刀具是機(jī)械制造中用于切削加工的工具京闰,又稱切削工具锨亏。廣義的切削工具既包括刀具,還包括磨具忙干。
絕大多數(shù)的刀具是機(jī)用的器予,但也有手用的浪藻。由于機(jī)械制造中使用的刀具基本上都用于切削金屬材料,所以“刀具”一詞一般就理解為金屬切削刀具乾翔。切削木材用的刀具則稱為木工刀具爱葵。
刀具的發(fā)展在人類(lèi)進(jìn)步的歷史上占有重要的地位。中國(guó)早在公元前28~前20世紀(jì)反浓,就已出現(xiàn)黃銅錐和紫銅的錐萌丈、鉆、刀等銅質(zhì)刀具峡哥。戰(zhàn)國(guó)后期(公元前三世紀(jì))庭走,由于掌握了滲碳技術(shù),制成了銅質(zhì)刀具烙昼。當(dāng)時(shí)的鉆頭和鋸荸凸,與現(xiàn)代的扁鉆和鋸已有些相似之處。
然而泛红,刀具的快速發(fā)展是在18世紀(jì)后期一恃,伴隨蒸汽機(jī)等機(jī)器的發(fā)展而來(lái)的。1783年麻镶,法國(guó)的勒內(nèi)首先制出銑刀桨檬。1792年,英國(guó)的莫茲利制出絲錐和板牙端葵。有關(guān)麻花鉆的發(fā)明最早的文獻(xiàn)記載是在1822年众凝,但直到1864年才作為商品生產(chǎn)。
那時(shí)的刀具是用整體高碳工具鋼制造的新框,許用的切削速度約為5米/分倍工。1868年,英國(guó)的穆舍特制成含鎢的合金工具鋼缔俄。1898年,美國(guó)的泰勒和.懷特發(fā)明高速鋼器躏。1923年俐载,德國(guó)的施勒特爾發(fā)明硬質(zhì)合金。
在采用合金工具鋼時(shí)登失,刀具的切削速度提高到約8米/分遏佣,采用高速鋼時(shí),又提高兩倍以上揽浙,到采用硬質(zhì)合金時(shí)状婶,又比用高速鋼提高兩倍以上,切削加工出的工件表面質(zhì)量和尺寸精度也大大提高馅巷。
由于高速鋼和硬質(zhì)合金的價(jià)格比較昂貴膛虫,刀具出現(xiàn)焊接和機(jī)械夾固式結(jié)構(gòu)草姻。1949~1950年間,美國(guó)開(kāi)始在車(chē)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稍刀。
1969年撩独,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(zhuān)利赔绒。1972年匠凤,美國(guó)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)層衡孽。表面涂層方法把基體材料的高強(qiáng)度和韌性厂跋,與表層的高硬度和耐磨性結(jié)合起來(lái),從而使這種復(fù)合材料具有更好的切削性能谨寂。
刀具按工件加工表面的形式可分為五類(lèi)猫降。加工各種外表面的刀具,包括車(chē)刀椰墩、刨刀夭掸、銑刀、外表面拉刀和銼刀等喊傻;孔加工刀具呢烦,包括鉆頭、擴(kuò)孔鉆褂磕、鏜刀闻蛀、鉸刀和內(nèi)表面拉刀等;螺紋加工工具您市,包括絲錐觉痛、板牙、自動(dòng)開(kāi)合螺紋切頭茵休、螺紋車(chē)刀和螺紋銑刀等薪棒;齒輪加工刀具,包括滾刀榕莺、插齒刀俐芯、剃齒刀、錐齒輪加工刀具等钉鸯;切斷刀具吧史,包括鑲齒圓鋸片、帶鋸唠雕、弓鋸贸营、切斷車(chē)刀和鋸片銑刀等等。此外岩睁,還有組合刀具钞脂。
按切削運(yùn)動(dòng)方式和相應(yīng)的刀刃形狀阅王,刀具又可分為三類(lèi)。通用刀具港苗,如車(chē)刀蚤岗、刨刀、銑刀(不包括成形的車(chē)刀陌贪、成形刨刀和成形銑刀)变硬、鏜刀、鉆頭想触、擴(kuò)孔鉆粱宝、鉸刀和鋸等;成形刀具晾充,這類(lèi)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玖膨,如成形車(chē)刀、成形刨刀崭湾、成形銑刀赛邢、拉刀、圓錐鉸刀和各種螺紋加工刀具等猛蔽;展成刀具是用展成法加工齒輪的齒面或類(lèi)似的工件剥悟,如滾刀、插齒刀曼库、剃齒刀区岗、錐齒輪刨刀和錐齒輪銑刀盤(pán)等。
各種刀具的結(jié)構(gòu)都由裝夾部分和工作部分組成毁枯。整體結(jié)構(gòu)刀具的裝夾部分和工作部分都做在刀體上慈缔;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。
刀具的裝夾部分有帶孔和帶柄兩類(lèi)种玛。帶孔刀具依靠?jī)?nèi)孔套裝在機(jī)床的主軸或心軸上藐鹤,借助軸向鍵或端面鍵傳遞扭轉(zhuǎn)力矩,如圓柱形銑刀赂韵、套式面銑刀等娱节。
帶柄的刀具通常有矩形柄、圓柱柄和圓錐柄三種右锨。車(chē)刀括堤、刨刀等一般為矩形柄碌秸;圓錐柄靠錐度承受軸向推力绍移,并借助摩擦力傳遞扭矩;圓柱柄一般適用于較小的麻花鉆尖蚪、立銑刀等刀具啤盯,切削時(shí)借助夾緊時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力傳遞扭轉(zhuǎn)力矩讯翎。很多帶柄的刀具的柄部用低合金鋼制成,而工作部分則用高速鋼把兩部分對(duì)焊而成抬而。
刀具的工作部分就是產(chǎn)生和處理切屑的部分最勤,包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結(jié)構(gòu)墓老、排屑或容儲(chǔ)切屑的空間坚矢、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辽蚀,如車(chē)刀翁纵、刨刀、鏜刀和銑刀等泳落;有的刀具的工作部分則包含切削部分和校準(zhǔn)部分沐恨,如鉆頭、擴(kuò)孔鉆婚被、鉸刀狡忙、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址芯,校準(zhǔn)部分的作用是修光已切削的加工表面和引導(dǎo)刀具灾茁。
刀具工作部分的結(jié)構(gòu)有整體式、焊接式和機(jī)械夾固式三種是复。整體結(jié)構(gòu)是在刀體上做出切削刃删顶;焊接結(jié)構(gòu)是把刀片釬焊到鋼的刀體上;機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)又有兩種淑廊,一種是把刀片夾固在刀體上逗余,另一種是把釬焊好的刀頭夾固在刀體上。硬質(zhì)合金刀具一般制成焊接結(jié)構(gòu)或機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)季惩;瓷刀具都采用機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)录粱。
刀具切削部分的幾何參數(shù)對(duì)切削效率的高低和加工質(zhì)量的好壞有很大影響。增大前角画拾,可減小前刀面擠壓切削層時(shí)的塑性變形啥繁,減小切屑流經(jīng)前面的摩擦阻力,從而減小切削力和切削熱摊矮。但增大前角头熏,同時(shí)會(huì)降低切削刃的強(qiáng)度,減小刀頭的散熱體積影偶。
在選擇刀具的角度時(shí)转挽,需要考慮多種因素的影響,如工件材料确羹、刀具材料届审、加工性質(zhì)(粗胀垃、精加工)等,必須根據(jù)具體情況合理選擇噪旭。通常講的刀具角度据滑,是指制造和測(cè)量用的標(biāo)注角度在實(shí)際工作時(shí),由于刀具的安裝位置不同和切削運(yùn)動(dòng)方向的改變垢蔑,實(shí)際工作的角度和標(biāo)注的角度有所不同培晓,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菩擦,必要的抗彎強(qiáng)度绳匀、沖擊韌性和化學(xué)惰性,良好的工藝性(切削加工炸客、鍛造和熱處理等)疾棵,并不易變形。
通常當(dāng)材料硬度高時(shí)痹仙,耐磨性也高是尔;抗彎強(qiáng)度高時(shí),沖擊韌性也高开仰。但材料硬度越高拟枚,其抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性众弓,以及良好的可加工性恩溅,現(xiàn)代仍是應(yīng)用最廣的刀具材料,其次是硬質(zhì)合金谓娃。
聚晶立方氮化硼適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等脚乡;聚晶金剛石適用于切削不含鐵的金屬,及合金滨达、塑料和玻璃鋼等奶稠;碳素工具鋼和合金工具鋼現(xiàn)在只用作銼刀、板牙和絲錐等工具恃打。
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钟唯、氮化鈦、氧化鋁硬層或復(fù)合硬層市缠。正在發(fā)展的物理氣相沉積法不僅可用于硬質(zhì)合金刀具焚痰,也可用于高速鋼刀具,如鉆頭羔辉、滾刀盯萄、絲錐和銑刀等。硬質(zhì)涂層作為阻礙化學(xué)擴(kuò)散和熱傳導(dǎo)的障壁,使刀具在切削時(shí)的磨損速度減慢占犹,涂層刀片的壽命與不涂層的相比大約提高1~3倍以上。
由于在高溫碉办、高壓理币、高速下,和在腐蝕性流體介質(zhì)中工作的零件虐干,其應(yīng)用的難加工材料越來(lái)越多聋亡,切削加工的自動(dòng)化水平和對(duì)加工精度的要求越來(lái)越高。為了適應(yīng)這種情況际乘,刀具的發(fā)展方向?qū)⑹前l(fā)展和應(yīng)用新的刀具材料坡倔;進(jìn)一步發(fā)展刀具的氣相沉積涂層技術(shù),在高韌性高強(qiáng)度的基體上沉積更高硬度的涂層脖含,更好地解決刀具材料硬度與強(qiáng)度間的矛盾罪塔;進(jìn)一步發(fā)展可轉(zhuǎn)位刀具的結(jié)構(gòu);提高刀具的制造精度养葵,減小產(chǎn)品質(zhì)量的差別征堪,并使刀具的使用實(shí)現(xiàn)最佳化。
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