刀具的根底学问

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刀具的根底学问
　刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。广义的切削工具既包刀具还包括磨具。
　　绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造中运用的刀具根本上都用于切削金属材料，所以“刀具”一词普通就理解为金属切削刀具。切削木材用的刀具则称为木工刀具。
　　刀具的开展在人类进步的历史上占有重要的位置。中国早在公元前28~前20世纪，就已呈现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期(公元前三世纪)，由于控制了渗碳技术，制成了铜质刀具。当时的钻头和锯，与现代的扁钻和锯已有些类似之处。
! }* ~2 V$ w6 l2 b) t+ u5 r0 `* L　　但是，刀具的快速开展是在18世纪后期，伴随蒸汽机等机器的开展而来的。1783年，法国的勒内首先制出铣刀。1792年，英国的莫兹利制出丝锥和板牙。有关麻花钻的创造最早的文献记载是在1822年，但直到1864年才作为商品消费。
+ Q+ q  d* J9 ^8 ~4 p3 P" i　　那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的，许用的切削速度约为5米/分。1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。1898年，美国的泰勒和．怀特创造高速钢。1923年，德国的施勒特尔创造硬质合金。
　　在采用合金工具钢时，刀具的切削速度进步到约8米/分，采用高速钢时，又进步两倍以上，到采用硬质合金时，又比用高速钢进步两倍以上，切削加工出的工件外表质量和尺寸精度也大大进步。
　　由于高速钢和硬质合金的价钱比拟昂贵，刀具呈现焊接和机械夹固式构造。1949~1950年间,美国开端在车刀上采用可转位刀片，不久即应用在铣刀和其他刀具上。1938年，德国德古萨公司获得关于陶瓷刀具的专利。1972年，美国通用电气公司消费了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。
　　1969年，瑞典山特维克钢厂获得用化学气相堆积法，消费碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。1972年，美国的邦沙和拉古兰开展了物理气相堆积法，在硬质合金或高速钢刀具外表涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。外表涂层方法把基体材料的高强度和韧性，与表层的高硬度和耐磨性别离起来，从而使这种复合材料具有更好的切削性能。
　　刀具按工件加工外表的方式可分为五类。加工各种外表面的刀具，包括车刀、刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等；孔加工刀具，包括钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀和内外表拉刀等；螺纹加工工具，包括丝锥、板牙、自动开合螺纹切头、螺纹车刀和螺纹铣刀等；齿轮加工刀具，包括滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮加工刀具等；切断刀具，包括镶齿圆锯片、带锯、弓锯、切断车刀和锯片铣刀等等。此外，还有组合刀具。
　　按切削运动方式和相应的刀刃外形，刀具又可分为三类。通用刀具，如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形的车刀、成形刨刀和成形铣刀)、镗刀、钻头、扩孔钻、铰刀和锯等；成形刀具，这类刀具的刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同的外形，如成形车刀、成形刨刀、成形铣刀、拉刀、圆锥铰刀和各种螺纹加工刀具等；展成刀具是用展成法加工齿轮的齿面或类似的工件，如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。
* M) J/ Z  U4 ]. Q　　各种刀具的构造都由装夹局部和工作局部组成。整体构造刀具的装夹局部和工作局部都做在刀体上；镶齿构造刀具的工作局部(刀齿或刀片)则镶装在刀体上。
1 J5 H  y* l" o- L　　刀具的装夹局部有带孔和带柄两类。带孔刀具依托内孔套装在机床的主轴或心轴上，借助轴向键或端面键传送改变力矩，如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。
　　带柄的刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、刨刀等普通为矩形柄；圆锥柄靠锥度承受轴向推力，并借助摩擦力传送扭矩；圆柱柄普通适用于较小的麻花钻、立铣刀等刀具，切削时借助夹紧时所产生的摩擦力传送改变力矩。很多带柄的刀具的柄部用低合金钢制成，而工作局部则用高速钢把两局部对焊而成。
: @8 X6 n, A( m. x3 y2 F' T6 \3 R$ f　　刀具的工作局部就是产生和处置切屑的局部，包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的构造、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等构造要素。有的刀具的工作局部就是切削局部，如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等；有的刀具的工作局部则包含切削局部和校准局部，如钻头、扩孔钻、铰刀、内外表拉刀和丝锥等。切削局部的作用是用刀刃切除切屑，校准局部的作用是修光已切削的加工外表和引导刀具。
; @* k  F8 x5 L& @( Q　　刀具工作局部的构造有整体式、焊接式和机械夹固式三种。整体构造是在刀体上做出切削刃；焊接构造是把刀片钎焊到钢的刀体上；机械夹固构造又有两种，一种是把刀片夹固在刀体上，另一种是把钎焊好的刀头夹固在刀体上。硬质合金刀具普通制成焊接构造或机械夹固构造；瓷刀具都采用机械夹固构造。
# q: r  U/ N, l3 K* B　　刀具切削局部的几何参数对切削效率的上下和加工质量的好坏有很大影响。增大前角，可减小前刀面挤压切削层时的塑性变形，减小切屑流经前面的摩擦阻力，从而减小切削力和切削热。但增大前角，同时会降低切削刃的强度，减小刀头的散热体积。
# E, h4 }7 o- ~, ]4 {4 U% q7 f　　在选择刀具的角度时，需求思索多种要素的影响，如工件材料、刀具材料、加工性质(粗、精加工)等，必需根据细致情况合理选择。通常讲的刀具角度，是指制造和丈量用的标注角度在理论工作时，由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改动，理论工作的角度和标注的角度有所不同，但通常相差很小。
　　制造刀具的材料必需具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造和热处置等)，并不易变形。
　　通常当材料硬度高时，耐磨性也高；抗弯强度高时，冲击韧性也高。但材料硬度越高，其抗弯强度和冲击韧性就越低。高速钢因具有很高的抗弯强度和冲击韧性，以及良好的可加工性，现代仍是应用最广的刀具材料，其次是硬质合金。
, K6 q0 `  R8 C7 C4 S0 Z* d5 y　　聚晶立方氮化硼适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等；聚晶金刚石适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等；碳素工具钢和合金工具钢如今只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。
　　硬质合金可转位刀片如今都已用化学气相堆积法涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在开展的物理气相堆积法不只可用于硬质合金刀具，也可用于高速钢刀具，如钻头、滚刀、丝锥和铣刀等。硬质涂层作为障碍化学扩散和热传导的障壁，使刀具在切削时的磨损速度减慢，涂层刀片的寿命与不涂层的相比大约进步1~3倍以上。
- B9 ^; C' |) ?/ ~5 p　　由于在高温、高压、高速下，和在腐蚀性流体介质中工作的零件，其应用的难加工材料越来越多，切削加工的自动化程度和对加工精度的请求越来越高。为了顺应这种情况，刀具的开展方向将是开展和应用新的刀具材料；进一步开展刀具的气相堆积涂层技术，在高韧性高强度的基体上堆积更高硬度的涂层，更好地处理刀具材料硬度与强度间的矛盾；进一步开展可转位刀具的构造；进步刀具的制造精度，减小产质量量的差异，并使刀具的运用完成最佳化。
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