(jié)構(gòu)。理論研究證實(shí)在納米調(diào)制周期內(nèi)(幾納米至幾十納米)，與傳統(tǒng)的單層膜或普通多層膜相比，此類薄膜具有超硬度、超模量效應(yīng)，其顯微硬度預(yù)計(jì)可以超過(guò)40GPa，并且在相當(dāng)高的溫度下，薄膜仍可保留非常高的硬度。

正因?yàn)橥繉拥毒呒扔杏捕群芨摺⒒瘜W(xué)穩(wěn)定性好、摩擦系數(shù)小的表層，不易產(chǎn)生擴(kuò)散磨損，同時(shí)又有基體的韌性，因而切削力、切削溫度都較低，能夠顯著提高刀具的切削性能。因此,涂層刀具已成為現(xiàn)代切削刀具的主流，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家使用的涂層刀具占可轉(zhuǎn)位刀片的比例已由20世紀(jì)80年代的26%上升到目前的90%，新型數(shù)控機(jī)床所用的刀具中80%左右是涂層刀具。瑞典山特維克可樂(lè)滿和美國(guó)肯納金屬公司的涂層刀片的比例已達(dá)85%以上；美國(guó)數(shù)控機(jī)床上使用的硬質(zhì)合金涂層刀片的比例為80%；瑞典和德國(guó)車削用的涂層刀具都在70%以上[3,15]。我國(guó)涂層刀具起步晚，但進(jìn)步快,其涂層網(wǎng)點(diǎn)遍布全國(guó)。有不少城市都有自己的涂層中心，并承接對(duì)外加工業(yè)務(wù)。我國(guó)從1970年代初就開(kāi)始進(jìn)行CVD涂層技術(shù)研究，80年代中期，我國(guó)的CVD涂層技術(shù)就已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化水平，其工藝水平也達(dá)到國(guó)際水平?？傮w而言，國(guó)內(nèi)CVD涂層技術(shù)水平與國(guó)際水平相差不大。但我國(guó)1980年初才開(kāi)始研究PVD涂層技術(shù)，目前國(guó)外刀具PVD涂層技術(shù)已發(fā)展到第四代，而國(guó)內(nèi)還處于第二代水平，且仍以單層TiN涂層為主[16]。

刀具結(jié)構(gòu)的最新進(jìn)展

當(dāng)前刀具結(jié)構(gòu)的變革正朝著可轉(zhuǎn)位、多功能、專用復(fù)合刀具和模塊式方向發(fā)展，刀具結(jié)構(gòu)不斷創(chuàng)新[5]。

立銑刀采用變螺旋角的設(shè)計(jì)或者刀槽采用不等分的設(shè)計(jì)，能減小精密切削中的振動(dòng)，提高表面質(zhì)量；高速鋼立銑刀的大前角設(shè)計(jì)明顯降低了切削力，改善了排屑，在精密加工中能改善表面的完整性；硬質(zhì)合金刀具的整體化使小直徑刀具的剛度顯著提高，甚至復(fù)雜刀具如齒輪、螺紋刀具等也采用整體硬質(zhì)合金制造；整體硬質(zhì)合金立銑刀采取端齒中一刃過(guò)中心設(shè)計(jì)，使立銑刀功能擴(kuò)大，不用預(yù)鉆孔，在一定深度范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)直接向下切削。

鉆頭的工作條件比較差，而排屑是人們最關(guān)心的問(wèn)題，所以一直在設(shè)法改進(jìn)。群鉆是比較典型的，但是其刃磨比較復(fù)雜；德國(guó)的Guehring公司研制了RT型鉆頭，其拋物線形槽增加了芯厚，加大了槽的面積；采用S型鉆尖的麻花鉆具有很好的定心性，能顯著減小鉆削軸向力，改善排屑斷屑狀況。

復(fù)合刀具淡化了傳統(tǒng)的車、銑、鏜、鉆和螺紋加工等不同切削工藝的界限，能在一次裝夾中對(duì)復(fù)雜零件進(jìn)行多工序的集中加工，以減少換刀次數(shù)，節(jié)省換刀時(shí)間，還可減少刀具的數(shù)量和庫(kù)存量，有利于管理和降低制造成本。較常見(jiàn)復(fù)合刀具有多功能車刀、銑刀，還有鏜銑刀、鉆-銑螺紋-倒角等各種多功能刀具。美國(guó)肯納公司的多功能車刀可完成車外圓、端面和鏜孔等工作。在CIMT2001上,德國(guó)Gun-ther公司展出的車、鉆刀可在實(shí)心材料上鉆平底孔、鏜孔、車端面、車外圓，可將工時(shí)縮短40%。Emuge公司的螺紋銑刀,一次走刀可完成鉆底孔、倒角和銑螺紋工序。日本三菱公司開(kāi)發(fā)的Octacot多功能銑刀可安裝八角形刀片或圓刀片，在加工中心上完成銑平面、溝槽、臺(tái)階、倒角、輪廓加工和斜面等多種加工[2，5，17-18]。

可轉(zhuǎn)位刀具發(fā)展的一個(gè)重要方面是刀片斷屑槽型的開(kāi)發(fā)，山特維克可樂(lè)滿推出的R、M和F等新槽型系列(鋼材粗加工、半精加工和精加工相應(yīng)采用PR、PM和PF槽型；切不銹鋼時(shí)用MR、MM和MF槽型；切鑄件和有色金屬用KR、KM和KF的槽型)以及伊斯卡以“霸王刀”為典型的槽型設(shè)計(jì)都獨(dú)樹(shù)一幟。這些刀片大多是三維曲面槽型，斷屑范圍寬，適應(yīng)性好。

結(jié)束語(yǔ)

隨著制造技術(shù)的全球化，制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈。高速切削作為先進(jìn)制造技術(shù)的一項(xiàng)全新的共性基礎(chǔ)技術(shù)，已經(jīng)成為現(xiàn)代切削加工技術(shù)的重要發(fā)展方向。先進(jìn)刀具在機(jī)械加工中起到了越來(lái)越重要的作用，選擇合理的刀具材料、涂層及幾何參數(shù)將是實(shí)現(xiàn)高效切削加工的關(guān)鍵。因此，刀具作為切削加工工藝系統(tǒng)中最活躍的因素已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)高速切削加工的必要條件。

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刀具最大利潤(rùn)率耐用度的可行性探討

第三篇：刀具試題

《金屬切削原理與刀具》試題（1）

一、填空題（每題2分，共20分）

1．刀具材料的種類很多，常用的金屬材料有

、、；非金屬材料有

、等。

2．刀具的幾何角度中，常用的角度有

、、、、和

六個(gè)。

3．切削用量要素包括

、、三個(gè)。

4．由于工件材料和切削條件的不同，所以切削類型有

、、和

四種。

5．刀具的磨損有正常磨損的非正常磨損兩種。其中正常磨損有

、和

三種。

6．工具鋼刀具切削溫度超過(guò)

時(shí)，金相組織發(fā)生變化，硬度明顯下降，失去切削能力而使刀具磨損稱為。

7．加工脆性材料時(shí)，刀具切削力集中在 附近，宜取

和。

8．刀具切削部分材料的性能，必須具有

、、和。

9．防止積削瘤形成，切削速度可采用 或。

10．寫(xiě)出下列材料的常用牌號(hào)：碳素工具鋼、、；合金工具鋼

、；高速工具鋼

、。

二、判斷題：（在題末括號(hào)內(nèi)作記號(hào)：“√”表示對(duì)，“×”表示錯(cuò)）（每題1分，共20分）

1．鎢鈷類硬質(zhì)合金（YG）因其韌性、磨削性能和導(dǎo)熱性好，主要用于加工脆性材料，有色金屬及非金屬。

2．刀具壽命的長(zhǎng)短、切削效率的高低與刀具材料切削性能的優(yōu)劣有關(guān)。3．安裝在刀架上的外圓車刀切削刃高于工件中心時(shí)，使切削時(shí)的前角增大，后角減小。4．刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)VB表中，高速鋼刀具的VB值均大于硬質(zhì)合金刀具的VB值，所以高速鋼刀具是耐磨損的。5．刀具幾何參數(shù)、刀具材料和刀具結(jié)構(gòu)是研究金屬切削刀具的三項(xiàng)基本

容。）

6．由于硬質(zhì)合金的抗彎強(qiáng)度較低，沖擊韌度差，所取前角應(yīng)小于高速鋼刀具的合理前角。）7．切屑形成過(guò)程是金屬切削層在刀具作用力的擠壓下，沿著與待加工面近似成45°夾角滑移的過(guò)程。（）

8．積屑瘤的產(chǎn)生在精加工時(shí)要設(shè)法避免，但對(duì)粗加工有一定的好處。）9．切屑在形成過(guò)程中往往塑性和韌性提高，脆性降低，使斷屑形成了內(nèi)件。）10．一般在切削脆性金屬材料和切削厚度較小的塑性金屬材料時(shí)，所發(fā)生的磨損往往在刀具的主后刀面上。11．刀具主切削刃上磨出分屑槽目的是改善切削條件，提高刀具壽命，可以增加切削用量，提高生產(chǎn)效率。12．進(jìn)給力Ff是縱向進(jìn)給方向的力，又稱軸向力。（13．刀具的磨鈍出現(xiàn)在切削過(guò)程中，是刀具在高溫高壓下與工件及切屑產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦，失去正常切削能力的現(xiàn)象。14．所謂前刀面磨損就是形成月牙洼的磨損，一般在切削速度較高，切削厚度較大情況下，加工塑性金屬材料時(shí)引起的。15．刀具材料的硬度越高，強(qiáng)度和韌性越低。

16．粗加工磨鈍標(biāo)準(zhǔn)是按正常磨損階段終了時(shí)的磨損值來(lái)制訂的。17．切削鑄鐵等脆性材料時(shí)，切削層首先產(chǎn)生塑性變形，然后產(chǎn)生崩裂的不規(guī)則粒狀切屑，稱為崩碎切屑。18．立方氮化硼是一種超硬材料，其硬度略低于人造金剛石，但不能以正常的切削速度切削淬火等硬度較高的材料。19．加工硬化能提高已加工表面的硬度、強(qiáng)度和耐磨性，在某些零件中可改善使用性能。20．當(dāng)粗加工、強(qiáng)力切削或承沖擊載荷時(shí)，要使刀具壽命延長(zhǎng)，必須減少刀具摩擦，所以后角應(yīng)取大些。

三、選擇題（將正確答案填在空格內(nèi)）（每題2分，共30分）

1．在中等背吃刀量時(shí)，容易形成“C”形切屑的車刀卷屑槽宜采用

。（外斜式平行式 內(nèi)斜式）

2．刀具產(chǎn)生積屑瘤的切削速度大致是在 范圍內(nèi)。（低速 中速 高速）

3．切削過(guò)程中，車刀主偏角κr增大，切削力FP

。（增大 不變 減?。?/p>

04．高速鋼刀具切削溫度超過(guò)

C時(shí)工具材料發(fā)生金相變化，使刀具迅速磨損，這種現(xiàn)象稱為 磨損。（300~350 550~600 700~800 擴(kuò)散 相變 氧化）

5．當(dāng)切屑變形最大時(shí)，切屑與刀具的摩擦也最大，對(duì)刀具來(lái)說(shuō)，傳熱不容易的區(qū)域是在，其切削溫度也最高。（刀尖附近前刀面 后刀面）

6．在切削金屬材料時(shí)，屬于正常磨損中最常見(jiàn)的情況是

磨損。（前刀面 后刀面 前后刀面同時(shí)）

7．背吃刀量ap增大一倍時(shí)，切削力FC也增大一倍；但當(dāng)進(jìn)給量f增大一倍時(shí)，切削力FC約增大

倍。（0.5 0.8 1.0）

8．切削用量對(duì)刀具壽命的影響，主要是通過(guò)切削溫度的高低來(lái)影響的，所以影響刀具壽命最大的是

其次是

。（背吃刀量 進(jìn)給量 切削速度）

9．成形車刀磨損后要刃磨

，鏟齒銑刀磨損后要刃磨

，才能保持其原來(lái)要求的廓形精度。（前刀面 后刀面 前、后刀面）

10．一般在中、低速切削塑性金屬材料時(shí)，刀具在切屑與工件接觸壓力和切削溫度的作用下會(huì)發(fā)生

磨損。（磨粒 粘結(jié) 擴(kuò)散）

11．車削時(shí)切削熱主要是通過(guò)

和

進(jìn)行傳導(dǎo)的。（切屑 工件

刀具 周圍介質(zhì)）

12．刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)通常都按后刀面的磨損值制訂 值的。（月牙洼深度 KT 后刀面 VB 月牙洼深度KB）

13．刀具磨損過(guò)程的三個(gè)階段中，作為切削加工應(yīng)用的是

階段。（初期磨損 正常磨損 急劇磨損）

14．車削細(xì)長(zhǎng)軸類零件時(shí)，為了減小徑向力Fp的作用，主偏角κr，采用

角度為宜。（小于30° 30°~45° 大于60°）

15．切削塑性較大的金屬材料時(shí)形成 切屑，切削脆性材料時(shí)形成 切屑。（帶狀 擠裂 粒狀 崩碎）

四、簡(jiǎn)答題：（每題6分，共30分）

1、簡(jiǎn)述楔角：

2、簡(jiǎn)述刀具壽命：

3、簡(jiǎn)述切削用量要素：

4、簡(jiǎn)述刀尖角：

5、后角的功用是什么？怎樣合理選擇？

《金屬切削原理與刀具》試題（2）

一、單項(xiàng)選擇題（每小題1分，共15分）

1.切削刃形狀復(fù)雜的刀具有（）材料制造較合適。

2.A、硬質(zhì)合金 B、人造金剛石 C、陶瓷 D、高速鋼 3.切削用量vc、f、ap對(duì)切削溫度的影響程度是（）

A、ap最大、f次之、vc最小 B、f最大、vc次之、ap最小 C、vc最大、f次之、ap最小 D、vc最大、ap次之、f最小 4.碳鋼精車時(shí)宜用牌號(hào)為（）的硬質(zhì)合金作為刀具材料。A、YT5 B、YT30 C、YG3 D、YG8 5.前刀面上（刀——屑間）的磨擦是（）

A、外磨擦 B、內(nèi)磨擦 C、內(nèi)磨擦與外磨擦兼有之 D、不一定

6.一般情況，刀具的后角主要根據(jù)（）來(lái)選擇。

A、切削寬度 B、切削厚度 C、工件材料 D、切削速度

7.切削用量選擇的一般順序是（）A、ap-f-vc B、ap-vc-f C、vc-f-ap D、f-ap-vc 8.車削時(shí)為降低表面精糙度，可采用（）的方法進(jìn)行改善。

A、增大主偏角 B、增大進(jìn)給量 C、增大副偏角 D、增大刀尖圓弧半徑

9.可轉(zhuǎn)位車刀（）式的刀片夾固結(jié)構(gòu)所占空間位置最小，故較適合于內(nèi)孔鏜刀。

A、偏心 B、杠桿 C、楔銷 D、壓板（上壓）10.當(dāng)γf≠0,αf≠0,刀具的廓形深度（）工件的廓形深度。

A、大于 B、小于 C、等于 D、不一定 11.槍鉆屬于（）。

A、外排屑深孔鉆 B、內(nèi)排屑深孔鉆 C、噴吸鉆 D、BTA鉆

12.標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀采用阿基米德滾刀原因是（）

A、理論要求這種滾刀 B、便于制造和測(cè)量其齒形 C、可以減少加工齒面的粗糙度 D、修正齒形誤差 13.磨削硬質(zhì)合金材料時(shí)，宜選用（）磨料的砂輪。

A、棕剛玉 B、白剛玉 C、黑碳化硅 D、綠碳化硅 14.齒輪銑刀所加工的齒輪精度較低原因是（）

A、機(jī)床精度低 B、加工時(shí)分度精度低 C、銑刀采用刀號(hào)制 D、制造公差大 15.粗車時(shí)，切削速度的增大，主要受（）限制。

A、表面粗糙度 B、尺寸精度 C、刀具角度 D、刀具耐用度

二、多項(xiàng)選擇題（每小題1分，共7分）

1.確定外圓車刀主切削刃空間位置的角度為（）。

A、γo B、αo C、Kr D、λs E、Kr

2.λs=0的內(nèi)孔車刀車削內(nèi)孔，當(dāng)?shù)都獍惭b高于工件中心時(shí)，其工作角度與標(biāo)注角度相比，發(fā)生變化為（）

A、γ增大 B、γ

減小 C、α

增大 D、α

減小 E、相等 oeoeoeoe3.加工塑性材料時(shí)，（）將使變形減小。

A、高速切削 B、工件材料強(qiáng)度提高 C、刀具前角減小 D、采用切削液 E、切削厚度增大 4.拉刀齒距變化，（）將受變化。

A、齒升量 B、容屑系數(shù) C、拉刀長(zhǎng)度 D、同時(shí)工作齒數(shù) E、拉削刀

5.（）用鈍以后重磨后刀面。

A、可轉(zhuǎn)位車刀 B、麻花鉆 C、尖齒成形銑刀 D、拉刀 E、蝸輪滾刀

6.γf>0的鏟齒成形銑刀具有（）特點(diǎn)。

A、可用鏟齒方法加工后刀面 B、銑刀刀齒廓形與工件廓形不一致

C、重磨次數(shù)增加，被加工的`工件廓形精度降低 D、適合加工脆性材料 E、標(biāo)準(zhǔn)刀具 7.在拉刀設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)校驗(yàn)（）

A、拉床拉削力 B、拉刀強(qiáng)度 C、容屑條件 D、拉刀總長(zhǎng)度 E、拉刀同時(shí)工作齒數(shù)

三、填空題（每空1分，共35分）1.楔角（）與（）的夾角

2.YT類硬質(zhì)合金的主要化學(xué)成分是Co、（）和（），其中（）含量越多，硬質(zhì)合金硬度越高，耐熱性越好，但脆性越大。

3.切屑形成過(guò)程實(shí)質(zhì)上是工件材料的（）過(guò)程。為了便于測(cè)量，切削過(guò)程中的變形程度近似可用（）指標(biāo)來(lái)度量。

4.在金屬切削過(guò)程中，在（）速度加（）材料時(shí)易產(chǎn)生積屑瘤，它將對(duì)切削過(guò)程帶來(lái)一定的影響，故在（）加工時(shí)應(yīng)盡量避免。5.外圓車削時(shí)，在刀具6個(gè)標(biāo)注角度中，對(duì)切削溫度影響較大的角度是（）和Kr。

6.在工藝系統(tǒng)剛性好的情況下，刀具有磨鈍標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)規(guī)定得較（）；精加工時(shí)應(yīng)規(guī)定較（）的磨鈍標(biāo)準(zhǔn)。

7.常用的切削液有水溶液、（）和（）三大類。采用硬質(zhì)合金刀具時(shí)，由于（），故一般不使用切削液。

8.使用可轉(zhuǎn)位車刀生產(chǎn)率較高，原因是由于它減少了（）及（）所需的輔助時(shí)間，故特別適合于自動(dòng)化生產(chǎn)。

9.麻花鉆切削性能最差的部位是在（）處；鉆頭最易磨損部位是在（）處。鉆削加工時(shí)軸向力主要是由（）刃產(chǎn)生。

10.主剖面（正交平面）標(biāo)注角度參考系中三個(gè)坐標(biāo)平面是指（）、（）和（），它們之間關(guān)系為（）。

11.在拉刀上開(kāi)（）槽，可起減小切削寬度，便于切屑清理的作用，一般在拉削（）材料時(shí)可以不開(kāi)該槽。

12.一般在精加工時(shí)，對(duì)加工表面質(zhì)量要求高時(shí)，刀尖圓弧半徑宜取較（）。13.磨平面和磨內(nèi)孔時(shí)，應(yīng)比磨外圓時(shí)選用粒度較（），硬度較（），組織較（）的砂輪。

14.在加工細(xì)長(zhǎng)軸類零件時(shí)，刀具的刃傾角λs常取為（）值，這是因?yàn)棣藄使（）。

四、解釋（每小題2分，共10分）

1．殘余應(yīng)力 2．斜角切削及作用 3．切削加工性 4.簡(jiǎn)述刀具壽命： 5.簡(jiǎn)述切削用量要素

五、簡(jiǎn)答題（簡(jiǎn)明扼要回答，每小題5分，共15分）

1、普通麻花鉆的主要缺點(diǎn)是什么？如何改進(jìn)？

2、切削用量中，切削深度（背吃刀量）ap和進(jìn)給量f對(duì)切削力Fc影響有何不同？試分別詳述其影響規(guī)律。后角的功用是什么？怎樣合理選擇？

六、作圖題（6分）

試標(biāo)出圓柱形螺旋齒銑刀的γo、ao、λ給分）

s

和γn、an（不按對(duì)應(yīng)關(guān)系標(biāo)注不

《金屬切削原理與刀具》試題（3）

一、填空題(每空2分，共20分)

1．?dāng)U孔鉆既可用作孔的最后加工，也可用作 前的預(yù)加工。

2．不同于普通的孔加工，深孔加工的主要問(wèn)題有三，即：斷屑和排屑、冷卻和潤(rùn)滑以及。

3．銑削加工時(shí)，是主運(yùn)動(dòng)。

4．銑削時(shí)，切削厚度ac是指。5．尖齒成形銑刀用鈍后重磨。

6．拉刀的前導(dǎo)部起 作用，并可檢查拉前孔是否太小。

7．直齒插齒刀沿其軸線方向往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，切削刃的運(yùn)動(dòng)軌跡就象一個(gè)直齒漸開(kāi)線 齒輪的齒面，這個(gè)假想的齒輪為。

8．齒輪滾刀加工齒輪時(shí)，滾刀的齒形誤差是沿 方向傳遞到工件上去的。9．蝸輪滾刀切削刃切削蝸輪時(shí)，模擬著 與蝸輪的嚙合過(guò)程。10．蝸輪滾刀采用切向進(jìn)給方式切削蝸輪，要求機(jī)床有專用附件。

二、單選題(在本題的每一小題的備選答案中，只有一個(gè)答案是正確的，請(qǐng)把你認(rèn)為 正確答案的題號(hào)，填入題干的括號(hào)內(nèi)。多選不給分。每題2分，共20分)

l．當(dāng)加工細(xì)長(zhǎng)的和剛性不足的軸類工件外圓，或同時(shí)加工外圓和凸肩端面時(shí)，可以采用主偏角Kr()的偏刀。

①=90°

②＜90°

③＞90° ④=45°

2．()硬質(zhì)合金車刀能消除刃磨或重磨時(shí)內(nèi)應(yīng)力可能引起的裂紋。

①焊接式

②機(jī)夾重磨式

③機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位

3．設(shè)計(jì)一把加工階梯軸零件的可轉(zhuǎn)位車刀時(shí)，應(yīng)選擇()邊形的刀片。

①三

②四

③五 4．加工一些大直徑的孔，()幾乎是唯一的刀具。

①麻花鉆

②深孔鉆

③餃刀

④鏜刀 5．當(dāng)工件表面有硬皮時(shí)，不宜采用()方式。

①順銑

②逆銑 6．絲錐是用于加工各種()螺紋的標(biāo)準(zhǔn)刀具。

①內(nèi)

②外

③內(nèi)、外 7．螺紋銑刀是用銑削方式加工()螺紋的刀具。

①內(nèi)

②外

③內(nèi)、外

8．對(duì)于螺旋導(dǎo)程角λ。＞5°的右螺旋滾刀，其容屑槽應(yīng)做成()

①左螺旋

②右螺旋

③直槽 9．漸開(kāi)線蝸桿的軸向齒形是()

①直線

②曲線

1O．蝸輪滾刀切向進(jìn)給切削蝸輪的過(guò)程中，滾刀與蝸輪的中心距()

①逐漸變大

②逐漸變小

③保持不變

三、簡(jiǎn)答題(每題7分，共28分)l．接其用途不同，常用的車刀有哪幾種類型?簡(jiǎn)單介紹這幾類率刀的主要用途。

2．簡(jiǎn)述標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆結(jié)構(gòu)上(特別是切削部分)的主要缺點(diǎn)。

3．當(dāng)設(shè)計(jì)的鏟齒成形銑刀切削刃上某處的法向后角αnx＜2°時(shí)，有哪些方法可加以改善? 4．柔性自動(dòng)化加工系統(tǒng)中，刀具管理的任務(wù)包括哪幾個(gè)方面?

四、問(wèn)答題(12分)

下圖所示的工件材料為40Cr，拉前孔徑為①拉刀拉削工件時(shí)會(huì)出觀什么現(xiàn)象?為什么? ②拉刀標(biāo)準(zhǔn)齒的直徑應(yīng)是多少?(假設(shè)δ＝0．01mm)，拉后孔徑為。

五、綜合題(20分)

徑向圓體成形車刀(γf＝15°，αf＝20°)磨損后應(yīng)重磨何處?重磨應(yīng)注意什么?請(qǐng)結(jié)合示圖回答。

l．重磨前刀面；(5分)

2．保證磨刀圓半徑hc＝ R1sin(γf十αf)，將Ar磨在這個(gè)圓的切平面內(nèi)；(5分)

3．繪圖表示。(10分)

《金屬切削原理與刀具》試題（4）

一、填空（每小題2分，共20分）

1、刀具材料的主要性能有（），普通高速鋼的常用牌號(hào)有（）。

2、加工鋼件時(shí)應(yīng)選用什么牌號(hào)的硬質(zhì)合金（），加工鑄鐵件時(shí)，應(yīng)選用什么牌號(hào)的硬質(zhì)合金（）。

3、切削用量包含哪三個(gè)要素（）；切屑有幾種基本態(tài)（）。

4、常用切削液有哪些類型（），常用切削液的添加劑有哪些（）。

5、標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆一般有幾部分構(gòu)成（），其切削部分有幾個(gè)刀面和刀刃構(gòu)成（）。

二、判斷正誤（每題3分，共15分）

1、刀具材料的硬度越高，強(qiáng)度和韌性越低。（）

2、鎢鈷類硬質(zhì)合金（YG）因其韌性、磨削性能和導(dǎo)熱性好，主要用于加工脆性材料，有色金屬及非金屬。（）

3、刀具壽命的長(zhǎng)短、切削效率的高低與刀具材料切削性能的優(yōu)劣有關(guān)。（）

4、立方氮化硼是一種超硬材料，其硬度略低于人造金剛石，但不能正常的切削速度切削淬火等硬度較高的材料。（）

5、安裝在刀架上的外圓車刀切削刃高于工件中心時(shí)，使切削時(shí)的前角增大，后角減小。（）

三、回答問(wèn)題（每小題5分，共20分）

1、主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的區(qū)別在哪里？一般進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是否都是一個(gè)？

2、試從鉸刀結(jié)構(gòu)方面分析使用鉸刀能加工出精度較高和表面粗糙度較小的原因？

3、粗、精切齒和校準(zhǔn)齒的刃帶，三者為什么不同？

4、砂輪硬度與磨料硬度有何不同？砂輪硬度對(duì)磨削加工有何影響？

5、切削速度對(duì)切削溫度有何影響?為什么?

四、計(jì)算題（20分）

用硬質(zhì)合金車刀車削熱軋45號(hào)鋼（?b=0.650GPa）,車到幾何角度為?o=150、?r=75、?s=00，選用切下用量ap=2mm、f=0.3mm/r、vc=100mm/min。求：切削力、切削效率pc。

五、作圖并計(jì)算（25分）

畫(huà)端面車刀的正交平面參考系幾何角度kr=45°、kr＇=15°、γo=10°、λs =6°、αoˊ＝αo =6°并計(jì)算出γp、αp、γf、αf將其標(biāo)注在圖上。

《金屬切削原理與刀具》試題（5）

一、填空題（每空3分，共18分）

1、切削用量和切削層參數(shù)包含哪三個(gè)要素（）。

2、粗、精加工鋼件和鑄鐵件時(shí)，應(yīng)選用什么牌號(hào)的硬質(zhì)合金（）。

3、刃傾角的作用有哪些（）, 砂輪磨損有那幾種形式()。

4、常用切削液有哪些類型（），常用切削液的添加劑有哪些（）。

二、判斷題（每空3分，共15分）

1、提高表面質(zhì)量的主要措施是增大刀具的前角與后角。（）

2、銑削用量包含銑削深度、銑削速度、進(jìn)給量。（）

3、切削深度、進(jìn)給量、切削速度對(duì)切削力影響規(guī)律是f>vc>ap。()

4、衡量材料切削加工性的常用指標(biāo)有刀具耐用度、切削力、切削溫度、相對(duì)加

工性

。（）

5、切削加工中使用切削液目的是降低切削溫度、潤(rùn)滑、沖洗切屑。（）

三、回答問(wèn)題（每小題5分，共20分）

1、主運(yùn)動(dòng)與進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的區(qū)別在哪里？一般進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是否都是一個(gè)？

2、刀具材料應(yīng)具備哪些性能?其硬度、耐磨性、強(qiáng)度之間有什么聯(lián)系?

3、主運(yùn)動(dòng)的切削速度與合成運(yùn)動(dòng)的速度有和區(qū)別？

4、試述切削深度、進(jìn)給量、切削速度對(duì)切削溫度有何影響規(guī)律?

5、在精加工時(shí)為提高表面質(zhì)量主偏角和進(jìn)給量應(yīng)如何選擇？

四、計(jì)算題（22分）用YT15硬質(zhì)合金刀具，縱車?b＝0.588GPa的熱軋鋼外圓，切削速度vc=100m/min,背吃刀量?p＝4mm,進(jìn)給量f=0.3mm/r。刀具幾何參數(shù)?o＝10kr=75,?s=-10000，,r?=2mm。求切削分力FC、FP、Ff。

五、作圖題。（25分）

已知：?r=65、?r＇=

15、?o=15000、?o=?o＇=80、?s=10

0；刀桿的尺寸為25x25x120mm,刀尖距刀桿的左側(cè)面的距離為15mm,刀尖在刀桿的頂面內(nèi)。試畫(huà)出車刀切削部分的幾何形狀。

《金屬切削原理與刀具》試題（6）

一、填空（每空3分，共18分）

1、切削用量和切削層參數(shù)包含哪三個(gè)要素（）。

2、粗、精加工鋼件和鑄鐵件時(shí)，應(yīng)選用什么牌號(hào)的硬質(zhì)合金（）。

3、砂輪磨損有那幾種形式()，刃傾角的作用有（）。

4、刀具正常磨損的形式有（）。

5、切屑形態(tài)有（）。

二、判斷題（每空3分，共15分）

1、刀具材料的硬度越高，強(qiáng)度和韌性越低。（）

2、鎢鈷類硬質(zhì)合金（YG）因其韌性、磨削性能和導(dǎo)熱性好，主要用于加工脆性材料，有

色

金

屬

及

非

金

屬。

（）

3、刀具壽命的長(zhǎng)短、切削效率的高低與刀具材料切削性能的優(yōu)劣有關(guān)。（）

4、立方氮化硼是一種超硬材料，其硬度略低于人造金剛石，但不能以正常的切削速度切

削

淬

火

等

硬

度

較

高的材

料。

（）

5、安裝在刀架上的外圓車刀切削刃高于工件中心時(shí)，使切削時(shí)的前角增大，后

角小

減。

（）

三、回答問(wèn)題（每小題5分，共20分）

1、高性能高速鋼有幾種?它們的特點(diǎn)是什么?

2、什么叫基面和切削平面？基面和切削平面有何關(guān)系？

3、什么是刀具磨損標(biāo)準(zhǔn)?刀具耐用度是如何定義的?

4、刃傾角在哪個(gè)平面內(nèi)度量？

5、刀具材料應(yīng)具備的性能？

四、計(jì)算題（共22分）

用YT14硬質(zhì)合金刀具，縱車?b＝0.588GPa的熱軋鋼外圓，切削速度vc=100m/min,背吃刀量?p＝2mm,進(jìn)給量f=0.2mm/r。刀具幾何參數(shù)?o＝15kr=75,?s=-10000，,??=2mm。求切削分力FC、FP、Ff。

五、作圖題。（25分）

已知：?r=75、?r＇=

15、?o=20000、?o=?o＇=60、?s=10

0；刀桿的尺寸為25x25x110mm,刀尖距刀桿的左側(cè)面的距離為12mm,刀尖在刀桿的頂面內(nèi)。試畫(huà)出車刀切削部分的幾何形狀。

《金屬切削原理與刀具》試題（7）

一、填空（每小題2分，共20分）

1、切削用量和切削層參數(shù)包含哪三個(gè)要素（）、（）；

2、粗、精加工鋼件和鑄鐵件時(shí)，應(yīng)選用什么牌號(hào)的硬質(zhì)合（）；

3、刀具切削部分材料的性能，必須具有（）、（）、（）和（）。

4、砂輪磨損有那幾種形式()，刃傾角的作用有哪些（）；

二、判斷題：（每小題2分，共20分）

1、當(dāng)粗加工、強(qiáng)力切削或承沖擊載荷時(shí)，要使刀具壽命延長(zhǎng)，必須減少刀具摩擦，所以后角應(yīng)取大些。（）

2、切屑形成過(guò)程是金屬切削層在刀具作用力的擠壓下，沿著與待加工面近似成45°夾角滑移的過(guò)程。（）

3、切削鑄鐵等脆性材料時(shí)，切削層首先產(chǎn)生塑性變形，然后產(chǎn)生崩裂的不規(guī)則粒狀切屑，稱為崩碎切屑。（）

4、積屑瘤的產(chǎn)生在精加工時(shí)要設(shè)法避免，但對(duì)粗加工有一定的好處。（）

5、切屑在形成過(guò)程中往往塑性和韌性提高，脆性降低，使斷屑形成了內(nèi)在的有利條件。（）

三、回答問(wèn)題（每小題5分，共20分）

1、刀具標(biāo)注角度坐標(biāo)系和工作角度坐標(biāo)系有何不同？

2、對(duì)刀具切削部分的材料有何要求？目前常用的刀具材料有哪幾類？

3、超硬刀具材料有哪些？各有何特點(diǎn)？各適用在何種場(chǎng)合下？

4、試述切削過(guò)程三個(gè)變形區(qū)的變形特點(diǎn)？

四、計(jì)算題（20分）

?r=45鏜削熱軋45號(hào)鋼套內(nèi)孔。用硬質(zhì)合金車刀YT15，刀具角度γO =15，00鏜桿的材料為45號(hào)鋼（?b=0.650GPa）,直徑為φ=20㎜，鏜削時(shí)切削用量為aP=3㎜、f=0.2㎜/r、VC=90m/min。求：背向力FP。

五、作圖題（20分）

已知：?r=65、?r＇=

15、?o=

15、?o=?o＇=8000、?s=10

0；刀桿的尺寸為25x25x120mm,刀尖距刀桿的左側(cè)面的距離為15mm,刀尖在刀桿的頂面內(nèi)。試畫(huà)出車刀切削部分的幾何形狀。

《金屬切削原理與刀具》試題（8）

一、填空（每小題2分，共20分）

1、涂層硬質(zhì)合金優(yōu)點(diǎn)是（），陶瓷刀具材料特點(diǎn)是（）；

2、切削用量和切削層參數(shù)包含哪三個(gè)要素（）；

3、粗、精加工鋼件和鑄鐵件時(shí)，應(yīng)選用什么牌號(hào)的硬質(zhì)合金（）；

4、砂輪磨損有那幾種形式()，刃傾角的作用有哪些（）；

二、選擇題（每小題2分，共20分）

1、按一般情況下，制做金屬切削刀具時(shí)，硬質(zhì)合金刀具的前角（）高速鋼刀具的前角。

A，大于 B，等于 C，小于 D，平行于

2、刀具的選擇主要取決于工件的結(jié)構(gòu)、材料、加工方法和（）。A，設(shè)備 B，加工余量 C，加工精度 D，被加工工件表面的粗糙度

3、在切削平面內(nèi)測(cè)量的車刀角度有（）。A，前角 B，后角 C，鍥角 D，刃傾角

4、粗加工時(shí)（）切削液更合適，精加工時(shí)（）切削液更合適。A，水 B，低濃度乳化液 C，高濃度乳化液 D，礦物油

5、切斷刀主切削刃太寬，切削時(shí)容易產(chǎn)生（）。A，彎曲 B，扭轉(zhuǎn) C，刀痕 D，振動(dòng)

6、在加工內(nèi)圓弧面時(shí)，刀具半徑的選擇應(yīng)該是（）圓弧半徑。A，大于 B，小于 C，等于 D，大于或等于

7、雙刃鏜刀的好處是（）得到平衡。A，軸向力 B，徑向力 C，扭矩 D，振動(dòng)力

8、鉆頭安裝不正會(huì)將孔（）。A，鉆大 B，鉆偏 C，鉆扁 D，鉆小

9、無(wú)論什么刀具，它們的切削部分總是近似地以（）的切削部分為基本狀態(tài)。A，外圓車刀 B，鏜刀 C，銑刀 D，鉸刀

10、彈簧夾頭刀柄依靠（）直接或通過(guò)彈簧過(guò)度套夾持直柄銑刀、鉆頭、鉸刀。A，緊箍力 B，摩擦力 C，頂緊力 D，扭矩

三、回答問(wèn)題（每小題5分，共20分）

1、衡量切削變形用什么方法？

2、積屑瘤是如何形成的？它對(duì)切削過(guò)程有何影響？若要避免產(chǎn)生積屑瘤要采取哪些措施？

3、影響切削溫度的主要因素有哪些？如何影響？

4、切削液有何作用？有哪些種類？

四、計(jì)算題（20分）鏜削熱軋45號(hào)鋼套內(nèi)孔。用硬質(zhì)合金車刀YT15，刀具角度γO =15，?r=4

500鏜桿的材料為45號(hào)鋼（?b=0.650GPa）,直徑為φ=20㎜，刀桿在機(jī)床上的安裝伸出長(zhǎng)度L=60㎜。鏜削時(shí)切削用量為aP=2㎜、f=0.3㎜/r、VC=80m/min。求：背向力FP

五、作圖題（20分）

已知：?r=

45、?r＇=

15、?o=

15、?o=?o＇=8000、?s=-10

0；刀桿的尺寸為25x25x120mm,刀尖距刀桿的左側(cè)面的距離為15mm,刀尖在刀桿的頂面內(nèi)。試畫(huà)出車刀切削部分的幾何形狀。

《金屬切削原理與刀具》試題（9）

一、填空：（每空1分，共22分）

1、刀夾角?r=180—（）、刀尖角?r在（）內(nèi)度量、楔角?o在（）

0內(nèi)度量。

2、外圓車刀切削部分由（）面、（）刃和（）尖組成。

3、高速鋼與硬質(zhì)合金相比，強(qiáng)度高韌性好的是（）材料，硬度高、脆性大的是（）材料。

4、在切削用量三要素中，對(duì)刀具耐用度影響最大的是（）、對(duì)切削力影響最大的是（）。

5、在切削過(guò)程中速度最高、消耗功率最多的運(yùn)動(dòng)是（）、車外圓時(shí)切削速度（）。

6、在金屬切削過(guò)程中，一般衡量切削變形的方法有（）。

7、在硬質(zhì)合金中，YG類一般用于加工（）、YT類硬質(zhì)合金一般用于加工（），而YW類硬質(zhì)合金它的加工范圍為（）。

8、在切削過(guò)程中，當(dāng)系統(tǒng)剛性不足時(shí)為避免引起振動(dòng)，刀具的前角與主偏角應(yīng)如何選擇（）。

二、判斷正誤：（每空一分，共計(jì)5分，對(duì)的劃∨、錯(cuò)的劃×）

1、高速鋼刀具急劇磨損的主要原因是相變磨損（）。

2、刀具耐用度是指一把新刀從開(kāi)始切削到達(dá)到報(bào)廢為止說(shuō)經(jīng)歷的總的切削時(shí)間（）。

3、積屑瘤是來(lái)自于工件與刀具兩方面材料在前刀面上的堆積（）。

4、在車削外圓時(shí)三個(gè)切削分力中一般最大的可能是

Fp或者是

Ff（）。

5、在切削用量三要素中，對(duì)切削溫度影響最大的是切削深度切削速度vc（）。

三、單選題（每小題2分，共計(jì)6分）

ap，其次才是

1、在主剖面內(nèi)度量的角度是（）。A、主偏角?r B、刃傾角?s C、前角?o D、副后角?/o

2、在加工塑性材料時(shí)，常產(chǎn)生的切屑是（）。

A、帶狀切屑 B、崩碎切屑

3、切削力主要來(lái)源于（）

A、第一變形區(qū) B、第二、三變形區(qū)的擠壓與摩擦力

C、前刀面與切屑的摩擦力 D、三個(gè)變形區(qū)的變形抗力與摩擦力

四、回答問(wèn)題（每一小題5分，積計(jì)10分）

砂輪的硬度與砂輪磨料的硬度有何區(qū)別？在粗磨時(shí)若工件材料的硬度比較高，砂輪的硬度應(yīng)如何選擇？

五、標(biāo)注刀具幾何角度（每小題5分，共計(jì)10分）

六、計(jì)算題（15分）

用硬質(zhì)合金車刀車削中碳鋼，車刀幾何角度為?o=

10、?r=75、?s=0，選用

ooo切削用量ap=2mm、f=0.3mm、vc=105m/min。已知：KfcCfc=2795、yfc=0.75、nfc=－0.15、修正系數(shù)

=0.92,求主切削力Fc和切削功率Pc

七、圖示刀具幾何角度（20分）

已知外圓車刀的幾何角度?r=75、?r=

5、?o=

15、?o=?o=

10、?s=15；刀

ooo/oo/尖在刀桿頂面內(nèi)，且刀尖距刀桿左側(cè)面15mm，刀桿截面為25×25。試畫(huà)出刀具切削部分的幾何形狀。

《金屬切削原理與刀具》試題（10）

一、填空（每小題2分，共20分）

1、切削用量包含哪三個(gè)要素（），切削層參數(shù)包含哪三個(gè)要素（）；

2、粗、精加工鋼件時(shí)，應(yīng)選用硬質(zhì)合金的牌號(hào)為（），粗、精加工鑄鐵件時(shí)，應(yīng)選用硬質(zhì)合金的牌號(hào)為（）；

3、主運(yùn)動(dòng)的切削速度（）,合成運(yùn)動(dòng)的速度（）；

4、涂層硬質(zhì)合金優(yōu)點(diǎn)是（），陶瓷刀具材料特點(diǎn)是（）；

5、第一變形區(qū)主要變形形式為（），影響表面粗糙度的主要因素為（）；

二、判斷題（每空3分，共15分）

1、一般在切削脆性金屬材料和切削厚度較小的塑性金屬材料時(shí)，所發(fā)生的磨損往往在刀具的主后刀面上。（）

2、刀具主切削刃上磨出分屑槽目的是改善切削條件，提高刀具壽命，可以增加切削用量，提高生產(chǎn)效率。（）

3、進(jìn)給力Ff是縱向進(jìn)給方向的力，又稱軸向力。（）

4、刀具的磨鈍出現(xiàn)在切削過(guò)程中，是刀具在高溫高壓下與工件及切屑產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦，失去正常切削能力的現(xiàn)象。（）

5、所謂前刀面磨損就是形成月牙洼的磨損，一般在切削速度較高，切削厚度較大情況下，加工塑性金屬材料時(shí)引起的。（）

三、回答問(wèn)題（每小題5分，共20分）

1、刀具材料應(yīng)具備哪些性能?其硬度、耐磨性、強(qiáng)度之間有什么聯(lián)系？

2、什么叫基面和切削平面？基面和切削平面有何關(guān)系？

3、試述形成積屑瘤后有何利弊?如何控制?

4、粗切齒、精和校準(zhǔn)齒的刃帶，三者為什么不同？

5、成型車刀的特點(diǎn)是什么？成型車刀為什么要進(jìn)行截形設(shè)？

四、計(jì)算題（20分）

車外圓（工件材料為

?b＝0.588GPa的熱軋鋼），用YT15硬質(zhì)合金車刀；切

?p＝4mm,進(jìn)給量f=0.3mm/r。刀具幾何參數(shù)?o＝

FC削速度vc=100m/min,背吃刀量10，kr=7500,?s=-10

0,r?=2mm。求切削分力、FP、F?。

五、作圖題。（25分）已知：?r=750、?r＇=

10、?o=2000、?o=?o＇=60、?s=10

0；刀桿的尺寸為25x25x120mm,刀尖距刀桿的左側(cè)面的距離為15mm,刀尖與刀桿的頂面同高。試用作圖法畫(huà)出車刀切削部分的幾何形狀。

《金屬切削原理與刀具》試題（答 案）

試卷1

一、填空題

1．工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金 ；金剛石、立方氮化硼 2．前角、后角、主偏角、副偏角、刃傾角、副后角 3．切削深度、進(jìn)給量、切削速度

4．帶狀切屑、節(jié)狀切屑、粒狀切屑、崩碎狀切屑

5．前刀面磨損、后刀面磨損、前后刀面同時(shí)磨損 6．200度

相變磨損

7．刀尖；較小的前角、較小的后角

8．高的硬度、良好的強(qiáng)度和韌性、良好的耐磨性、良好的工藝性及經(jīng)濟(jì)性。9．高速 ； 低速

10．T8A、T10A、T12A； 9SiCr、CrWMn ；W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2

二、判斷題

1√ 2√

3√ 4 × 5√ 6√ 7√ 8× 9× 10√ 11√ 12√ 13√ 14√ 15√ 16√ 17√ 18√ 19√ 20×

三、選擇題

1．外斜式

2．中速

3．減小

4．550~600 相變

5． 前刀面

6．前后刀面同時(shí)

7．0.8

8．切削速度

進(jìn)給量

9． 前刀面

前刀面

10．?dāng)U散

11．切屑刀具

12．后刀面 VB 13．正常磨損

14．大于60°

15．帶狀

崩碎

四、簡(jiǎn)答題

1、楔角就是，前刀面與后刀面的夾角，其大小由前角和后角來(lái)決定。

2、刀具壽命是指，刀具從開(kāi)始使用到報(bào)廢為止所經(jīng)歷的切削加工時(shí)間。

3、切削用量主要包括：切削速度，進(jìn)給量，背吃刀量三要素。

4、刀尖角就是指在基面內(nèi)測(cè)量主切削刃與副切削刃的夾角。

5、后角主要影響刀具后面與加工表面的摩擦、加工精度、刀具刃口強(qiáng)度和耐用度。

精加工時(shí)，為防止擠壓摩擦，應(yīng)選用較大的后角；粗加工時(shí)，為增加刀頭強(qiáng)度，應(yīng)選用較小的后角。

試卷2

一、單項(xiàng)選擇題

1、D

2、C

3、B

4、C

5、C

6、A

7、D

8、A

9、B

10、A

11、B

12、D

13、C

14、D

二、多項(xiàng)選擇題

1、AD

2、BC

3、AE

4、BCD

5、BC

6、AB

7、ABCDE

三、填空題

1、前刀面，后刀面

2、TiC WC

TiC、剪切滑移與擠壓摩擦

變形系數(shù)

4、中

塑性

精

5、γo

6、大

小

7、乳化液

切削油

刀具紅硬性

8、更換

刃磨

9、橫刃

刀尖

橫刃、基面

正交平面

主切削平面

相互垂直、分屑槽

脆性 12、大

13、大

小

大、正值

背吃刀力減小

四、解釋

1、答、殘余應(yīng)力指切削過(guò)程結(jié)束后，殘留在金屬中的應(yīng)力，表現(xiàn)為拉應(yīng)力或殘應(yīng)力。

2、答、斜角切削指切削速度方向與主切削刃不相垂直的切削。作用增大實(shí)際切削前角和改變切削的流向。

3、答：切削加工性指工件材料切削加工的難易程度。

4、答：刀具壽命是指一把新刀從開(kāi)始切削到報(bào)廢為止所經(jīng)歷的切削時(shí)間。5.、答：切削用量要素為切削深度、進(jìn)給量、進(jìn)給速度

五、簡(jiǎn)答題

1、主要缺點(diǎn)：(1)麻花鉆的主切削刃前角分布不合理，外大內(nèi)小；

(2)主切削刃長(zhǎng)度大影響切屑的卷曲；

(3)橫刃前角小而長(zhǎng)(4)主切削刃與負(fù)切削刃轉(zhuǎn)角處強(qiáng)度低散熱差。

改進(jìn)措施：

(1)修磨橫刃(2)修磨過(guò)渡刃(3)修磨分屑槽(4)修磨棱邊。

2、影響：因?yàn)榍邢魃疃仍龃髸r(shí)切削力成倍增大而進(jìn)給力增大時(shí)切削力只增大 70﹪～80﹪，而切削速度增大對(duì)切削力變化較小。

規(guī)律：、?p>f.>vc

功用為：

1、影響刀具后面與加工表面的摩擦

2、影響加工精度

3、影響刀具刃口強(qiáng)度和耐用度

后角的選擇：

選擇后角時(shí)，主要考慮以下兩方面的因素：加工精度，加工材料

試卷3

一、填空題

1、鉸孔；

2、導(dǎo)向；

3、銑刀繞其軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；

4、銑刀相鄰刀齒主切削刃的運(yùn)動(dòng)軌跡間的垂直距離；

5、后刀面；

6、導(dǎo)向和定心；

7、“產(chǎn)形”齒輪；

8、其基圓柱切平面內(nèi)的嚙臺(tái)線；

9、工作蝸桿；

10、切向刀架

二、選擇題

1、①；

2、③；

3、①；

4、④；

5、①；

6、①；

7、⑤；

8、①；

9、②；

10、②

三、簡(jiǎn)答題

1、答：①三類：外圓車刀、端面車刀和切斷車刀；(3分)②用途：外圓車刀——主要用于加工工件的圓柱形或圓錐形外表面，彎頭外圓車刀還可用于車端面和內(nèi)、外例棱；(2分)端面車刀——專門用于加工工件的端面；(1分)切斷車刀——專門用于切斷工件。(1分)

2、答：主要缺點(diǎn)：

①沿主刃前角變化大，備點(diǎn)切削條件差異大；(2分)②橫刃前角為大負(fù)值，且橫刃寬，軸向力大；(2分)③主刃長(zhǎng)，切屑寬，卷屑排屑困難；(2分)④韌帶處副后角為零，而該點(diǎn)vc最大，刀尖角εr小，磨損快。(1分)

3、答：改善方法：

①適當(dāng)增大αf，但αf不宜超過(guò)15°～17°，否則將削弱刀齒強(qiáng)度；(2分)②改變工件的安裝位置；(3分)③斜向鏟齒；(1分)④適當(dāng)修改銑刀的切削刃形狀，但這種方法將使工件形狀發(fā)生變化，必須事先征得用戶同意(2分)

4、答：包括五個(gè)方面：

①刀具室的控制與管理；(2分)

②刀具的分配與傳輸；(7分)

③刀具的監(jiān)控；(2分)

④刀具信息的處理；(1分)

⑤刀具標(biāo)準(zhǔn)化。(1分)

四、問(wèn)答題

答：1．拉削后孔徑收縮，拉削時(shí)孔徑擴(kuò)張。因?yàn)槔鞯氖撬苄圆牧系谋”?/p>

工件（6分）

2．Do（標(biāo)）＝40.04mm。(6分)

五、綜合題

試卷4

一、填空題

1、硬度、耐磨性、強(qiáng)度和韌性、耐熱性、工藝性能；w18cr4v、w6mo5cr4v2、w14cr4vmnre

2、YT5、YT14、YT15、YT30；YG3、YG6、YG8；

3、?p、f、vc；帶狀、節(jié)狀、單元狀、崩碎形；

4、水溶液、乳化液、切削油；油性劑、極壓添加劑、乳化劑、防銹劑。

5、工作部分、頸部、柄部；六面、五刃、四尖構(gòu)成；

二、判斷題

1√ 2√ 3 × 4 × 5 √

三、解答題

1、答：主運(yùn)動(dòng)速度高、消耗的功率多，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度低，消耗的功率少；進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是一個(gè)或幾個(gè)。

2、答：鉸刀在結(jié)構(gòu)分為切削部分和校準(zhǔn)部分，其校準(zhǔn)部分就會(huì)使被鉸的尺寸和表面粗糙度得到保證。

3、答：初切齒的韌帶最小。校準(zhǔn)齒的韌帶為最大，這樣安排一是考慮刃磨，二是尺寸精度的需要。

4、答：砂輪的硬度是指磨粒從砂輪上脫落的難易程度，而磨料的硬度是指磨粒本身的硬度；砂輪的軟硬直接會(huì)影響磨削的質(zhì)量，例如：砂輪會(huì)在磨粒鈍化后引起表面燒傷等。

5、答：切削速度對(duì)切削溫度影響最大，因?yàn)樗俣忍岣撸峄緵](méi)有改善。

四、計(jì)算題

Fc=0.89N Pc=1.6kw

試卷5

一、填空題

1、?p、f、vc ； hD、bD、AD

2、YT5 YT30 ；YG3 YG8

3、改變切屑流向，影響刀尖強(qiáng)度，影響切削平穩(wěn)性；磨粒變鈍、磨粒潰落、表面堵塞；

4、水溶液、乳化液、切削油；油性劑、極壓添加劑、乳化劑、防銹劑。

二、判斷題 × 2 × 3 × 4√ 5 √

三、回答問(wèn)題

1、答：速度最高，消耗功率最高的運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)；而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是使新的金屬不斷投入切削的運(yùn)動(dòng)，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與主運(yùn)動(dòng)相比速度低的多。

2、答：應(yīng)具備高的硬度，高的強(qiáng)度和較好的韌性，一定的耐磨性和耐熱性和較好的工藝性。一般硬度高，而耐磨性就好，而強(qiáng)度低。

?an3、答：vc＝1000而合成速度為ve?vc?vf

4、答：當(dāng)切削深度?p增大時(shí)，由于散熱條件明顯改善，故對(duì)切屑溫度影響最少，當(dāng)進(jìn)給量f增大時(shí)，散熱條件有所改善，故對(duì)切削溫度影響較大，當(dāng)切削速度vc增大時(shí)，散熱條件幾乎沒(méi)有改善，故對(duì)切削溫度影響最大。他們對(duì)切削溫度的影響順序?yàn)?p

5、答：主偏角和進(jìn)給量均應(yīng)選的小些。

四、計(jì)算題

FC＝1859.53N, FP=689.49N,Ff=791.87N。

試卷6

一、填空

1、?p、f、vc；；hD、bD、AD

2、鋼料YT5、YT30；鑄鐵、YG3、YG8；

3、磨粒變鈍、磨粒潰落、表面堵塞；

4、前刀面磨損、后刀面磨損、前后刀面同時(shí)磨損；

5、帶狀、節(jié)狀、單元狀、崩碎形；

二、判斷

1、√

2、√

3、×

4、×

5、√

三、解答題

1、答：有四種；特點(diǎn)：高碳高速鋼其硬度高、耐磨性和耐熱性好，但強(qiáng)度和韌性略有所下降。高釩高速鋼其耐磨性要好，一般用于切削高強(qiáng)度鋼，但這種鋼的刃磨比普通高速鋼困難；鈷高速鋼其高溫硬度和熱穩(wěn)定性好。可用于切削高溫合金、不銹鋼的難加工材料；鋁高速鋼其耐熱性和耐磨性好，具有良好的綜合性能，可用于難加工材料的切削。

2、答：基面是過(guò)主切削刃上選定點(diǎn)并與切削速度相垂直的平面；切削平面是指過(guò)切削刃上選定點(diǎn)與主切削刃相切并垂直于基面的平面；二者相互垂直。

3、答：磨鈍標(biāo)準(zhǔn)是，規(guī)定允許刀具磨損量的最大限度。刀具耐用度是指一把新刃磨好的刀具從開(kāi)始切削至達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)所經(jīng)過(guò)的切削時(shí)間。

4、答：刃傾角在切削平面內(nèi)度量。

5、答：高的硬度和耐磨性、高的強(qiáng)度和較好的韌性、良好的耐熱性及良好的工藝性；

四、計(jì)算題 解：FC=651（N）；FP=246（N）；Ff=270（N）

試卷7

一、填空題

ap1、、f、vc；hD、bD、AD

2、鋼料：YT5、YT30；鑄鐵：YG3、YG6；

3、高的硬度、高的強(qiáng)度和韌性、較好的耐磨性、耐熱性和良好的工藝性；

4、磨粒變鈍、磨粒潰落、表面堵塞；；改變切屑的流向、影響刀尖的強(qiáng)度、影響切削的平穩(wěn)性；

二、判斷題

1、×

2、√

3、√

4、×

5、×

三、簡(jiǎn)答題

1、答：刀具標(biāo)注角度坐標(biāo)系是以vc而建立的，而工作角度坐標(biāo)系是以ve建立的。

2、答：高的硬度、高的強(qiáng)度和韌性、較好的耐磨性、耐熱性和良好的工藝性；常用刀具材料是高速鋼和硬質(zhì)合金。

3、答：人造金剛石立方氮化硼。人造金剛石用于硬質(zhì)合金、陶瓷和有色金屬及其它合金的加工。立方氮化硼主要用于高溫合金、淬硬鋼、冷硬鑄鐵的加工。

4、答：第Ⅰ變形區(qū)為剪切滑移變形，第Ⅱ變形區(qū)為擠壓摩擦變形，第Ⅲ變形區(qū)為擠壓摩擦變形。

四、計(jì)算題

解：Fe＝1078N Pc＝1.6KW

試卷8

一、填空題

1、硬度高、耐磨性好、刀片基體強(qiáng)度高；硬度高、耐熱性好、化學(xué)穩(wěn)定性好，但脆性大；

ap2、、f、vc；hD、bD、AD；

3、鋼料：YT5、YT30；鑄鐵：YG3、YG8；

4、磨粒變鈍、磨粒潰落、表面堵塞；改變切屑的流向、影響刀尖的強(qiáng)度、影響切削的平穩(wěn)性；

二、選擇題

1、C

2、C

3、D

4、A、D

5、D

6、B

7、B

8、A

9、A

10、A

三、簡(jiǎn)答題

1、答：變形系數(shù)?法；剪切角?法；相對(duì)滑移法。

2、答：當(dāng)加工塑性材料時(shí)，溫度達(dá)到一定值，壓力又較高時(shí)，由于粘結(jié)和加工硬化便形成了積屑瘤；積屑瘤影響切削的平穩(wěn)性、加工精度、加工表面質(zhì)量；控制措施為降低材料塑性，選用高的或低的切削速度，選用較大的前角，以及切削液。

3、答：

1、工件材料

2、切削用量

3、刀具幾何參數(shù)

4、刀具磨損和切削液等。

4、答：切削液的作用有：冷卻作用、潤(rùn)滑作用、防銹作用、清洗作用，種類有：水溶液、乳化液、切削油和其它。

四、計(jì)算題

Fc＝1103N Pc＝1.5KW

試卷 9

一、填空題

1、?r??r，在基面，主剖面

2、三面；兩刃、一個(gè)尖

3、高速鋼；硬質(zhì)合金

4、切削速度；切削深度

?dn?c?1000

5、主運(yùn)動(dòng)；

6、變形系數(shù)法、剪切角法、相對(duì)滑移法

7、鑄鐵等脆性材料；鋼料等塑性材料；鑄鐵、鋼料等塑、脆性材料

8、主偏角與前角均應(yīng)選得大些

二、判斷正誤：

1、∨

2、×

3、×

4、×

5、×

三、單選題

1、A（主偏角?r）

2、A（帶狀切屑）

3、D(三個(gè)變形區(qū)的變形抗力與摩擦力)

四、回答問(wèn)題

答：砂輪的硬度是指磨粒從砂輪上脫落的難易程度；磨料的硬度是指磨料本身的硬度；在粗磨時(shí)工件的硬度比較高，應(yīng)選擇硬度比較軟的砂輪，以提高磨削效率。

五、計(jì)算題

Fc?1054 N；Pc?1.8KW

試卷 10

一、填空題

1、ap、f、vc；hD、bD、AD

2、鋼料：YT5、YT30；鑄鐵：YG3、YG8

?dn?c?1000，ve?vc?vf 3、4、硬度高、耐磨性好、刀片基體強(qiáng)度高

5、剪切滑移變形； ?r、?r、f、r?

二、判斷題

1、√

2、×

3、√

4、√

5、√

三、回答問(wèn)題

1、答：應(yīng)具備高的硬度、高的強(qiáng)度和較好的韌性、較好的耐磨性和耐熱性、以及較好的工藝性；刀具材料硬度越高，其耐磨性就越好，但強(qiáng)度下降。

2、答：基面是過(guò)切削刃上選定點(diǎn)與該點(diǎn)切削速度vc相垂直的平面。切削平面是

/過(guò)選定點(diǎn)并通過(guò)切削速度vc方向與切削刃相切的平面。相互垂直。

3、答：（1）影響刀具實(shí)際切削的前角

（2）影響切削平穩(wěn)性

（3）影響加工精度與表面質(zhì)量

控制措施：

（1）選用較大或較低的切削速度vc（2）采用較大的?o（3）澆注充分的切削液

4、答：粗切齒刃帶最小，校準(zhǔn)齒刃帶最寬。這是因?yàn)楦鼾X的切削功能不同所至，例如, 校準(zhǔn)齒的刃帶就是對(duì)孔徑起校準(zhǔn)和修光的作用，故應(yīng)寬些。

5、答：（1）生產(chǎn)率高

（2）加工質(zhì)量穩(wěn)定

（3）刀具使用壽命長(zhǎng)

（4）刀具制造比較困難

截形設(shè)計(jì)是因工件的廓形深度并不等于刀具的截形深度。

三、計(jì)算題

解：Fc＝1846N Pc＝3.1KW

第四篇：刀具管理

名山街道中心校

開(kāi)展校園管制刀具收繳專項(xiàng)行動(dòng)工作方案

為切實(shí)維護(hù)校園及周邊治安秩序穩(wěn)定，保障師生人身安全，根據(jù)市公安局、縣公安局要求在學(xué)校內(nèi)開(kāi)展校園管制刀具收繳專項(xiàng)行動(dòng)，并制定以下工作方案：

一、工作目標(biāo)

認(rèn)真貫徹公安部制定的公安機(jī)關(guān)維護(hù)校園及周邊治安秩序八條措施和教育部制定的“六條措施”，深入開(kāi)展對(duì)收藏、販賣、使用刀具等行為的專項(xiàng)整治工作，全面排查校園及周邊持刀傷害等不安全因素，收繳管制刀具，整改治安隱患，嚴(yán)密治安管理與防范，加大案件偵查查處力度，通過(guò)專項(xiàng)行動(dòng)，凈化校園及周邊治安環(huán)境，維護(hù)校園教學(xué)秩序，保障師生人身安全，達(dá)到學(xué)生放心、家長(zhǎng)放心、社會(huì)放心的目的。

二、組織領(lǐng)導(dǎo) 組長(zhǎng):敖衛(wèi)兵（校長(zhǎng)）

副組長(zhǎng):崔健(法制副校長(zhǎng))、梁志江（保衛(wèi)科長(zhǎng)）成員：全體班主任

三、行動(dòng)時(shí)間

從2011年9月28日至2012年10月1日止。

四、方法步驟

（一）將《致家長(zhǎng)的一封信》印發(fā)到每一個(gè)家長(zhǎng)，根據(jù)行動(dòng)方案結(jié)合治安處罰法，針對(duì)學(xué)生廣泛開(kāi)展法制宣傳，對(duì)學(xué)校普遍開(kāi)展一次禁止收藏、攜帶、使用刀具、督促學(xué)生及時(shí)上繳攜帶刀具的宣傳、教育活動(dòng)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到攜帶管制刀具的危害性。

（二）派出所和學(xué)校協(xié)同做好校園及周邊管制刀具收繳排查工作。一是通過(guò)法制宣傳，教育學(xué)生主動(dòng)上交攜帶的管制刀具；二是發(fā)動(dòng)學(xué)生提供相關(guān)線索，動(dòng)員積極舉報(bào)販賣、攜帶、使用刀具的行為，開(kāi)展調(diào)查收繳工作，最大限度地預(yù)防刀具傷害案件的發(fā)生；三是通過(guò)校方了解摸排綴學(xué)、經(jīng)常曠課、有違法劣跡的學(xué)生名單，調(diào)查這些學(xué)生與社會(huì)閑雜人員的交往情況，查找是否攜帶管制刀具的線索；四是通過(guò)公安機(jī)關(guān)協(xié)同辦案系統(tǒng)，梳理曾經(jīng)受過(guò)打擊處理的在校學(xué)生名單，了解學(xué)生的現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)。

（三）對(duì)校園周邊的相關(guān)場(chǎng)所要組織開(kāi)展全面排查行動(dòng)，尤其是對(duì)校園周邊200米內(nèi)的相關(guān)商店、地?cái)偟葓?chǎng)所販賣管制刀具的業(yè)主，要發(fā)現(xiàn)一起查繳一起，堅(jiān)決堵塞管制刀具流入校園。

五、工作要求

（一）統(tǒng)一思想認(rèn)識(shí)。組織專項(xiàng)行動(dòng)，既是公安機(jī)關(guān)和教育行政管理部門提高駕馭校園及周邊安全防范能力，維護(hù)校園穩(wěn)定的重要舉措，也是落實(shí)構(gòu)建和諧社會(huì)的要求、保障師生人身安全的實(shí)際行動(dòng)。精心組織，確保任務(wù)到位、組織到位、責(zé)任到位，確保工作取得明顯成效。

（二）學(xué)校校長(zhǎng)是校園安全第一責(zé)任人，指導(dǎo)督促校園全面開(kāi)展收繳刀具專項(xiàng)行動(dòng)，進(jìn)一步建立健全校園內(nèi)部安全管理工作的各項(xiàng)規(guī)章制度，加強(qiáng)學(xué)校安全保衛(wèi)工作的制度化和規(guī)范化建設(shè)，落實(shí)人防、物防和技防措施，加強(qiáng)單位的治安防范，切實(shí)提升學(xué)校自身安全管理水平和自防自護(hù)能力。

（三）因地制宜，注重實(shí)效。要認(rèn)真總結(jié)近年來(lái)校園管制刀具收繳行動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)，因地制宜開(kāi)展管制刀具收繳工作。要注重宣傳教育，使學(xué)生明白收藏、攜帶、使用管制刀具的違法性和危害性，主動(dòng)遠(yuǎn)離刀具，并動(dòng)員他們積極舉報(bào)非法販賣、攜帶和使用管制刀具的行為，最大限度地預(yù)防校園涉刀案件的發(fā)生。要通過(guò)各種新聞媒體及時(shí)報(bào)道，營(yíng)造全民積極參與的良好氛圍。

（四）、密切配合，加強(qiáng)協(xié)作。派出所、學(xué)校要加強(qiáng)聯(lián)系，加強(qiáng)協(xié)作配合，互通情況信息，形成工作合力。各警種之間要通力合作，密切配合，協(xié)同作戰(zhàn)，全力搞好專項(xiàng)收繳工作。行動(dòng)中遇到的情況，應(yīng)及時(shí)向?qū)ｍ?xiàng)行動(dòng)領(lǐng)導(dǎo)小組報(bào)告。

（五）、加強(qiáng)信息，及時(shí)溝通。統(tǒng)一行動(dòng)后，學(xué)校要每月總結(jié)一次情況，重要情況及時(shí)上報(bào)。

至誠(chéng)中學(xué)關(guān)于對(duì)管制刀具的管理制度

為保障我校師生的人身安全，防止學(xué)生利用刀具作為兇器犯罪。結(jié)合國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)公布施行的《對(duì)部分道具實(shí)行管制的暫行規(guī)定》，特制定如下制度；

一、各類匕首、鎖刀、彈刀、三棱尖刀、西瓜刀以及刀刃長(zhǎng)度七公分以上、刀頂尖在四十五度以下的單刃刀具，一律列入管制。對(duì)于其他類似上述刀具的單刃、雙刃和三棱刀具，由于社會(huì)上使用的品種繁多，不可能一一作出具體規(guī)定，結(jié)合我校具體情況，對(duì)于常被學(xué)生利用作為犯罪兇器的均列入管制。

二、對(duì)于上述列入管制的刀具，學(xué)生不得購(gòu)買、贈(zèng)送、攜帶保管、使用。

三、班主任定期或不定期在教室、寢室（包括出租房）經(jīng)行清查。利用班會(huì)、法制課等機(jī)會(huì)對(duì)學(xué)生驚醒管制刀具的宣傳教育，明白其危害性。

四、學(xué)生如果有斗毆跡象，班主任應(yīng)引起高度警惕，立即將嫌疑學(xué)生及時(shí)清理，沒(méi)收刀具、棍棒等，并向安保處報(bào)告。

五、各班建立管制刀具收繳登記表，并將收繳的管制刀具上交安保處，安保處交派出所備案，班主任將其情況向家長(zhǎng)通報(bào)，要求家長(zhǎng)重視并對(duì)子女教育。

六、在學(xué)生中查出的刀具，學(xué)生不得以任何借口逃避學(xué)校及派出所的處理、處罰、情節(jié)嚴(yán)重的將追究法律責(zé)任。

七、如果學(xué)生在利用刀具行兇時(shí)，任何老師如果發(fā)現(xiàn)不予制止或不沒(méi)收刀具，造成嚴(yán)重后果的將按有關(guān)規(guī)定追究責(zé)任。若因班主任疏于管理，造成嚴(yán)重后果的將追究班主任經(jīng)濟(jì)或法律責(zé)任。

本制度報(bào)派出所及教文局安全股。

2011年 春

第五篇：最新刀具材料發(fā)展趨勢(shì)

摘要：本文主要簡(jiǎn)要介紹切削刀具材料的分類以及重要性，并根據(jù)切削刀具發(fā)展要求展望各類切削材料方趨勢(shì)。

關(guān)鍵字：切削刀具材料；刀具的分類；發(fā)展方向

1.概述

1.1 內(nèi)涵

在21世紀(jì)未來(lái)的歲月里，切削加工仍將是機(jī)械加工最主要的方法。其中，刀具材料起著至關(guān)重要的作用。切削刀具材料指的是用于制作刀具的材料，該刀具不僅對(duì)普通鋼，鑄鐵等一般材料加工，還要對(duì)鋁合金，高硬度鋼，鈦合金，復(fù)合材料等超硬超軟材料的加工。目前主要切削刀具材料包括：硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷、超硬材料、高速鋼等。1.2 重要性

刀具材料性能的優(yōu)劣，直接影響切削加工能否正常進(jìn)行。為了保證提高加工效率和加工質(zhì)量，同時(shí)降低加工費(fèi)用，刀具材料的性能必須優(yōu)良，并向更高水平發(fā)展。在切削加工中，刀具費(fèi)用約占加工總費(fèi)用的5%。加工效率和機(jī)床、人工等費(fèi)用受到刀具工作狀況的嚴(yán)重制約。只有在刀具正常工作和運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，加工效率才能得到提高，加工總費(fèi)用才能保持正?；驕p少；反之，切削加工不能正常進(jìn)行，甚至被迫停止。刀具切削性能的好壞，取決于構(gòu)成刀具的材料、幾何參數(shù)及其結(jié)構(gòu)，其中刀具材料對(duì)刀具耐用度、加工效率和加工質(zhì)量等的影響最大。隨著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，高速切削已成為切削的發(fā)展趨勢(shì)，它所采用的速度比常規(guī)切削速度高幾倍甚至十幾倍，切削溫度很高。因此，高速切削對(duì)刀具材料提出了更高的要求。研究表明，高速切削時(shí)，隨著切削速度的提高，切削力減小，切削溫度上升很高，達(dá)到一定值后上升逐漸趨緩。造成刀具損壞最主要的原因是切削力和切削溫度作用下的機(jī)械摩擦、粘結(jié)、化學(xué)磨損、崩刃、破碎以及塑性變形等磨損和破損，因此高速切削刀具材料最主要的要求是高溫時(shí)的力學(xué)性能、熱物理性能、抗粘結(jié)性能、化學(xué)穩(wěn)定性(氧化性、擴(kuò)散性、溶解度等)和抗熱震性能以及抗涂層破裂性能等。

2.刀具的分類及發(fā)展方向

2.1 硬質(zhì)合金

硬質(zhì)合金是以WC等難熔金屬碳化物為基體,以Co等過(guò)渡族金屬為粘結(jié)相,采用粉末冶金方法制備的材料。硬質(zhì)合金具有高強(qiáng)度、高硬度、高彈性模量、耐

磨損、耐腐蝕、熱膨脹系數(shù)小以及高化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn),是目前最主要的切削刀具材料，超細(xì)硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金是其在未來(lái)最主要的發(fā)展方向。

刀具材料性能的兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)—硬度和強(qiáng)度之間總存在著矛盾，超細(xì)硬質(zhì)合金是解決這種矛盾的重要途徑。目前國(guó)內(nèi)外在超細(xì)硬質(zhì)合金原料、晶粒長(zhǎng)大抑制、制備工藝等方面的研究已取得突破性進(jìn)展。超細(xì)WC-Co硬質(zhì)合金在印刷電路板打印針、金屬切削等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。但一方面，目前市場(chǎng)上多為亞微晶粒硬質(zhì)合金（0.6～0.9μm），而真正的超細(xì)硬質(zhì)合金材料（<0.5μm）十分少。晶粒超細(xì)化可獲得強(qiáng)度硬度 “雙高”的性能，因此晶粒度小于0.5μm的硬質(zhì)合金材料目是未來(lái)超細(xì)合金研究和發(fā)展的方向，而超細(xì)硬質(zhì)合金制備過(guò)程中的均勻性，晶粒度控制等仍是需要解決的問(wèn)題。另一方面，目前超細(xì)硬質(zhì)合金主要是K類，而應(yīng)用更廣泛的P、M類硬質(zhì)合金的超細(xì)化的研究在國(guó)內(nèi)外也已經(jīng)得到重視。

上世紀(jì)70年代出現(xiàn)的刀具涂層技術(shù)是刀具發(fā)展史上的一個(gè)里程碑，涂層技術(shù)得到了高速發(fā)展。采用各種涂層技術(shù)在硬質(zhì)合金基體上涂覆上一層或者多層高硬度、高耐磨損性能的材料，可顯著提高刀具的使用性能。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中，涂層刀具材料占全部刀具材料使用量的70-80%。涂層硬質(zhì)合金在未來(lái)主要關(guān)注的三個(gè)方面，即優(yōu)質(zhì)涂層基體的開(kāi)發(fā)、涂層材料的開(kāi)發(fā)及納米化、涂層技術(shù)的改進(jìn)的新技術(shù)開(kāi)發(fā)。梯度硬質(zhì)合金表面富Co、具有良好的抗涂層裂紋擴(kuò)散能力，研究梯度結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程,精確控制梯度結(jié)構(gòu)硬質(zhì)合金微觀組織，使其成為優(yōu)質(zhì)的涂層基體。同時(shí)強(qiáng)韌性優(yōu)異的涂層基體新材質(zhì)的開(kāi)發(fā)也非常重要。目前的涂層材料包括TiC、TiN、Al2O3、TiAlN等，開(kāi)發(fā)新的耐磨涂層材料及組合，制備具有納米級(jí)晶粒度的涂層組織是獲得高切削性能的保證。目前的涂層技術(shù)主要包括CVD、PVD等，但CVD存在溫度高、使用有毒性的氣體等缺點(diǎn)； PVD方法是在500℃或者低于500℃下進(jìn)行的，膜基體結(jié)合力有待提高，改進(jìn)目前的涂層工藝和開(kāi)發(fā)新的涂層技術(shù)非常必要。2.2 金屬陶瓷

Ti(C，N)基金屬陶瓷刀具有更好的紅硬性，耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性，與金屬間的摩擦系數(shù)極低，抗粘刀能力強(qiáng)，有利于提高加工件的表面光潔度和控制尺寸精度，可用于制成微型可轉(zhuǎn)位刀片,用于精鏜孔、精孔加工和以車代磨等精加工領(lǐng)域，其功能填補(bǔ)了傳統(tǒng)WC-Co系硬質(zhì)合金與Al2O3陶瓷刀具之間的空白，是一種大有前途的刀具材料。必須指出的是，與大量使用W、Co的稀缺戰(zhàn)略資源硬質(zhì)合金相比，金屬陶瓷以相對(duì)豐富的Ti和Ni為主要原材料資源，具有明顯的資源優(yōu)勢(shì)。目前，金屬陶瓷發(fā)展最好的日本，其切削刀具中金屬陶瓷（絕大部分是Ti(C,N)基金屬陶瓷）已經(jīng)占到30%以上。美國(guó)的切削刀具市場(chǎng)上，金屬陶瓷刀具已占5%以上，且仍在增加。我國(guó)作為世界第一大硬質(zhì)合金生產(chǎn)國(guó)與消費(fèi)國(guó)，年產(chǎn)硬質(zhì)合金15000噸左右（占世界1/3），金屬陶瓷刀具占不到0.5%，有很大的發(fā)展空間。

金屬陶瓷材料具有耐高溫、耐磨損耐腐蝕、高硬度重量輕等優(yōu)點(diǎn)但其致命的弱點(diǎn)是脆性大這不僅限制了現(xiàn)代陶瓷材料的應(yīng)用范圍也限制了其優(yōu)良性能的發(fā)揮。因此進(jìn)一步提高金屬陶瓷刀具材料的斷裂韌性和抗彎強(qiáng)度仍然是目前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。通過(guò)成分改進(jìn)、晶粒細(xì)化和表面涂層等工藝，使其性能進(jìn)一步提高。預(yù)計(jì)金屬陶瓷刀具材料將代替 WC 基硬質(zhì)合金，成為整個(gè)刀具材料中的新生力量，甚至占據(jù)硬質(zhì)合金的主要刀具材料的地位。2.3 陶瓷材料

陶瓷刀具材料是以氧化鋁或氮化硅等為主要成分，加微量添加劑，經(jīng)冷壓制成形后燒結(jié)而成，是一種廉價(jià)的非金屬材料。它具有高硬度和高溫硬度，在1200℃時(shí)硬度達(dá)58HRC，可加工硬度高達(dá)65HRC的高硬度難加工材料；化學(xué)性能穩(wěn)定，耐氧化，摩擦因數(shù)低，刀具耐用度比硬質(zhì)合金提高幾倍至幾十倍，切削效率提高3～10倍。而且使用陶瓷刀具，可節(jié)約大量的貴重金屬W、Co、Ni及Ti等。

陶瓷刀具是最有發(fā)展?jié)摿Φ母咚偾邢鞯毒?目前已引起世界各國(guó)的重視。在德國(guó)約70% 加工鑄件的工序是用陶瓷刀具完成的, 而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具總量的8%～10%。中國(guó)開(kāi)發(fā)的陶瓷與硬質(zhì)合金的復(fù)合刀片, 其工作表面既有陶瓷材料高的硬度與耐磨性, 而基體又有硬質(zhì)合金較好的抗彎強(qiáng)度, 故能承受沖擊負(fù)荷, 并解決了陶瓷刀具鑲焊困難等問(wèn)題, 為推廣使用陶瓷刀具創(chuàng)造了條件。

但由于其強(qiáng)度低、韌性差，陶瓷刀具未能在我國(guó)廣泛推廣應(yīng)用。為解決韌性差，納米化技術(shù)已成為重要的研究方向，以提高韌性，可以預(yù)料,隨著高速切削、干式切削和硬切削應(yīng)用的增多,陶瓷刀具必將得到高速的發(fā)展。2.4 超硬刀具材料

超硬材料是指聚晶金剛石（PCD）和聚晶立方氮化硼（CBN）。PCD（Polycrystalline diamond）是結(jié)構(gòu)取向不一的細(xì)晶粒金剛石燒結(jié)體，由于PCD燒結(jié)體表現(xiàn)為各向同性，因此不易沿單一解理面裂開(kāi)。PCD刀具因其良好的加工質(zhì)量和加工經(jīng)濟(jì)性在非金屬材料、有色金屬及其合金材料、金屬基復(fù)合材料等切削加工領(lǐng)域顯示出其它刀具難以比擬的優(yōu)勢(shì)。隨著PCD刀具理論研究日益深入，尤其在提其化學(xué)穩(wěn)定性方面的進(jìn)展，PCD刀具在切削刀具領(lǐng)域的地位將日益重要，其應(yīng)用范圍也將進(jìn)一步拓展。

PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride)是由許多細(xì)晶粒CBN聚結(jié)而成的CBN聚集體的一類超硬材料產(chǎn)品。它除了具有高硬度、高耐磨性外，還具有

高韌性、化學(xué)惰性、紅硬性等特點(diǎn)，能夠在高溫下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定切削，特別適合加工各種淬火鋼、工具鋼、冷硬鑄鐵等難加工材料。PCBN刀具切削鋒利、保形性好、耐磨性能高、單位磨損量小、修正次數(shù)少、利于自動(dòng)加工，適用于從粗加工到精加工的所有切削加工。目前的新型的PCBN刀具比起那些早期缺乏韌性的牌號(hào)有了革命性的變化。PCBN刀具的設(shè)計(jì)和用途也出現(xiàn)了許多新的進(jìn)展，PCBN刀具能夠更加廣泛地滿足特殊工件材料加工過(guò)程的要求，改善加工性能，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。PCBN在數(shù)控切削行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用，是一種具有良好發(fā)展前景的刀具材料。2.5 粉末高速鋼（PMHSS）

高速鋼是一種傳統(tǒng)的刀具材料盡管高速鋼材料在全世界的銷售額正逐年減少，但粉末冶金高速鋼的使用量仍在不斷增加，這種高性能高速鋼比普通高速鋼具有更好的耐磨性、紅硬性和使用的可靠性。

粉末高速鋼（PMHSS）通過(guò)把高速鋼微細(xì)粉末用特殊方法成形并燒結(jié)而制成的高速鋼材制品。PMHSS是高速鋼中的上品，它的特點(diǎn)在于無(wú)論尺寸大小和形狀如何，都具有組織均勻,晶粒細(xì)小,消除了熔鑄高速鋼難以避免的偏析,因而比相同成分的熔鑄高速鋼具有更高的韌性和耐磨性，同時(shí)還具有熱處理變形小、鍛軋性能和磨削性能良好等優(yōu)點(diǎn)。研究表明，用微量的氮置換粉末高速鋼中的一部份碳，不僅能增加強(qiáng)度，而且韌性、耐磨損性、耐熱性都獲得提高。關(guān)鍵在于掌握氮含量的控制技術(shù)。

PMHSS工藝技術(shù)隨著粉末冶金技術(shù)日新月異的發(fā)展，將會(huì)涌現(xiàn)出一系列新技術(shù)、新工藝，如粉末冶金注射成形、熱壓成形、流動(dòng)熱壓成形、高速壓制成形、微波燒結(jié)、燒結(jié)硬化等。PMHSS工藝技術(shù)正朝著高致密化、高性能化、集成化和低成本化等方向發(fā)展，在未來(lái)，高速鋼仍在切削領(lǐng)域占有一席之地。展望

綜上所述，隨著社會(huì)進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在航空、航天、船舶、電子、汽車等領(lǐng)域?qū)Φ毒卟牧咸岢隽嗽絹?lái)越高的要求。由加工工藝的多樣性造成對(duì)刀具材料需求的多樣性，提高各類刀具材料性能，進(jìn)一步提高刀具材料耐磨性和韌性是未來(lái)刀具材料發(fā)展的主流。

在現(xiàn)代刀具材料中，含有多種金屬成分和非金屬成分。有些在大自然中蘊(yùn)藏豐富，取之不盡，用之不竭；但也有些儲(chǔ)藏量有限，制約著刀具材料的發(fā)展。高速鋼和硬質(zhì)合金是目前用得最多的2種材料，其成分為W、Mo、Cr、V、Ti、Co等。如傳統(tǒng)的鎢高速鋼W18Cr4V中含W達(dá)18%，鎢鈷類硬質(zhì)合金含WC92%～97%，鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金合WC66%～85%，通用類硬質(zhì)合金含WC82%～85%，普通高速鋼

中不含Co，高性能鈷高速鋼中含Co量高達(dá)8%～10%，各類硬質(zhì)合金中含Co量為3～10%。中國(guó)W資源豐富，除本國(guó)使用外，還大量出口。全世界使用的W原料，約75%～80%來(lái)自中國(guó)。中國(guó)W的蘊(yùn)藏量尚夠用50年，半個(gè)世紀(jì)后將發(fā)生枯竭。Co的情況與W不同，中國(guó)Co資源缺少，大部分依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴。故在刀具材料的應(yīng)用與發(fā)展中應(yīng)十分注意節(jié)約W和Co，具體建議是：

（1）發(fā)展鎢鉬和鉬鎢高速鋼，用Mo代替一部分W。如W6Mo5Cr4V2高速鋼中W只占6%，Mo占5%。其使用性能與W18Cr4V相當(dāng)。

（2）發(fā)展無(wú)鈷或少鈷的高性能高速鋼。目前中國(guó)在這方面已做出了很大貢獻(xiàn)。如自行研發(fā)的W6Mo5Cr4V2Al(M2Al)、W12Mo3Cr4V3N(V3N)和W12Mo3Cr4V3Co5Si(Co5Si)，都節(jié)約了Co資源，而使用性能均能完全可與美國(guó)的知名產(chǎn)品110W1.5Mo9.5Cr4VCo8(M42)相媲美。M42的綜合性能很好，但Co含量高，價(jià)格貴，不適合中國(guó)國(guó)情。

（3）發(fā)展金屬陶瓷，用TiCN或TiC作基體，不含WC或少含WC，粘結(jié)劑用Ni、Mo。這樣就節(jié)約了W和Co。與WC基硬質(zhì)合金相比，金屬陶瓷的硬度較高，與工件材料之間的摩擦系數(shù)較小，耐磨性更強(qiáng)；不足之處是抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性稍低，故其使用受到一定限制。用Ni、Mo作粘結(jié)劑，可節(jié)約Co；若能成功地用Fe作粘結(jié)劑，則意義更大。發(fā)展金屬陶瓷對(duì)節(jié)約資源有重要意義。

（4）發(fā)展陶瓷和PCBN。在它們的組分中，都沒(méi)有貴重金屬，使用性能常優(yōu)于硬質(zhì)合金；唯韌性不足，可加工性不好，在使用上受到限制；另外，由于工藝成本的原因，其價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力尚不夠強(qiáng)。應(yīng)改變組分，改進(jìn)工藝，降低價(jià)格，使陶瓷和PCBN刀具進(jìn)一步推廣使用。

（5）發(fā)展人造金剛石。金剛石的原料并不貴重，而且是最硬的刀具材料，可用以代替硬質(zhì)合金加工高硬的非鐵金屬和非金屬材料，從而節(jié)省了W、Wo資源。對(duì)有色金屬進(jìn)行精密切削，更是非金剛石刀具莫屬

對(duì)材料發(fā)展的看法

21世紀(jì)刀具材料必定有更快的發(fā)展。（1）刀具材料的發(fā)展要適應(yīng)加工對(duì)象的需要，尤其是難加工材料應(yīng)用的需要。航空、航天工程材料應(yīng)當(dāng)處于領(lǐng)頭的位置。（2）刀具材料的新發(fā)展不斷對(duì)它們的制造工藝提出新要求，而制造工藝的進(jìn)步推動(dòng)著刀具材料的新發(fā)展。（3）刀具材料的發(fā)展要考慮資源的儲(chǔ)有量，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先

發(fā)展儲(chǔ)存量大的刀具材料，節(jié)約貴重資源的刀具材料。

參考文獻(xiàn)

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