粘接刀具的發(fā)展概況

　　刀具的結構型式是影響刀具切削性能與加工質(zhì)量的重要因素之一屏箍。目前常用的刀具結構型式主要有整體式萝风、焊接式、機械夾固式材蹬、切削力夾固式等实幕。雖然這些刀具結構型式已在長期的生產(chǎn)應用中趨于成熟，但面對日益復雜的加工要求堤器，每種結構型式仍不同程度地存在各自的缺點與不足昆庇。隨著材料科學的發(fā)展末贾，各種高性能、高硬度整吆、難加工材料不斷應用于機械零件拱撵，對加工這些零件的刀片材料及刀具結構也提出了新的要求。粘接式刀具作為傳統(tǒng)刀具結構型式的一種重要補充也得到了發(fā)展與應用绎揭。

　　早在20世紀60年代初期卑绢，一些發(fā)達國家為解決高硬度材料的切削難題，就開始試驗及使用粘接式刀具稻悟。由于受到當時技術發(fā)展水平的限制尸褪，用于粘接刀具的粘接劑種類不全(當時主要使用有機粘接劑)，局限性較大碉榔，因此粘接式結構只能應用于發(fā)熱少线区、冷卻條件好的刀具(如拉刀、鉸刀拄央、鉆頭铜殉、插齒刀等)。60年代初期存睬，隨著陶瓷刀片的問世郊察，國內(nèi)曾采用磷酸一氧化銅進行過陶瓷刀片粘接試驗，但因粘接劑膠質(zhì)較脆栽逸、線膨脹系數(shù)小酷窥、結構型式不合理而未取得滿意效果。但在切削速度與切削溫度較低的套式結構鉆頭伴网、銑刀的粘接接長以及粘接滾刀的應用等方面取得了較好效果蓬推。隨著聚氨脂和有機硅類粘接劑的出現(xiàn)，粘接劑的耐熱溫度大大提高(可達500～600℃)澡腾，從而使粘接刀具技術得到了迅速發(fā)展和廣泛應用沸伏，目前已可適用于切削速度高、發(fā)熱量大的車刀等刀具品種动分。

　　粘接刀具具有以下特點：①制造工藝簡單毅糟，制造成本較低；②)粘接工藝固化溫度較低(<250℃)澜公，不會降低刀具材料的原有機械性能姆另；③刀具工作壽命可提高1.5～3倍；④可應用于一些焊接性能差的工具材料(如立方氮化硼玛瘸、金剛石蜕青、陶瓷等)；⑤粘接劑的品種和粘接工藝方法直接影響粘接刀具的工作性能。 

　　粘接車刀的特性分析與設計要點

　　車刀是切削刀具中較具代表性的品種旋钓，在機械加工中使用量大垫暑、通用性強。車刀的加工特點是切削速度高鱼谅、切削受力大蔚分、切削溫度高。因此益若，對粘接車刀的研究與設計對于粘接刀具的開發(fā)具有典型意義碟舱。下面對影響粘接車刀設計的主要因素及注意要點作一分析。

　　刀具受力分析

　　刀具的受力狀況是合理設計刀具的重要依據(jù)打气。在切削過程中俗循，車刀所受切削力主要來源于被加工材料對彈性變形和塑性變形的抗力、切屑與刀具前刀面的摩擦力和刀具后刀面與加工表面的摩擦力巡住，各力的總和即為車刀所受切削合力Fr诀汁。為便于分析，F(xiàn)r可分解為相互垂直的進給抗力Fx趴贝、切深抗力Fy和主切削力Fz探悲，即Fr=(Fx2+Fy2+Fz2)?。

　　對于切削力夾固式刀具看锉，刀片夾固條件為a<Y<d姿锭，即當切削合力的作用角Y大于刀具主后角a、小于刀片安放角d時伯铣，可實現(xiàn)利用切削力夾緊刀片呻此。據(jù)有關資料介紹，通常切削合力作用角Y的變化范圍為19°≤Y≤70°腔寡。當?shù)毒邼M足夾固條件時趾诗，切削合力始終通過刀具材料的支撐面，使刀片在切削過程中始終受壓蹬蚁，從而實現(xiàn)刀片壓緊。此外郑兴，在初始切削時犀斋，工件與刀具相互接觸運動產(chǎn)生的進給抗力會使刀片產(chǎn)生移位趨向。
切削力夾固原理也可作為粘接刀具的理論分析依據(jù)情连。當Y<a時叽粹，如粘接刀具的主切削力大于粘接力，刀片將會翻轉(zhuǎn)却舀；當Y<d時盼饼，如粘接刀具的主切削力大于粘接力，刀片將會抬起了灾。發(fā)生這兩種情況都會使刀片失去平衡而無法切削豺啦。通過合理選擇刀片安放角冒衍，有效利用無機類粘接劑抗壓強度高的優(yōu)勢，粘接車刀也可實現(xiàn)在大切削力條件下的加工肛劈。

　　刀具切削運動分析

　　刀具的切削運動對粘接刀片能否保持正確加工位置影響很大搭屿，因此是設計刀具結構和粘接工藝的重要因素。通常刀具的切削運動由刀具與工件的相對運動和刀具與切屑的相對運動構成遗时。為防止初始切削時由刀具與工件的接觸載荷引起刀片移位探龟，粘接劑與刀具之間必須具有足夠的結合力，使刀片與刀體牢固連接為一體皆墅。隨著刀具的切入否癣，刀具與切屑之間發(fā)生相對運動，此時使刀片產(chǎn)生移位趨向的主要切削力為切深抗力灵您。切深抗力也是使工件發(fā)生切削振動和使切屑產(chǎn)生變形的力栏荷，其大小取決于工件材料及切削深度，它直接影響切削溫度默蚌、切削振動冻晤、刀具磨損以及切削力作用角Y的變化。由于粘接刀具的粘接強度遠小于焊接刀具的焊接強度绸吸，因此必須通過結構及工藝設計彌補其不足鼻弧。

　　切削溫度分析

　　根據(jù)有關研究結果，切削過程中消耗的能量僅有1%～2%用于形成新的加工表面以及以晶格扭曲等形式存儲起來锦茁，其余98%～99%的能量全部被轉(zhuǎn)換為熱量攘轩。刀具角度是影響切削溫度的重要因素，即切削溫度隨刀具前角的增大而降低码俩，隨刀具主偏角的增大而升高度帮。因此，在設計粘接刀具時稿存，應在滿足切削性能的前提下笨篷，盡可能通過合理調(diào)整刀具角度來降低切削溫度，以避免因切削溫度過高而使粘接劑熔化或老化瓣履。

　　刀具角度的合理選擇

　　在切削過程中率翅，刀具前角g對切屑變形影響較大(切屑變形隨刀具前角的增大而減小)，而切屑變形程度直接影響切削力靡玲、切削溫度疙铜、刀具磨損、加工表面粗糙度等铆羡。有研究表明帅邮，當前角g從10°增大到20°時，主切削力Pz減小約10%，進給抗力Px和切深抗力Py減小約30%比邮。但隨著g的增大跌仗，刀具楔角減小，其受載面積隨之減小诸鲸，導致刀具強度降低伪您，刀片磨損加劇，甚至可能出現(xiàn)崩刃現(xiàn)象使驰。因此订菇，在設計粘接刀具時，應綜合考慮和兼顧刀具的銳利性和堅韌性骄娶，根據(jù)刀具的使用性能要求合理選擇刀具角度哈误。

　　刀片與刀體粘接結構的合理選擇

　　如前所述，隨著切削合力作用角Y的變化躏嚎，初始切削時刀片可能產(chǎn)生抬起蜜自、翻轉(zhuǎn)、移位三種運動方式卢佣，影響切削的正常進行重荠。雖然這三種運動的方向不同，但都是切削合力作用的結果虚茶。由于粘接刀具的粘接力戈鲁、抗剝離強度、抗沖擊疲勞強度等都遠低于焊接刀具的結合力嘹叫，因此設計粘接車刀時婆殿，應根據(jù)粘接工藝的特點，揚長避短罩扇，采用封閉的U字形結構實現(xiàn)刀片與刀體的粘接婆芦，使粘接力與切削力保持平衡。

　　粘接劑的合理選用

　　粘接劑可分為有機粘接劑和無機粘接劑兩大類喂饥。有機粘接劑具有良好的粘接強度和抗沖擊韌性绣摹，但耐熱性較差，易老化陨楼，當工作溫度超過臨界溫度時會出現(xiàn)碳化現(xiàn)象茶窍，一般可用于冷卻條件較好的加工場合。無機粘接劑的粘接強度低于有機粘接劑辑奔，但抗沖擊韌性和耐熱性較好。選用刀具粘接劑時撰征，應綜合考慮以下因素：①較高的抗壓強度哲琼；②較好的抗沖擊韌性；③較高的耐熱溫度；④對刀片和刀體具有較好親合力怖冷；⑤較低的成本闺焦。

　　粘接刀具應用的可行性及經(jīng)濟適用性應根據(jù)加工條件和加工要求并結合其性能特點作具體分析。對于批量生產(chǎn)的常用刀具俺膊，采用市場采購方式成本較低济七，因此一般較少使用粘接刀具。但對于一些非標準或有特殊要求的刀具及刀片(尤其是車刀月幌、專用銑刀碍讯、加長刀具等)，采用粘接刀具既可縮短加工周期扯躺，又可降低生產(chǎn)成本捉兴，不失為一種較好的選擇方式。 

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