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出版者:机械工业出版社

作者:邓建新/赵军编

出品人:

页数:305

译者:

出版时间:2005-4

价格:25.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787111161042

丛书系列:

图书标签:

• 数控刀具
• 刀具材料
• 切削工具
• 机械加工
• 材料选择
• 制造工艺
• 金属切削
• 工业技术
• 工具材料
• 数控技术

机械制造的基石：精密加工的艺术 在当今工业生产领域，精确、高效地加工制造是衡量一个国家工业水平的重要标志。而支撑起这一切精密加工的，离不开那些在高速运转中默默奉献的“牙齿”——数控刀具。它们是机械制造的灵魂，直接决定着产品的精度、表面质量、生产效率乃至制造成本。 本书旨在为广大机械制造领域的从业者、技术研究者以及相关专业的学生，提供一个全面、深入了解数控刀具材料选择的视角。我们不局限于对单一材料的罗列，而是致力于揭示不同刀具材料在复杂加工环境下的性能表现、适用范围以及背后的科学原理。本书将带领您一同探索，如何根据具体的加工对象、工艺要求和经济效益，做出最优化、最明智的刀具材料选择。 一、 刀具材料的性能需求：从微观到宏观的严苛考验 一把优秀的数控刀具，绝非简单的金属块。它的诞生，凝聚了材料科学与工程技术的智慧。在高速切削、强力切削、大切深切削等严苛工况下，刀具材料必须承受多重挑战： 高硬度（Hardness）： 这是刀具最基本也是最重要的性能。高硬度材料能够抵抗切削过程中产生的剧烈磨损，保持锋利的切削刃，从而提高加工精度和表面质量。我们将深入探讨，何种材料能够实现优异的高温硬度，即使在高温环境下也能保持硬度不降。 高耐磨性（Wear Resistance）： 刀具的寿命很大程度上取决于其耐磨性。耐磨性好的材料能够有效地抵御切削刃上的磨损，延长刀具的使用寿命，降低更换频率，显著提高生产效率。本书将剖析不同材料的显微组织、强化机制对其耐磨性的影响。 足够的韧性（Toughness）： 在切削过程中，刀具不仅承受磨损，还承受冲击载荷和振动。如果刀具材料过于脆硬，容易发生崩刃、断裂等现象，导致加工中断甚至损坏工件。因此，在保证硬度的同时，兼顾良好的韧性是实现稳定高效切削的关键。我们将探讨如何通过材料成分、热处理工艺来平衡硬度和韧性。 优异的耐热性（Hot Hardness / Red Hardness）： 高速切削会产生巨大的热量，如果刀具材料不能有效抵抗高温，切削刃会软化，导致刀具迅速失效。因此，能够保持高温下硬度的材料，是实现高速切削的基石。本书将重点分析这些材料在高温下的结构稳定性。 良好的高温强度（Hot Strength）： 除了高温硬度，材料在高温下的整体强度也至关重要，它关系到刀具在高负荷下的抗变形能力。 良好的导热性（Thermal Conductivity）： 适度的导热性有助于将切削热及时导出，降低切削温度，从而延长刀具寿命，并对工件的热变形产生积极影响。 化学稳定性（Chemical Stability）： 在某些加工过程中，切削液与刀具材料之间可能发生化学反应，导致刀具腐蚀和磨损。良好的化学稳定性可以有效避免这些问题。 二、 经典与前沿：数控刀具材料的家族图谱 本书将全面梳理数控刀具材料的大家族，从经典的材料到当前最前沿的研发成果，为您呈现一幅完整的技术画卷。 高速钢（High Speed Steel, HSS）： 作为应用最广泛的传统刀具材料，高速钢凭借其良好的综合性能、相对较低的成本以及易于加工等特点，在许多通用加工领域仍占据重要地位。我们将深入解析其成分构成（如钨、钼、铬、钒等元素的作用）、不同牌号（如W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2等）的性能差异，以及退火、淬火、回火等热处理工艺如何赋予其优异的性能。 硬质合金（Cemented Carbide）： 硬质合金以其极高的硬度、优异的耐磨性和良好的热稳定性，成为现代数控加工中不可或缺的材料。本书将重点介绍硬质合金的组成（碳化钨、钴、以及添加的碳化钛、碳化钽等）、不同牌号（如YG系列、YT系列、YW系列）的性能特点、制备工艺（如粉末冶金、烧结）以及涂层技术（如TiN、TiCN、TiAlN、Al2O3等）如何进一步提升其加工性能。 陶瓷刀具（Ceramic Tool Materials）： 陶瓷刀具以其超高的硬度、优异的耐高温性和化学稳定性，在高速切削难加工材料方面展现出独特的优势。我们将详细介绍氧化铝基陶瓷、氮化硅基陶瓷、碳氮化硅基陶瓷等不同类型陶瓷的性能特点、制备方法以及在高温、高硬度材料加工中的应用。 立方氮化硼（Cubic Boron Nitride, CBN）： CBN是继金刚石之后硬度最高的材料，仅次于金刚石，其高温硬度和耐磨性表现尤为突出，尤其适用于淬硬钢、铸铁等难加工材料的高速切削。本书将深入探讨CBN材料的晶体结构、性能特点、以及与钴基合金等基体的结合工艺，并分析其在汽车、航空航天等行业的应用。 金刚石（Diamond）： 作为自然界中最硬的材料，金刚石刀具在加工有色金属、非金属材料（如木材、塑料、石墨）等领域具有无可比拟的优势。我们将讨论天然金刚石和人造金刚石（如PCD、PCBN）的性能差异，以及其在高效、精密加工中的应用。 涂层刀具（Coated Tools）： 涂层技术是提升刀具性能和寿命的有效手段。本书将系统介绍各种硬质涂层（如TiN、TiCN、TiAlN、Al2O3、CrN等）的性能特点、制备方法（如PVD、CVD、PACVD）以及它们对刀具性能提升的作用机理。同时，也将展望新型复合涂层和超硬涂层的发展趋势。 新型刀具材料与技术： 除了经典材料，本书还将触及一些前沿的刀具材料研发动态，如纳米晶材料、复合材料、金属基复合材料、金刚石涂层等，探讨它们在未来精密加工领域可能扮演的角色。 三、 材料选择的智慧：工艺与经济的双重考量 刀具材料的选择并非孤立的决定，它必须与具体的加工工艺、被加工材料的特性以及企业的经济效益紧密结合。 被加工材料的特性分析： 不同的材料（如碳钢、合金钢、不锈钢、铸铁、铝合金、钛合金、镍基高温合金、复合材料等）其硬度、强度、塑性、导热性、切削力等差异巨大，这就决定了对刀具材料的选择也必须因材施策。本书将详细分析不同材料的切削机理，并给出相应的刀具材料选择建议。 加工工艺的匹配： 车削、铣削、钻削、镗削等不同的加工工艺，对刀具的几何形状、受力方式、切削速度、进给量、切削深度等都有不同的要求。例如，铣削的断续切削特点对刀具的韧性提出了更高要求。本书将结合具体加工工艺，指导您如何选择最适合的刀具材料。 经济性评估： 刀具成本与刀具寿命、加工效率、废品率等经济因素之间存在复杂的权衡关系。本书将引导读者从全生命周期成本的角度，评估不同刀具材料的经济性，帮助企业做出最具性价比的选择。 刀具寿命与可靠性管理： 了解不同刀具材料的磨损机制，预测刀具寿命，进行合理的刀具管理，是保证生产连续性和稳定的关键。 四、 实践指导：从理论到应用的桥梁 本书不仅提供理论知识，更注重实践指导。通过丰富的案例分析、工艺参数推荐以及常见问题解答，帮助读者将理论知识转化为实际操作技能。 经典案例分析： 结合实际生产中的典型加工场景，分析不同刀具材料的选择过程、遇到的问题及解决方案。 工艺参数参考： 提供不同刀具材料在常见加工条件下的切削速度、进给量、切削深度等参考参数，为实际生产提供便捷的指导。 故障诊断与预防： 介绍刀具失效的常见原因，如磨损、崩刃、积屑瘤、热裂纹等，并提供相应的预防措施。 本书的出版，旨在为机械制造领域提供一份权威、实用的参考。我们相信，通过深入理解数控刀具材料的特性，掌握科学的选用原则，定能为您的精密加工事业插上腾飞的翅膀，驱动中国制造迈向更高远的未来。

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阅读过程中，我发现这本书在“标准与规范”方面的引用做得非常扎实，这在工程参考书中是至关重要的，它保证了内容的权威性和可追溯性。作者似乎花费了大量精力去核对和引用最新的国际标准，比如ISO和ASTM的相关分类体系。每次介绍一种新材料的化学成分或机械性能指标时，都会明确指出它所遵循的标准编号。这对于需要进行跨国合作项目或者需要严格质量控制的工程师来说，简直是福音。我尤其欣赏它对失效分析案例的收录。书中有一部分专门讨论了因材料选择不当导致的各种刀具失效模式——从前刀面的塑性变形到后刀面的月牙洼磨损，配图清晰地展示了失效的微观形态，并且明确指出了在选择刀具材料时应该如何规避这些风险。例如，在讨论高速钢材料时，它不仅提到了钴含量对热稳定性的影响，还结合了实际的高速带锯应用场景，分析了不同碳化物形态对锯齿边缘强度的影响。这种将理论知识、标准规范和实际失效案例完美融合的叙事方式，让这本书的参考价值远远超出了普通的材料性能列表。

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我特别想提及这本书在“前沿技术整合”方面的努力。在当今制造业快速迭代的背景下，一本技术手册如果不能紧跟最新的材料科学突破，很快就会过时。这本书显然在这方面下了苦功。它用了相当的篇幅来介绍近年来新兴的纳米结构材料和复合功能涂层。比如，对于PDC（聚晶金刚石）刀具，它不仅详述了传统的高压高温法（HPHT）制备工艺，还深入分析了新型的化学气相沉积（CVD）金刚石的晶体生长优势，尤其是在高硬度、高纯度方面的表现，并给出了在超精密加工中的应用案例。更令人惊喜的是，书中还涉及了智能刀具材料的初步探讨，虽然这部分内容相对简略，但已经能窥见未来刀具技术的发展方向，例如自修复涂层或温度敏感型材料的应用前景。这种兼顾“当下实用性”与“未来导向性”的平衡把握，使得这本书不仅是今天解决问题的利器，也是未来几年内保持技术视野的重要参考。它成功地架起了实验室研究成果与车间实际应用之间的桥梁，这一点是很多老旧手册无法比拟的。

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这本书的真正价值，我认为体现在它对“情景化”问题解决的深度挖掘上。很多手册只告诉你“什么材料对应什么加工任务”，但这本书更进一步，它会探讨“为什么”。比如，在描述钛合金的高速铣削问题时，作者没有简单地推荐PVD涂层铣刀，而是详细分析了钛合金在高温下易产生化学亲和力的特性，并据此引出了对特定梯度涂层和冷却策略的综合考量。这种层层递进的分析思路，完全摆脱了传统手册的模板化倾向。我曾遇到一个棘手的深孔镗削问题，工件材料属于难加工镍基合金，常规的CBN刀具寿命极短。在翻阅这本书的“非常规材料加工”章节后，我找到了作者对几种新型微米级碳化钨复合材料的介绍，书中详细对比了这种材料在极端应力下的断裂韧性模型。按照书中的建议调整了进给量和冷却剂的雾化角度，试切的效果立竿见影，刀具寿命提高了近三倍。这种直接指导实际生产、能够解决“疑难杂症”的能力，是这本书最让我信服的地方。它不只是知识的堆砌，更是实战经验的结晶，充满了对复杂工程挑战的深刻洞察力。

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这本书的排版和装帧实在是令人眼前一亮，那种沉甸甸的质感，拿到手里就让人感到专业和可靠。我特别欣赏它在章节布局上的用心，从基础的材料科学原理讲起，逐步深入到各种复杂加工场景下的应用实例。不像有些技术手册，上来就是一堆公式和图表，让人望而却步。这本书的作者显然深谙“授人以渔”的道理，在讲解每一种刀具材料特性时，都会配上清晰的力学性能曲线和显微组织照片，这对于理解材料的内在本质非常有帮助。比如，在讲到硬质合金刀具时，它不仅罗列了钴的含量和WC颗粒度，还用生动的语言解释了这些参数如何影响刀具的抗冲击性和耐磨性。我印象最深的是关于陶瓷刀具那一部分，作者通过对比不同烧结工艺对材料晶界结构的影响，很直观地解释了为什么某些陶瓷刀具在高速切削中表现得异常稳定。此外，书中的图例和示意图质量极高，很多都是彩色的高分辨率显微照片，这在同类书籍中并不多见，极大地提升了阅读体验，也让那些抽象的材料学概念变得触手可及。可以说，这本书在视觉呈现和内容组织上达到了一个很高的水准，让人愿意一页一页地读下去，而不是仅仅把它当作工具书来查阅。

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这本书在撰写风格上展现出一种罕见的、近乎哲学思辨的严谨态度。它不仅仅是告诉我们“用什么”，更重要的是引导我们思考“为什么”。在对各种刀具材料进行横向比较时，作者总是会引入“权衡”的概念——没有绝对最好的材料，只有最适合当前工艺约束条件的材料。例如，在对比陶瓷与硬质合金在干式加工中的表现时，它深入探讨了材料的热膨胀系数差异如何影响切削界面的温度梯度，进而影响涂层的热稳定性和粘结强度。这种深度分析，迫使读者跳出非黑即白的思维定式，去理解材料工程中的多变量优化问题。对于我这样需要在不同车间环境中快速做出决策的技术人员来说，这种“系统思维”的训练极其宝贵。它教会我如何构建一个评估框架，而不是盲目地追逐所谓的“最新技术”。这本书的语言虽然专业，但逻辑链条极其清晰，每一论点都有充分的材料数据和物理模型作为支撑，读完后感觉自己的技术决策能力都有了质的提升，不再是经验主义的简单复制。

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