机械设计制造及其自动化专业课程设计齿轮滚刀、插齿刀设计及其加工工艺.doc

南 华 大 学
课程设计任务书

题 目：齿轮滚刀、插齿刀设计及其加工工艺

2011年12月22日
一、课程设计内容及要求：
1．齿轮滚刀、插齿刀的设计，包括参数计算、结构设计、刀具加工工艺的设计
2．插齿刀零件图（2#图一张）
3．滚刀零件图（2#图一张）
4．插齿刀、滚刀加工工艺
5．课程设计说明书：应阐述整个课程设计内容，要突出重点和特色，图文并茂，文字通畅。应有目录、摘要及关键词、正文、参考文献等内容，字数一般不少于6000字。
二、主要参考资料
有关复杂刀具参数计算及结构设计、机械制造工艺与设备的手册与图册。

三、课程设计进度安排
阶段
阶 段 内 容
起止时间
1
布置任务，准备资料
1天(12月4日)
2
方案设计
1天(12月5日)
3
设计计算
4天(12月6～9日)
4
结构设计及绘图
8天(12月10～17日)
5
工艺编制
2天(12月17～19日)
6
编写设计说明书
3天(12月20～22日)
7
准备答辩和正式答辩
1天(12月23日)
指导教师（签名）： 时间：
教研室主任(签名)： 时间：
院 长（签名）： 时间：
专业课程设计刀具方向第四组
任 务 书
题目1：外啮合碗形直齿插齿刀的设计
已
知
条
件
名称
被切齿轮参数
共轭齿轮参数

符号
数值
符号
数值
模数

6.1

6.1
分圆压力角

24°

24°
齿数

30

19
齿顶高

6.1

6.1
齿根高

7.625

7.625
齿全高

13.725

13.725
分圆弧齿厚

9.582

9.582
变位系数

0

0
齿顶圆半径

97.6

64.05
根圆半径

83.875

50.325
分圆半径

91.5

57.95

基圆半径

83.589

52.940
要求：
（1）设计公称分圆φ125的外啮合A级碗形直齿插齿刀，前角=5°，齿顶后角=6°，齿数=21，齿顶高系数=1.15，=0。
（2）编制该刀具加工工艺

题目2：齿轮滚刀的设计
已
知
条
件
名称
被切齿轮参数

符号
数值
法向模数

10
分圆法向压力角

27°
齿数

13
齿顶高系数

1
径向间隙系数

0.25
分圆法向弧齿厚

15.708
变位系数

0
分圆螺旋角

15°
螺旋方向

右旋
精度等级

7FJ GB10095-88

要求：
（1）设计AA级Ⅰ型单头右旋齿轮滚刀，=200，前角=0°，顶刃后角
=10°～12°，侧刃后角不小于3°，有第二铲背量K2，滚刀螺旋角≤5°。
（2）编制该刀具加工工艺。

目 录

一、 齿轮滚刀部分……………………………………………5
1.1设计原理………………………………………………5
1.2结构设计………………………………………………6
1.3参数计算………………………………………………6
1.4工艺设计 ………………………………………………9
二、 插齿刀部分………………………………………………12
2.1 设计原理……………………………………………………12
2.2 结构设计……………………………………………………14
2.3 参数计算…………………………………………………15
2.4 工艺设计 ……………………………………………………18
三、 设计总结 …………………………………………………20
3.1 设计心得………………………………………………………20
3.2 设计资料补充…………………………………………………21
主要参考文献 ……………………………………………………33

一、齿轮滚刀部分
1.1设计原理
齿轮滚刀是加工直齿和斜齿圆柱齿轮最常用的刀具之一。一般地说，滚齿的生产率比插齿高。齿轮滚刀加工齿轮的原理，犹如一对螺旋齿轮的啮合过程。滚刀就是具有一定切削角度的渐开线斜齿圆柱齿轮，滚刀的头数即相当于螺旋齿轮的齿数。这种齿数极少、螺旋角很大、牙齿能绕轴线很多圈的变态斜齿圆柱齿轮，其实质就是一个蜗杆。工业上采用易于制造和检验，而端截面又近似于渐开线的蜗杆，作为滚刀的基本蜗杆。
滚刀的结构参数：
(1)滚刀的外径：
齿轮滚刀的外径是一个很重要的结构尺寸，其大小直接影响到其他结构参数的合理性。滚刀外径愈大，则滚刀分圆螺纹升角愈小，因而可使滚刀的近似造型误差愈小，提搞齿形的设计精度；
(2)滚刀的长度：
除的II型滚刀长度略小于滚刀外径以外，其余滚刀长度均等于其外径
(3)齿轮的容屑槽：
滚刀的容屑槽一般做成与轴心线平行的直槽形式。滚刀的容屑槽数关系到切削过程的平稳性、齿形精度和齿面光洁度，以及滚刀的每次重磨后的耐用度和使用寿命。
(4)滚刀的切削角度：
滚刀的前角：精加工滚刀和标准滚刀为便于制造和测量，一般都采用前角
‚滚刀的后角:
齿轮滚刀的顶刃后角和侧刃后角应保持一定的关系，使滚刀重磨后齿形不发生变化。因此，滚刀的顶刃与侧刃必须采用相同的铲背量。其值用下式计算：

式中 ———滚刀径向铲背量；
—— 滚刀外径；
—— 滚刀容屑槽数；
—— 滚刀顶刃后角。

为使滚刀铲磨时有砂轮空刀，滚刀必须进行双重铲齿。
K
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
8
9
10
12
K2
0.6--0.7
0.7--0.8
0.8--0.9

1.2结构设计
简单结构图如下：

结构设计参考一般齿轮滚刀的结构参数。具体参数，请看所附零件图。

1.3参数计算
齿轮滚刀的设计步骤及计算举例

已
知
条
件
被加工齿轮参数：

齿顶高系数f=1
变位系数 分度圆螺旋角 螺旋方向：右旋
精度等级：7FJ GB10095-88
序号
计算项目
符号
计算公式或选取方法
计算精度
计算举例
1
滚刀精度等级

按齿轮精度等级选定滚刀精度等级

AA级

2
基本尺寸
（1） 外径
（2） 孔径
（3） 全长
（4） 容屑槽数

d
L

根据滚刀精度等级为AA级，按表2-2-1选取基本尺寸

3
法向齿形尺寸
（1） 齿顶高

（2） 齿根高
（3） 齿全高

（4） 法向齿距

（5） 法向齿厚

0.01
0.01

0.001
0.01

4
切削部分
（1） 前角
（2） 铲背量
第一铲背量

侧刃后角

第二铲背量
（3） 容屑槽深度

（4） 槽底半径

（5） 槽形角

K

H

R

采用前角滚刀
前刃面偏位值：
0.1

圆整到0.5

圆整到0.5
圆整到0.5
圆整到0.25
e=0

取为

取
5
作图校验

见图

略
6
分圆直径

0.01

7
分圆螺纹升角

8
容屑槽螺旋角

直槽
9
容屑槽导程
T
直槽滚刀
T=∞
1

10
轴向齿形尺寸
（1） 轴向齿距
（2） 轴向齿厚
（3） 齿顶圆弧半径
（4） 齿根圆弧半径

0.001

0.01

0.1
0.1

11
轴向齿形角
直槽滚刀

（左右侧齿形角相等）
12
滚刀螺纹方向

右旋
13
轴向尺寸
（1） 直径
（2） 长度
（3） 倒棱

按表2.2-1
按表2.2-1
按总附录表V

14
键槽尺寸
（1） 键宽
（2） 键高
（3） 圆弧

按总附录表Ⅲ
按总附录表Ⅲ
按总附录表Ⅲ

15
内孔空刀尺寸
（1） 空刀直径
（2） 磨光部分长度

1.4工艺设计

本设计非标齿轮滚刀采用高速钢W6Mo5Cr4V2，硬度为63－66HRC，红硬比较好，韧性也不错。由于此材料含W、Mo故提高了回火稳定性，但是须经过一次淬火、三次回火才能达要求，所以在工艺设计热处理中要考虑这个问题。
原材料须经过锻造使晶粒细化，同时要愋慢冷却避免形成马氏体。为了便于加工，还必须退火以降低硬度(一般采用等温退火)。退火之后会形成索氏体和细粒状碳化物。当车削加工完成之后，需淬火、回火以提高硬度，符合刀具的硬度要求。其中要注意加热时要在盐炉中，还须预热两至三次，采用油淬火。进行多次回火使其弥散硬化。

南 华 大 学 机 械 工 程 学 院 零 件 加 工 工 艺 卡
图 号
零 件 名 称
材 料
1
齿轮滚刀
W6Mo5Cr4V2
工序号
工 序 名 称 及 内 容
设备型号
工装夹具、刃具、量具
工时定额
备 注
一
锻造：Ø205×205

二
正火

三
车：粗车外圆，清两端面，见光，一头打出中心孔
C6140A

1.00

四
钻：内孔至Ø58
Z35

20'

五
车：内孔至Ø，0.4两端面各留0.15，外圆留1，内孔空刀槽做出至尺寸
C6140A

1.00

六
插：键槽，注意内孔留磨量，去毛刺
B5030

25'

七
磨：内孔至Ø
M2120

20'

八
车：螺旋槽，注意槽深至尺寸，分圆齿厚留0.5，

或
C6140A
Ø59.7带键螺旋心轴，车铲成形刀
2.30
转工序1.00
九
铣：容屑槽
X62W
Ø59.7带键螺纹心轴，成形刀
1.00

十
铲：铲齿，外圆留0.4，齿厚留0.3
==2.47787
=0.40357=或
C8955
Ø59.7带键螺纹心轴，成形刀
2.00
转工序2.00
十一
钳：去不全齿，去毛刺

15'

十二
热处理：63~66HRC

十三
磨：内孔留0.01~0.015
M2120

25'

十四
研：内孔至尺寸
内孔研磨机

1.30

十五
磨：两凸台外圆，两端面至尺寸
M131
Ø60锥度心轴
20'

十六
磨：前刀面
M6420D

40'

十七
铲磨：齿形至尺寸
C8955

4.00
转工序2.00
十八
送检

十九
液体喷砂

二十
激光刻标记

二十一
浸蜡，真空包装

工艺说明：
1、车螺旋槽，铣容屑槽时为什么用带键心轴而不用锥度心轴？
答：因为切削力太大，用锥度心轴容易打滑而影响精度。
2、车、铲滚刀螺旋槽时为什么要车、铲单边，而不是双边同时进行？
答：因为切削力太大，双边同时进行时，切削系统中，刀具强度、机床刚性难以承受。
3、为什么要按计算器上的默认值计算？
答：因为算挂轮时要计算到小数点后面第五位，精度要求较高。
4、配挂轮的作用是什么？
答：为了保证轴向齿距。
5、滚刀为什么要计算轴向齿距？
答：为了便于检测。
6、铲磨齿形至尺寸这一工序为什么需要转工序2小时？
答：因为下一工序送检需要等待时间。

二、插齿刀部分
2.1设计原理
插齿刀的设计重点在变位系数的确定。变位系数越大，那么加工出来的齿轮表面精度越高。但是变位系数的增大会相应的带来两个问题。第一是插齿刀的齿顶变尖使刀具的耐用度降低；第二是插出齿轮的齿根过渡曲线与啮合齿轮的齿顶发生干涉。所以在设计时我们要充分的考虑这两个因素，以确定变位系数的最大值。
变位系数越小，则有利于插齿刀的重磨次数，即可提高使用寿命。但的减小又会引起两个问题。第一是加工少齿数的齿轮时，容易产生根切；第二是加工多齿数齿轮时易产生顶切。因此设计插齿刀时也必须考虑这两个因素，以确定变位系数的最小值。
最大变位系数的确定，可参考以下的几道公式：
(1)齿顶变尖的限制：

(2)齿轮过渡曲线干涉的限制：

式中 ――被切齿轮与共轭齿轮啮合时的中心距；
――被切齿轮与共轭齿轮啮合时的啮合角；
――共轭齿轮的齿顶圆半径；
――共轭齿轮的基圆半径；
――插齿刀切削齿轮时的中心距；
――插齿刀切削齿轮时的啮合角；
――插齿刀齿顶圆半径；
――插齿刀基圆半径；
――齿轮分圆压力角；
――被切齿轮与共轭齿轮齿数；
――被切齿轮与共轭齿轮变位系数。
最小变位系数的确定，也可参考以下的几道公式：
(1)齿轮根切的限制：

齿轮的齿数越少或它的变位系数越小，越易发生根切。当插齿刀的齿数越多、变位系数越小以及齿顶高越大时，越易发生根切。
(2)齿轮顶切的限制：

式中 ――插齿刀切齿时保证被切齿轮不发生顶切的最小啮合角；
――被切齿轮齿顶圆和基圆半径。
确定最小变位系数的方法，先求出保证被切齿轮不发生顶切的值，然后代入限制根切的不等式进行计算。如果不等式成立，则此时的可以保证不发生顶切和不发生根切。如果不等式不成立，则将发生根切。那就要相应的增大然后重新计算。当不等式左右相等时，即为最小值。
另一重点是插齿刀前角和齿形的修正。插齿刀有前角可以改善切削条件，但这将造成齿形误差，必须修正齿形以减少齿形误差。插齿刀切削齿轮时，切削刃上下运动的轨迹包络形成齿轮的渐开线齿形。故切削刃在基面上的投影应是渐开线才没有理论上的误差。但是由于有了前角和变位，这种误差就不可避免。如下为修正公式：
tan =
式中 ――修正后齿形角；
――分圆压力角；
――齿顶后角；
――前角。
附：MAAG制和径节制模数，以弥补公制数离散点间隔过大的缺陷。MAAG制模数部分系列如下表：
5系列
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
6系列
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9

2.2结构设计
结构图如下：

结构设计参考工称直径Φ125mm盘形插齿刀的结构参数。具体参数，请看所附零件图。
2.3参数计算
根据以上所给的已知条件，求解相应碗形插齿刀的参数，如下为计算过程：
1. 前角：
根据已知条件(通常情况下取)
2. 齿顶后角：
根据已知条件(通常情况下取)，则
3. 齿数：
根据已知条件
4. 齿顶高系数：
根据已知条件
5. 最大变位系数：
根据已知条件
6. 共轭齿轮的啮合角：

故
7. 共轭齿轮中心距：

8. 被切齿轮和插齿刀的啮合角：

故
9. 被切齿轮和插齿刀的中心距：

10. 插齿刀齿顶圆半径：

11. 插齿刀基圆半径：

12. 计算参数：

由于22.934小于24.735故符合要求，得.16
13. 保证被切齿轮不发生顶切时插齿刀与被切齿轮的最小啮合角：
=
故 = 19.52291°

14. 保证被切齿轮不发生顶切时的最小变位系数：

=-0.72
15. 验算插齿刀在切削齿轮时是否发生根切：
= =150.763
= = 66.673
判断
左边 = = 18.416 >0
故符合要求，所以取 = -0.72
16. 原始截面到前端面距离：
　　　由于= 0　　故 = 0
17. 厚度B：
B=
B的尺寸受到工艺因素的限制，特别是小模数插齿刀，B值不宜太大。查手册取
B =40=28

18. 修正后齿形角：
tan = = =0.4493608
=24.19728°=25°11′50″ cos=0.9121396 sin=0.4098797
19. 侧刃后角：
tan=sintan= 0.4098797×0.1051042 =0.0430801
=2°28′
20. 分圆直径：
=m=6.1×21 =128.100

21. 齿形角修正后的基圆直径：
= =128.100×0.9121396 =116.845
22. 原始截面齿顶高：
==1.15×6.1 =7.02
23. 原始截面分圆弧齿厚：
===9.582
24. 原始截面齿全高：
=2=2×7.02 =9.582
25. 前端面齿顶高：
==7.02
26. 前端面分圆弧齿厚：
==9.111
27. 前端面顶圆直径：
=+2=128.100＋2×7.02 =142.14
28. 前端面根圆直径：
==142.14－2×14.04=114.06
29. 前刀面齿顶高：
== =7.05
其它结构尺寸查手册选取

30. 距前端面2.5mm处进行齿形检验――顶圆上的展开角：
cos===0.8252087
=34.39034° tan =6844667
=39.21707 tan=39°13′
31. 距前端面2.5mm处进行齿形检验――齿形有效部分起始点展开角y：
tan=tan-=0.4493608－
　　　　　=0.2657107
y=57.29578tan=57.29578×0.2657107 =15°13′
32. 距前端面2.5mm处进行齿形检验――有效部分展开角：
=－y=39°13′－15°13′=24°
33. 距前端面2.5mm处进行齿形检验――齿根圆压力角：
=0 由于 故 cos=1
inv=0
34. 距前端面2.5mm处进行齿形检验――根圆齿厚：

35. 距前端面2.5mm处进行齿形检验――根圆齿间宽：
===4.84>(1～1.5)

2.4工艺设计
本设计盘形插齿刀采用高速钢W6Mo5Cr4V2，硬度为HRC67－68，红硬比较好，韧性也不错。由于此材料含W、Mo故提高了回火稳定性，但是须经过一次淬火、三次回火才能达要求，所以在工艺设计热处理中要考虑这个问题。
原材料须经过锻造使晶粒细化，同时要愋慢冷却避免形成马氏体。为了便于加工，还必须退火以降低硬度(一般采用等温退火)。退火之后会形成索氏体和细粒状碳化物。当车削加工完成之后，需淬火、回火以提高硬度，符合刀具的硬度要求。其中要注意加热时要在盐炉中，还须预热两至三次，采用油淬火。进行多次回火使其弥散硬化。
南 华 大 学 机 械 工 程 学 院 零 件 加 工 工 艺 卡
图 号
零 件 名 称
材 料

插齿刀
W6Mo5Cr4V2
工序号
工 序 名 称 及 内 容
设备型号
工装夹具、刃具、量具
工时定额
备 注
一
锻造：Ø147×35，孔可不冲出

二
正火

三
车：内孔，齿顶圆大部分及外支承面一次装夹做出，内孔留0.3外圆留0.3内外支承面各留0.15
C6140A

1.30

四
滚齿：以外支承面定位，找正齿顶圆，走出齿根斜度，K向分度圆齿厚留0.4
Y38
留磨滚刀，走刀样板
1.30
转工序1.00
五
钳：去毛刺，刀刃不倒角

10'

六
热处理:63~66HRC

七
磨：内孔留0.01~0.015，内支承面至尺寸，前刀面磨出1.5mm宽的环带平面，三个面一次装夹做出
M2120

25'

八
研：内孔至尺寸

1.00

九
磨：穿心轴磨齿顶圆至尺寸
M131
锥度心轴
20'

十
磨：前刀面至尺寸
M6025C
螺纹心轴，碟形聚酯砂轮
25'

十一
磨：齿形至尺寸，基圆直径116.845，基圆柱螺旋角
Y7132
专用心轴
4.00
转工序4.00
十二
送检：齿形精度（在距前刀面2.5mm处检查齿形），K向齿厚

十三
液体喷砂

十四
激光刻标记

十五
浸蜡，真空包装

工艺说明：
1、 插齿刀的走到样板的作用是什么？
答：为了保证齿根的轴向与齿顶圆一致。
2、 为什么要计算修形后的压力角和基圆直径？
答：为了调整磨齿机的基圆盘和检验用的万能渐开线检查仪的基圆。
3、 为什么要计算基圆柱螺旋角？
答：为了算出砂轮的偏摆角度。
4、 外支承面为什么最终要靠平面磨来做出？
答：平面磨效率高、做出来的外支承面外观美，更符合用户心理。
5、 车内孔、齿顶圆大部分及外支承面为什么要一次装夹做出？
答：为了保证滚齿时定位和找正精度。

三、 设计总结
3.1设计心得

通过本次课程设计，我了解了非标准齿轮滚刀，插齿刀的设计原理、设计过程以及加工工艺过程。培养了我综合运用所学理论解决生产实际中刀具设计的能力，初步掌握了齿轮滚刀的设计计算方法，学会了绘制齿轮滚刀工具图，同时也学会了使用各种设计资料、手册。中国第一把插齿刀是20世纪60年代出现的，这说明了在技术发展中，我们还远比不上发达国家。目前国内刀具技术的整体发展水平与欧洲国家仍有较大差距。但近年来国内工具厂通过不断进行技术改造，刀具设计制造水平已有长足进步，某些技术领域和产品品种已接近或达到国外先进水平，如汽车变速箱齿轮滚刀、发动机连杆拉刀、压缩机专用拉刀、复合齿形渐开线花键拉刀、剃齿刀等刀具品种已达到较高质量水平，具有了一定的市场竞争能力。中国加入WTO后，国内工具行业机遇与挑战并存，为了抓住机遇，迎接挑战，国内工具制造厂必须进一步加大技术改造力度，尽快提高自身发展水平，缩小与发达国家的差距，通过市场竞争求生存、图发展。作为当代机械设计制造及其自动化专业的大学生，更应该学好专业知识，为以后走向工作岗位更好的为我国的制造技术的发展贡献力量。
设计此齿轮滚刀重点在于参数计算和工艺设计。参数计算过程涉及到变位系数的选取以及齿形的修正。工艺设计过程中除了要了解加工程和原理之外，还要了解加工的经济性，所以工艺设时要充分的考虑到现场加工的条件，以及工人的加工水平。另外还要了解加工机床的性能。综合、全面的做好一个设计是需要多方面的知识的，对于我现在这种水平来说，还有很多方面的因素没有考虑周全，也可以说经验不足。所以我很尽力的、很用心的去完成这个设计，尽量使自己能从中多学到知识和经验。
除了有自学了部分资料之外，大部分的知识是直接由老师传授来的，所以也非常感谢我的指导老师，李老师独特的教学方法，让我受益匪浅，尤其是在老师讲到工艺设计时，对工艺内容的分析所表现出来的那种严谨的逻辑思维，让我深深的感受到作为一名机械设计的学生所必须具有的细心、严谨，同时还要具备很好的加工实践经验，只有先成为一名优秀的一线加工工人才可以成为一名优秀的工程师。
这次课程设计的始末都是李老师亲自指导，很感谢老师的孜孜不倦的教诲，也很幸运能得到李老师的教导。

3.2设计资料补充

高速钢、高性能高速钢
高速钢是一种含多量碳(C)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等元素的高合金钢，热处理后具有高热硬性。当切削温度高达600℃以上时，硬度仍无明显下降，用其制造的刀具切削速度可达每分钟60米以上，而得其名。高速钢按化学成分可分为普通高速钢及高性能高速钢，按制造工艺可分为熔炼高速钢及粉末冶金高速钢。
普通高速钢
高速钢是制造形状复杂、磨削困难的刀具的主要材料。
普通高速钢可满足一般需求。常见的普通高速钢有两种，钨系高速钢和钨钼系高速钢
钨系高速钢
典型牌号为w18Cr4V，热处理硬度可达63-66HRC，抗弯强度可达3500MPa，可磨性好
• 钨钼系高速钢
典型牌号为W6Mo5Cr4V2，目前正在取代钨系高速钢，具有碳化物细小分布均匀，耐磨性高，成本低等一系列优点。热处理硬度同上，抗弯强度达4700MPa，韧性及热塑性比w18Cr4V提高50％。常用于制造各种工具，例如钻头、丝锥、铣刀、铰刀、拉刀、齿轮刀具等，可以满足加工一般工程材料的要求。只是它的脱碳敏感性稍强。
另一牌号的普通高速钢为W9Mo3Cr4V，这是中国近几年发展起来的新品种。强度及热塑性略高于W6Mo5Cr4V2，硬度为HRC63-64，与韧性相配合，容易轧制、锻造，热处理工艺范围宽，脱碳敏感性小，成本更低。这三个牌号的普通高速钢在中国市场的比例分别为:W18Cr4V，16.5％；W6Mo5Cr4V2, 69％;W9Mo3Cr4V,11％。
高性能高速钢
高性能高速钢具有更好的硬度和热硬性，这是通过改变高速钢的化学成分，提高性能而发展起来的新品种。它具有更高的硬度、热硬性，切削温度达摄氏650度时，硬度仍可保持在60HRC以上。耐用性为普通高速钢的1.5-3倍，适用于制造加工高温合金、不锈钢、钛合金、高强度钢等难加工材料的刀具。
主要品种有4种，分别为高碳系高速钢、高钒系高速钢、含钴系高速钢和铝高速钢。
• 高碳系高速钢
牌号为9w18Cr4V，因含碳量高(0.9％)，故硬度、耐磨性及热硬性都比较好。用其制造的刀具在切削不锈钢、耐热合金等难加工材料时，寿命显著提高，但其抗弯强度为3000MPa，冲击韧性较低，热处理工艺要求严格。
• 高钒系高速钢
牌号有W12Cr4V4Mo及W6Mo5Cr4V3(美国牌号M3)，含钒量达3-4％，使耐磨性大大提高，但随之带来的是可磨性变差。高钒系高速钢的使用及发展还需要依赖于磨削工艺及砂轮技术的发展。
• 钴高速钢
牌号有W2Mo9Cr4VCo8(美国牌号M42)。其特点为：含钒量不高(1％)，含钴量高(8％)，钴能促使碳化物在淬火加热时更多地溶解在基体内，利用高的基体硬度来提高耐磨性。这种高速钢硬度、热硬性、耐磨性及可磨性都很好。热处理硬度可达67-70HRC，但也有采取特殊热处理方法，得到67-68HRC硬度，使其切削性能(特别是间断切削)得到改善，提高冲击韧性。钴高速钢可制成各种刀具，用于切削难加工材料效果很好，又因其磨削性能好，可制成复杂刀具，国际上用得很普遍。但中国钴资源缺乏，钴高速钢价格昂贵，约为普通高速钢的5-8倍。
• 铝高速钢
牌号为W6Mo5Cr4V2Al、W6Mo5Cr4V5SiNbAl等,主要加入铝(Al)和硅(Si)、铌(Nb)元素，来提高热硬性、耐磨性。适合中国资源情况，价格较低。热处理硬度可达到68HRC，热硬性也不错。但是这种钢易氧化及脱碳，可塑性、可磨性稍差，仍需改进。国际市场上高性能高速钢使用量已经超过普通高速钢25-30％。
粉末冶金高速钢
粉末冶金高速钢及其制品。
近几年来高速钢的最大变革就是发展了粉末冶金高速钢，它的能优于熔炼高速钢。用高压氩气或氮气雾化熔融高速钢水，得到细小高速钢粉末，筛选后为0.4mm以下的颗粒；在真空(0.04Hg)状态下，密闭烧结达到密度65％；再在1100℃高温、300MPa高压下制成密度100％的钢坯，然后锻轧成钢材，这样有效地解决了熔炼高速钢在铸锭时要产生粗大碳化物偏析的问题，而它无论截面多大，其碳化物级别均为一级。碳化物晶粒极细，小于0.002mm，而熔炼高速钢碳化物晶粒为0.008-0.02mm。
牌号为APM T15的粉末冶金高速钢，它的强度、韧性分别是同化学成分的熔炼高速钢的2倍及2.5倍。尽管含钒量达5％，但由于碳化物晶粒细，可磨性依然很好。高温热硬度也比熔炼高速钢提高0.5-1HRC。
又由于其物理机械性能高度各向同性，淬火变形小。碳化物颗粒均匀分布的表面较大，不易从刀具的切削刃上剥落，小尺寸刀具耐磨性提高1.5-2倍，大尺寸刀具提高20-30％
粉末冶金高速钢具有良好的力学性能，适合制造：间断切削条件下易崩刃的刀具、强度高而切削刃又必须锋利的刀具，如插齿刀、滚刀、铣刀，高压动载荷下使用的刀具。
它的碳化物偏析小，晶粒细，可磨性好，适合制造：大尺寸刀具、精密刀具、复杂刀具。这类材料的高温热硬度高，又适合制造难加工材料所用的刀具，确实是面面俱到。
粉末冶金高速钢生产过程较复杂，造价较高。中国钢厂提供的品种较少，市场用量也很少。国际上著名钢厂如美国Crucible公司已可提供近二十种粉末冶金高速钢，日本神户制钢所、日立金属公司均可提供近十种粉末冶金高速钢，供应量也在迅速增长。日本著名的OSG公司用粉末冶金高速钢制造了钻头、铣刀、丝锥，NACHI公司制造了滚刀、插齿刀、剃齿刀。有理由相信技术性能高的粉末冶金高速钢将会得到更广泛的应用，为金属加工业带来新的发展。
中国常用高速钢材料性能表
高速钢牌号
淬、回火硬度
HRC
抗弯强度
MPa
冲击韧性
MJ/m²
600℃下的硬度
HRC
中国牌号
习惯名称
相似ISO牌号
W18Cr4V
T1
HS18-0-1
62-65
3430
0.29
50.5
W6Mo5Cr4V2
M2
HS6-5-2
63-66
3500-4000
0.30-0.40
47-48
W9Mo3Cr4V

64-66
4000-4500
0.35-0.40

W6Mo5Cr4V3
M3
HS6-5-3
65-67
3200
0.25
51.7
W6Mo5Cr4V2Co5

HS6-5-2-5
65-66
3000
0.30
54
W10Mo4Cr4V3Co10

HS10-4-3-10
67-69
2350

55.5
W2Mo9Cr4V2Co8

HS2-9-2-8
66-68
2700-3800
0.23-0.35
55
W7Mo4Cr4V2Co5
M41
HS7-4-2-5
66-68
2500-3000
0.23-0.35
54
W12Cr4VCo5

HS12-0-1-5
66-68
3000
0.25
54
W6Mo5Cr4V2Al
501钢

66-69
3000-4100
0.25-0.30
55-56
110W1.5Mo9.5Cr4VCo8
M42

67-69
2650-3730
0.23-0.29
55.2
W10Mo4Cr4VAl
5F6钢

68-69
3010
0.20
54.2

高速钢的市场定位及发展趋势
高速钢材料按制造工艺可分为熔炼高速钢及粉末冶金高速钢。
自二十世纪初发现高速钢以来，对现代工业发展起到了重要作用。可以说没有高速钢，就没有现代的金属加工业。尽管六十年代起，硬质合金等材料崛起，但是对于制造形状复杂、磨削困难的刀具，如拉刀、剃齿刀、插齿刀等，高速钢始终处于主导地位。特别是要求刀具具备高韧性时，就非高速钢莫属了。
高速钢的主要应用领域是机械和工具制造业，必然要适应这个行业的发展，近几年来机械加工采用了高速度的数控机床，例如加工中心、车削中心等，金属切削速度越来越快，要求刀具必须具有高速使用性能，即热硬性、耐磨性、冲击韧性要好，因此，厂家纷纷研发符合上述要求的高速钢材料。
在机加工费用中，材料约占15-20％，刀具约占25-35％。用户对刀具的选用也越来越趋向合理，即选用性能与价格比好的刀具。
高速钢刀具占主导地位的领域，如精密零件、复杂零件、成形加工零件的市场也越来越大，对可磨性的要求也越来越高。
高速钢-走过一个世纪的钢种，应瞄准特定市场空间，提高自身技术含量，去抗衡其它材料的挑战。

高速钢刀具的生存状况
高端需求强劲
　　尽管目前市场上硬质合金刀具的比例已超过高速钢刀具，但由于高速钢具有优异的加工性能和切削性能，至今在金属切削工具材料领域仍占据重要地位。从全球市场来看，虽然高速钢刀具在市场上的比例呈下降趋势，但高速钢每年消费量基本保持在13万吨左右。从国内市场来看，高速钢刀具比例同样呈下降趋势，但高速钢消费量呈上升趋势，预计今年能达到8万吨。
　　虽然8万吨的市场需求依然很大，但其中处于低端市场的低合金高速钢和普通高速钢将逐渐被淘汰，而高端高速钢的需求将会更大。随着高效切削和数控刀具高可靠性要求和冶金技术的发展，高性能高速钢和粉末冶金高速钢应用比例呈增长趋势，在发达国家高性能高速钢应用比例达到30%以上，粉末冶金高速钢也已达到20%左右。但在我国，高性能高速钢的应用比例只有10%左右，粉末冶金高速钢应用比例则更低。而在国外已经处于淘汰边沿、应用比例不足5%的低合金高速钢，在国内应用比例还有近20%。
急需提升材料质量标准
　　尽管近年来随着高速钢冶炼、锻轧等技术水平的提高，高速钢材料的发展有目共睹，高速钢材料的质量有了很大的提升，但如何满足市场新的变化和要求成为制造商一致的努力。随着对高速钢材料的要求越来越高，高速钢材料制造商还需要进一步细化碳化物颗粒度，减少棒条、棱角状颗粒，提高圆整度，杜绝骨骼状碳化物，改善碳化物分布，减少碳化物网的连续性及堆集的密集型。对于大规格高速钢材料，应主要改善表面、近表面碳化物不均匀度、颗粒度和分布状态，以满足不同刀具对材料的需求。
对于高速钢材料的质量标准，我国在不断总结生产和使用过程中的经验的基础上，结合国外新牌号，逐步调整和修改技术内容，已经形成了完善的标准质量