刀具是機械制造中用于切削加工的工具邦匆,又稱切削工具睦绍。廣義的切削工具既包括刀具,還包括磨具涉波。
絕大多數(shù)的刀具是機用的英上,但也有手用的。由于
機械制造中使用的刀具基本上都用于切削金屬材料啤覆,所以“刀具”一詞一般就理解為金屬切削刀具苍日。切削木材用的刀具則稱為木工刀具。
刀具的發(fā)展在人類進步的歷史上占有重要的地位窗声。中國早在公元前28~前20世紀相恃,就已出現(xiàn)黃銅錐和紫銅的錐、鉆笨觅、刀等銅質(zhì)刀具拦耐。戰(zhàn)國后期(公元前三世紀),由于掌握了滲碳技術(shù)见剩,制成了銅質(zhì)刀具杀糯。當時的
鉆頭和鋸,與現(xiàn)代的扁鉆和鋸已有些相似之處苍苞。
然而火脉,刀具的快速發(fā)展是在18世紀后期,伴隨蒸汽機等機器的發(fā)展而來的茸汇。1783年品糯,法國的勒內(nèi)首先制出
銑刀。1792年居饵,英國的莫茲利制出
絲錐和板牙蛔交。有關(guān)
麻花鉆的發(fā)明最早的文獻記載是在1822年,但直到1864年才作為商品生產(chǎn)减严。
那時的刀具是用整體高碳工具鋼制造的镐访,許用的切削速度約為5米/分。1868年肮碗,英國的穆舍特制成含鎢的合金工具鋼限榆。1898年停就,美國的泰勒和.懷特發(fā)明高速鋼。1923年笆唧,德國的施勒特爾發(fā)明硬質(zhì)合金颈癌。
在采用合金工具鋼時,刀具的切削速度提高到約8米/分岸裙,采用高速鋼時猖败,又提高兩倍以上,到采用硬質(zhì)合金時降允,又比用高速鋼提高兩倍以上恩闻,切削加工出的工件表面質(zhì)量和尺寸精度也大大提高。
由于高速鋼和硬質(zhì)合金的價格比較昂貴剧董,刀具出現(xiàn)焊接和機械夾固式結(jié)構(gòu)幢尚。1949~1950年間,美國開始在
車刀上采用可轉(zhuǎn)位刀片,不久即應(yīng)用在銑刀和其他刀具上翅楼。1938年侠草,德國德古薩公司取得關(guān)于陶瓷刀具的專利。1972年犁嗅,美國通用電氣公司生產(chǎn)了聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀片。這些非金屬刀具材料可使刀具以更高的速度切削晤碘。
1969年褂微,瑞典山特維克鋼廠取得用化學(xué)氣相沉積法,生產(chǎn)碳化鈦涂層硬質(zhì)合金刀片的專利园爷。1972年宠蚂,美國的邦沙和拉古蘭發(fā)展了物理氣相沉積法,在硬質(zhì)合金或高速鋼刀具表面涂覆碳化鈦或氮化鈦硬質(zhì)層卷芜。表面涂層方法把基體材料的高強度和韌性夷朽,與表層的高硬度和耐磨性結(jié)合起來,從而使這種
復(fù)合材料具有更好的切削性能元粹。
刀具按工件加工表面的形式可分為五類熄朴。加工各種外表面的刀具,包括車刀勺激、刨刀雾鸠、銑刀、外表面拉刀和銼刀等捎滴;
孔加工刀具纪娄,包括鉆頭、擴孔鉆悉契、
鏜刀启毁、鉸刀和內(nèi)表面拉刀等橘蹭;螺紋加工工具,包括絲錐页衙、板牙摊滔、自動開合螺紋切頭、
螺紋車刀和
螺紋銑刀等拷姿;齒輪加工刀具惭载,包括滾刀、插齒刀响巢、剃齒刀描滔、錐齒輪加工刀具等;切斷刀具踪古,包括鑲齒圓鋸片含长、帶鋸、弓鋸伏穆、切斷車刀和鋸片銑刀等等拘泞。此外,還有組合刀具枕扫。
按切削運動方式和相應(yīng)的刀刃形狀陪腌,刀具又可分為三類。通用刀具燥颠,如車刀叼稍、刨刀、銑刀(不包括成形的車刀睛赁、成形刨刀和成形銑刀)闻荠、鏜刀、鉆頭徙祥、擴孔鉆藻拟、鉸刀和鋸等;成形刀具廉贤,這類刀具的刀刃具有與被加工工件斷面相同或接近相同的形狀卑聚,如成形車刀、成形刨刀卧蒂、成形銑刀谆藐、拉刀、圓錐鉸刀和各種螺紋加工刀具等更假;展成刀具是用展成法加工齒輪的齒面或類似的工件监灌,如滾刀、插齒刀击胜、剃齒刀亏狰、錐齒輪刨刀和錐齒輪銑刀盤等役纹。
各種刀具的結(jié)構(gòu)都由裝夾部分和工作部分組成。整體結(jié)構(gòu)刀具的裝夾部分和工作部分都做在刀體上暇唾;鑲齒結(jié)構(gòu)刀具的工作部分(刀齒或刀片)則鑲裝在刀體上促脉。
刀具的裝夾部分有帶孔和帶柄兩類。帶孔刀具依靠內(nèi)孔套裝在
機床的主軸或心軸上策州,借助軸向鍵或端面鍵傳遞扭轉(zhuǎn)力矩瘸味,如圓柱形銑刀、套式
面銑刀等够挂。
帶柄的刀具通常有矩形柄旁仿、圓柱柄和圓錐柄三種。車刀孽糖、刨刀等一般為矩形柄枯冈;圓錐柄靠錐度承受軸向推力,并借助摩擦力傳遞扭矩办悟;圓柱柄一般適用于較小的麻花鉆尘奏、
立銑刀等刀具,切削時借助夾緊時所產(chǎn)生的摩擦力傳遞扭轉(zhuǎn)力矩鸦呆。很多帶柄的刀具的柄部用低合金鋼制成瓣挂,而工作部分則用高速鋼把兩部分對焊而成。
刀具的工作部分就是產(chǎn)生和處理切屑的部分畔香,包括刀刃类埋、使切屑斷碎或卷攏的結(jié)構(gòu)、排屑或容儲切屑的空間毫蚁、
切削液的通道等結(jié)構(gòu)要素。有的刀具的工作部分就是切削部分雳址,如車刀析深、刨刀、鏜刀和銑刀等敌痘;有的刀具的工作部分則包含切削部分和校準部分咨锐,如鉆頭、擴孔鉆钢婆、鉸刀系馁、內(nèi)表面拉刀和絲錐等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑窟扑,校準部分的作用是修光已切削的加工表面和引導(dǎo)刀具喇颁。
刀具工作部分的結(jié)構(gòu)有整體式、焊接式和機械夾固式三種嚎货。整體結(jié)構(gòu)是在刀體上做出切削刃橘霎;焊接結(jié)構(gòu)是把刀片釬焊到鋼的刀體上蔫浆;機械夾固結(jié)構(gòu)又有兩種,一種是把刀片夾固在刀體上姐叁,另一種是把釬焊好的刀頭夾固在刀體上瓦盛。硬質(zhì)合金刀具一般制成焊接結(jié)構(gòu)或機械夾固結(jié)構(gòu);瓷刀具都采用機械夾固結(jié)構(gòu)外潜。
刀具切削部分的幾何參數(shù)對切削效率的高低和加工質(zhì)量的好壞有很大影響原环。增大前角,可減小前刀面擠壓切削層時的塑性變形处窥,減小切屑流經(jīng)前面的摩擦阻力嘱吗,從而減小切削力和切削熱。但增大前角碧库,同時會降低切削刃的強度柜与,減小刀頭的散熱體積。
在選擇刀具的角度時乞哀,需要考慮多種因素的影響谤变,如工件材料、刀具材料趣情、加工性質(zhì)(粗适系、精加工)等,必須根據(jù)具體情況合理選擇纺辟。通常講的刀具角度高骑,是指制造和
測量用的標注角度在實際工作時,由于刀具的安裝位置不同和切削運動方向的改變脾仁,實際工作的角度和標注的角度有所不同辈殃,但通常相差很小。
制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性秕栓,必要的抗彎強度债案、沖擊韌性和化學(xué)惰性,良好的工藝性(切削加工邢入、鍛造和熱處理等)截型,并不易變形。
通常當材料硬度高時儒溉,耐磨性也高宦焦;抗彎強度高時,沖擊韌性也高顿涣。但材料硬度越高波闹,其抗彎強度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強度和沖擊韌性涛碑,以及良好的可加工性舔痪,現(xiàn)代仍是應(yīng)用最廣的刀具材料寓调,其次是硬質(zhì)合金。
聚晶立方氮化硼適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等锄码;聚晶金剛石適用于切削不含鐵的金屬夺英,及合金、塑料和玻璃鋼等滋捶;碳素工具鋼和合金工具鋼現(xiàn)在只用作銼刀痛悯、板牙和絲錐等工具。
硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片現(xiàn)在都已用化學(xué)氣相沉積法涂覆碳化鈦弛镣、氮化鈦凄在、氧化鋁硬層或復(fù)合硬層。正在發(fā)展的物理氣相沉積法不僅可用于硬質(zhì)合金刀具钩裆,也可用于高速鋼刀具舞懦,如鉆頭、滾刀图盖、絲錐和銑刀等毕蕉。硬質(zhì)涂層作為阻礙化學(xué)擴散和熱傳導(dǎo)的障壁,使刀具在切削時的磨損速度減慢企著,涂層刀片的壽命與不涂層的相比大約提高1~3倍以上乙笛。
由于在高溫、高壓冒溜、高速下刽室,和在腐蝕性流體介質(zhì)中工作的零件,其應(yīng)用的難加工材料越來越多饶辆,切削加工的自動化水平和對加工精度的要求越來越高酪律。為了適應(yīng)這種情況,刀具的發(fā)展方向?qū)⑹前l(fā)展和應(yīng)用新的刀具材料翻默;進一步發(fā)展刀具的氣相沉積涂層技術(shù)缸沃,在高韌性高強度的基體上沉積更高硬度的涂層,更好地解決刀具材料硬度與強度間的矛盾冰蘑;進一步發(fā)展可轉(zhuǎn)位刀具的結(jié)構(gòu)和泌;提高刀具的制造精度村缸,減小產(chǎn)品質(zhì)量的差別祠肥,并使刀具的使用實現(xiàn)最佳化。