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第二章 金属切削原理与刀具
培训要求 了解刀具材料的性能及其适用范围，刀具切削部分的几何参数及其合理选择、刀具刃磨的方法；掌握磨削原理及砂轮的选择、切削变形、总切削力、切削热与切削温度、刀具磨损与刀具寿命、切屑等规律。
第一节 刀具材料一、 刀具材料应具备的性能
在金属切削过程中，刀具的切削部分是在较大的总切削力、较高的切削温度和剧烈的摩擦条件下进行工作的。刀具寿命的长短和切削效率的高低，首先取决于刀具材料是否具有良好的性能，此外，刀具材料的工艺性能对刀具本身的制造与刃磨质量也有很大的影响。因此，刀具切削部分的材料应满足下列要求：
高硬度刀具切削部分的硬度，必须高于工件材料的硬度，常温下硬度应达到HRC60以上。某些难以加工的材料，对刀具硬度的要求则更高
高耐磨性耐磨性表示刀具材料抵抗磨损的能力，通常硬度越高的材料其耐磨性也越好。
足够的强度和韧性刀具材料应具备足够的强度和韧性，才能保证刀具在正常切削过程中能够承受总切削力、冲击和振动，才能防止刀具的崩刃或脆性断裂。一般用抗弯强度和冲击韧度来衡量他们的好坏。
高的耐热性耐热性（又称红硬性）是指刀具材料在高温下保持切削性能的能力，它是刀具材料的主要性能指标，一般用温度来表示。
良好的工艺性 为了便于刀具的制造，要求刀具具有良好的可加工性。可加工性主要是指切削加工性和焊接性能。热处理性是指热处理变形小、脱碳层薄和淬透性好等。
此外，还应考虑刀具材料的经济性，否则将难以大量推广使用。二、 刀具材料的种类
密 度材料种类ρ
密 度
材料种类
ρ（g/
cm2）
硬度HRC
(HRV)［Hv］
冲击韧度
抗弯强度
o /GP
α
k
/(kj/cm2)
bb
×10-3
热导率
w/(m..C)
耐热性
/C
工具钢
硬质
合金
钨钛钽（铌）
钴类
碳化钛基类氧化铝陶瓷氧化铝碳化
14.4-15.0
（-92）
1.47
-
1000-1100
12.7-13.5
（92-93.3）
0.87-1.08
0.44-6.86
-
1100
1200
碳素工具钢
7.6-7.8
60-65
2.16
41.87
200-250
合金钢
7.7-7.9
60-65
2.35
41.87
300-400
高速钢
8.0-8.8
63-70
1.96-4.41
9.8-58.8
16.75-25.1
600-700
钨钴类
11.4-15.3
（89-91.5）
1.08-2.16
1.9-5.9
75.4-87.9
800
钨钛钴类
9.35-13.2
（89-92.5）
0.882-1.37
0.29-0.68
20.9-62.8
900
3.6-4.7
（91-95） 0.49-1.11 4.19-20.93
陶瓷
物混合物陶
瓷
0.71-0.88
1100
氧化硅陶瓷
3.26
5000
0.735-0.83
-
37.68
1300
超硬
立方氮化硼
3.44-3.49
8000-9000
2.94
-
75.55
1400-1500
材料
材料
人造金刚石
3.47-3.56
10000
0.21-0.48
-
146.54
700-800
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。用作刀具的牌号一般是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。
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、GCr15、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、锉丝板等。
高速钢高速钢是一种含钨、钼、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，如成行车刀、铣刀、钻头、铰刀、拉刀、齿轮刀具等。
类别牌号硬度≥HRC
类别
牌号
硬度≥
HRC
抗弯强度
冲击韧度
σ
bb
/MP
α
k
/(kj/cm2)
600°高温
硬度HRC
磨削性能
普通高速钢
W18Cr4V
63-66
3430
0.030
48.5
好。棕刚玉，
砂