金属工艺学教案（切削加工篇）
【教材版本】
邓文英主编．高等学校教材—金属工艺学．第5版．
北京：高等教育出版社，2010.3
【教学章节】
第五篇 切削加工
第一章 金属切削基础知识 第二节 刀具材料
【教学目标与要求】
一、知识目标
了解刀具材料的重要性，能够分析刀具的工作特点，合理确定刀具材料的性能要求。
二、能力目标
学生正在金工实习，应使学生理论联系实际，培养分析和解决实际问题的能力。
【分析学生】
切削加工涉及很多生产实际知识，大二学生缺乏这方面感性认识，且名词概念多，学生听懂容易记
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住难，会分析应用更难，所以应注意课堂气氛，注重培养学习兴趣。
【教学设计思路】
多媒体教学，本节以讲授为主。
【教学安排】
学时（30分钟）
【教学内容】
概述
1、介绍常见的一些刀具
盘铣刀 端铣刀 钻头 镗刀 车刀 齿轮滚刀 板牙 2、介绍刀具结构
整体式 焊接式 机夹可重磨式 机夹可转位式
介绍本次课学习内容
1、刀具工作特点分析
2、刀具材料的性能要求
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丝锥
3、常用刀具材料
（由杨志卖刀引出并突出切削金属时的特点）
一、刀具工作特点分析
1、分析刀具切削过程：弹性变形 塑性变形（脆性材料无） 挤裂
观看视频
2、刀具工作时的三个特点
刀具与工件发生剧烈摩擦：切削45钢，5mm切深，切削力400kg；10mm，2000kg。
刀具承受一定冲击：切铸铁，由弹变直接崩裂。
切削区有很高的温度：切45钢，2米每秒，900℃；不锈钢，1050℃。
二、对刀具材料的基本要求
在切削过程中，刀具切削部分不仅要承受很大的切削力，而且要承受切屑变形和摩擦产生的高温，要保持刀具的切削能力，刀具应具备如下的性能：
1、高的硬度
刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。常温下一般应在HRC60以上。
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2、足够的强度和韧性
刀具切削部分要承受很大的切削力和冲击力。因此，刀具材料必须要有足够的强度和韧性。
3、高的耐磨性
抵抗切削过程的磨损，维持一定的切削时间。
耐用度：刀具从开始切削到磨钝的时间。
钝刀的危害：精度低，摩擦大，烧伤工件。
耐用度的重要性：切削加工发展方向——智能化、自动化，生产线的应用越来越多。如一拖动力机械有限公司柴油机缸盖生产线。
耐用度的影响因素：刀具材料的耐磨性、被切削材料、切削工艺。
耐磨性的影响因素：刀具材料的硬度；刀具材料的成分与组织。
4、良好的耐热性
刀具材料的耐热性是指在高温下仍能保持其硬度和强度的性能。
热硬性（红硬性）：能维持切削性能的最高温度。
热硬性决定切削速度：刀具材料的发展历程就是切削速度的提升过程。
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切削速度高的优点：效率高。例：车削Ф100×500 钢
高速切削的优点：高质量；可加工难切削材料。
5、良好的工艺性
为便于制造，要求刀具材料具有良好的可加工性。包括热加工性能（可锻性、可焊性、淬透性）和机械加工性能。
三、常用刀具材料
刀具材料的种类很多，常用的有：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金和陶瓷等。
1、碳素工具钢
含碳较多，淬火后硬度高。这类钢生产时一般是锻造以后先退火，退火后硬度低，比其他刀具材料更容易加工；然后再淬火，可以得到较高的硬度。价格低。耐热性差；可淬性差，需强冷，但强冷容易引起刀具变形，甚至断裂。
用途：低速切削、形状简单的手动工具。如锉刀、锯条等。 2、合金工具钢
加入Ti、V、W、Mo、Gr等，含量≤3～5%，形成碳化物；改善热处理性能。硬度HRC≈61~68，耐热性350~400℃。
用途：低速切削、形状复杂的工具。如铰刀、板牙、丝锥等。
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3、高速钢 （占50%）
加入较多的钛、钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢。它具有较高的强度、韧性和耐热性，是目前应用最广泛的刀具材料。又称“风钢”或“锋钢”。
用途：广泛，各种复杂刀具如钻头、拉刀、铣刀等。
4、 硬质合金（占45%）
硬质合金是由硬度和熔点都很高的碳化物，用Co作粘结剂烧结而成的粉末冶金制品。其常温硬度可达78～82 HRC，能耐850～1000℃的高温，切削速度可比高速钢高4～10倍。但其冲击韧性与抗弯强度远比高速钢差，
应用：硬质合金刀片焊接或用机械夹固的方式固定在刀体上。
我国目前生产的常用硬质合金主要分为两类：
1）K类（YG）
即钨钴类，由碳化钨和钴组成。这类硬质合金韧性较好，但硬度和耐磨性较差，适用于加工铸铁、青铜等脆性材料。常用的牌号有：YG8、YG6X、YG3X，数字表示Co含量的百分数，YG6即含Co为6%，含Co越多，则韧性越好。X表示细晶粒。
2）P类（YT）
即钨钴钛类，由碳化钨、碳化钛和钴组成。这类硬质合金耐热性和耐磨性较好，但抗冲击韧性较差，适用于加工钢料等韧性材料。常用的牌号有：YT5、YT15、 YT30等，其中的数字表示碳化钛含量的百
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分数，碳化钛的含量越高，则耐磨性较好、韧性越低。
5、陶瓷
以氧化铝和氮化硅为主要成分经高温烧结而成。
特点：高硬度；耐磨性好； 耐热性好；摩擦系数小
强韧性差
用途：高硬材料（以车代磨）；
大件（炮管、飞轮、气缸套筒）；
高精度零件
另外还有金刚石和立方氮化硼，由于质脆、工艺性差及价格昂贵等原因，仅在较小的范围内使用。
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