刀具科普知識簡介
刀具是機械制造中用于切削加工的工具启毁,又稱切削工具乌迎。廣義的切削工具既包括刀具,還包括磨具侯选。
絕大多數的刀具是機用的吠谢,但也有手用的土童。由于機械制造中使用的刀具基本上都用于切削金屬材料诗茎,所以“刀具”一詞一般就理解為金屬切削刀具工坊。切削木材用的刀具則稱為木工刀具悯歇。
刀具的發(fā)展在人類進步的歷史上占有重要的地位颗用。中國早在公元前28~前20世紀,就已出現黃銅錐和紫銅的錐蔬顾、鉆楚午、刀等銅質刀具昭齐。戰(zhàn)國后期(公元前三世紀),由于掌握了滲碳技術矾柜,制成了銅質刀具阱驾。 當時的鉆頭和鋸,與現代的扁鉆和鋸已有些相似之處怪蔑。
然而里覆,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)展而來的缆瓣。1783年哮瓦,法國的勒內首先制出銑刀。1792年啼厌,英國的莫茲利制出絲錐和板牙岛盗。有關麻花鉆的發(fā)明最早的文獻記載是在1822年,但直到1864年才作為商品生產终于。
那時的刀具是用整體高碳工具鋼制造的萄尽,許用的切削速度約為5米/分。1868年禁脏,英國的穆舍特制成含鎢的合金工具鋼跪晕。1898年,美國的泰勒和.懷特發(fā)明高速鋼猜著。1923年啄崖,德國的施勒特爾發(fā)明硬質合金。
在采用合金工具鋼時禀锋,刀具的切削速度提高到約8米/分垄暗,采用高速鋼時,又提高兩倍以上禀综,到采用硬質合金時简烘,又比用高速鋼提高兩倍以上,切削加工出的工件表面質量和尺寸精度也大大提高定枷。
由于高速鋼和硬質合金的價格比較昂貴孤澎,刀具出現焊接和機械夾固式結構届氢。1949~1950年間,美國開始在車刀上采用可轉位刀片,不久即應用在銑刀和其他刀具上覆旭。1938年退子,德國德古薩公司取得關于陶瓷刀具的專利。1972年型将,美國通用電氣公司生產了聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀片寂祥。這些非金屬刀具材料可使刀具以更高的速度切削。
1969年七兜,瑞典山特維克鋼廠取得用化學氣相沉積法丸凭,生產碳化鈦涂層硬質合金刀片的專利。1972年腕铸,美國的邦沙和拉古蘭發(fā)展了物理氣相沉積法惜犀,在硬質合金或高速鋼刀具表面涂覆碳化鈦或氮化鈦硬質層。表面涂層方法把基體材料的高強度和韌性裂体,與表層的高硬度和耐磨性結合起來势纺,從而使這種復合材料具有更好的切削性能。
刀具按工件加工表面的形式可分為五類街粟。加工各種外表面的刀具屉胳,包括車刀、刨刀稍圾、銑刀履剔、外表面拉刀和銼刀等;孔加工刀具钠彬,包括鉆頭轨来、擴孔鉆、鏜刀汹改、鉸刀和內表面拉刀等基霞;螺紋加工工具,包括絲錐僵禁、板牙阎瘩、自動開合螺紋切頭、螺紋車刀和螺紋銑刀等碰缔;齒輪加工刀具账劲,包括滾刀、插齒刀金抡、剃齒刀瀑焦、錐齒輪加工刀具等;切斷刀具,包括鑲齒圓鋸片榛瓮、帶鋸铺董、弓鋸、切斷車刀和鋸片銑刀等等禀晓。此外精续,還有組合刀具。
按切削運動方式和相應的刀刃形狀匆绣,刀具又可分為三類驻右。通用刀具什黑,如車刀崎淳、刨刀、銑刀(不包括成形的車刀伺罗、成形刨刀和成形銑刀)寨衣、鏜刀、鉆頭奇巍、擴孔鉆遇托、鉸刀和鋸等;成形刀具含罪,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笔广,如成形車刀、成形刨刀惠服、成形銑刀灿西、拉刀、圓錐鉸刀和各種螺紋加工刀具等断猩;展成刀具是用展成法加工齒輪的齒面或類似的工件善婉,如滾刀、插齒刀肪瘤、剃齒刀抄瓦、錐齒輪刨刀和錐齒輪銑刀盤等。
各種刀具的結構都由裝夾部分和工作部分組成陶冷。整體結構刀具的裝夾部分和工作部分都做在刀體上钙姊;鑲齒結構刀具的工作部分(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埂伦。帶孔刀具依靠內孔套裝在機床的主軸或心軸上煞额,借助軸向鍵或端面鍵傳遞扭轉力矩,如圓柱形銑刀赤屋、套式面銑刀等立镶。
帶柄的刀具通常有矩形柄、圓柱柄和圓錐柄三種类早。車刀媚媒、刨刀等一般為矩形柄嗜逻;圓錐柄靠錐度承受軸向推力,并借助摩擦力傳遞扭矩缭召;圓柱柄一般適用于較小的麻花鉆栈顷、立銑刀等刀具,切削時借助夾緊時所產生的摩擦力傳遞扭轉力矩嵌巷。很多帶柄的刀具的柄部用低合金鋼制成辐菩,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生和處理切屑的部分恋都,包括刀刃处膛、使切屑斷碎或卷攏的結構、排屑或容儲切屑的空間程伞、切削液的通道等結構要素胆抓。有的刀具的工作部分就是切削部分,如車刀暴既、刨刀辽察、鏜刀和銑刀等;有的刀具的工作部分則包含切削部分和校準部分磁饮,如鉆頭腰步、擴孔鉆、鉸刀减少、內表面拉刀和絲錐等堆鸦。切削部分的作用是用刀刃切除切屑,校準部分的作用是修光已切削的加工表面和引導刀具缔莲。
刀具工作部分的結構有整體式哥纫、焊接式和機械夾固式三種。整體結構是在刀體上做出切削刃痴奏;焊接結構是把刀片釬焊到鋼的刀體上蛀骇;機械夾固結構又有兩種,一種是把刀片夾固在刀體上读拆,另一種是把釬焊好的刀頭夾固在刀體上擅憔。硬質合金刀具一般制成焊接結構或機械夾固結構;瓷刀具都采用機械夾固結構檐晕。
刀具切削部分的幾何參數對切削效率的高低和加工質量的好壞有很大影響暑诸。增大前角,可減小前刀面擠壓切削層時的塑性變形辟灰,減小切屑流經前面的摩擦阻力个榕,從而減小切削力和切削熱。但增大前角,同時會降低切削刃的強度西采,減小刀頭的散熱體積凰萨。
在選擇刀具的角度時,需要考慮多種因素的影響眠便,如工件材料笤碍、刀具材料、加工性質(粗其便、精加工)等支赖,必須根據具體情況合理選擇。通常講的刀具角度蘑杭,是指制造和測量用的標注角度在實際工作時访跪,由于刀具的安裝位置不同和切削運動方向的改變,實際工作的角度和標注的角度有所不同慈柑,但通常相差很小乳吉。
制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性这疟,必要的抗彎強度菱计、沖擊韌性和化學惰性,良好的工藝性(切削加工虹婿、鍛造和熱處理等)壤生,并不易變形。
通常當材料硬度高時朝刊,耐磨性也高耀里;抗彎強度高時,沖擊韌性也高拾氓。但材料硬度越高冯挎,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咙鞍,以及良好的可加工性房官,現代仍是應用最廣的刀具材料,其次是硬質合金续滋。
聚晶立方氮化硼適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等翰守;聚晶金剛石適用于切削不含鐵的金屬,及合金疲酌、塑料和玻璃鋼等蜡峰;碳素工具鋼和合金工具鋼現在只用作銼刀、板牙和絲錐等工具朗恳。
硬質合金可轉位刀片現在都已用化學氣相沉積法涂覆碳化鈦湿颅、氮化鈦、氧化鋁硬層或復合硬層。正在發(fā)展的物理氣相沉積法不僅可用于硬質合金刀具斟策,也可用于高速鋼刀具著平,如鉆頭、滾刀庸磅、絲錐和銑刀等枝捷。硬質涂層作為阻礙化學擴散和熱傳導的障壁,使刀具在切削時的磨損速度減慢奋完,涂層刀片的壽命與不涂層的相比大約提高1~3倍以上宽藏。
由于在高溫、高壓淫兑、高速下闺撩,和在腐蝕性流體介質中工作的零件,其應用的難加工材料越來越多二谤,切削加工的自動化水平和對加工精度的要求越來越高娩鬼。為了適應這種情況,刀具的發(fā)展方向將是發(fā)展和應用新的刀具材料继射;進一步發(fā)展刀具的氣相沉積涂層技術佣盒,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顽聂;進一步發(fā)展可轉位刀具的結構肥惭;提高刀具的制造精度,減小產品質量的差別紊搪,并使刀具的使用實現最佳化蜜葱。
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