刀具的發(fā)展歷史

1、刀具的發(fā)展歷史刀具的發(fā)展歷史刀具的發(fā)展在人類進(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)，就已出現(xiàn)黃銅錐和紫銅的錐、鉆、刀等銅質(zhì)刀具。戰(zhàn)國(guó)后期(公元前三世紀(jì))，由于掌握了滲碳技術(shù)，制成了銅質(zhì)刀具。當(dāng)時(shí)的鉆頭和鋸，與現(xiàn)代的扁鉆和鋸已有些相似之處。然而，刀具的快速發(fā)展是在18世紀(jì)后期，伴隨蒸汽機(jī)等機(jī)器的發(fā)展而來的。1783年，法國(guó)的勒內(nèi)首先制出銑刀。1792年，英國(guó)的莫茲利制出絲錐和板牙。有關(guān)麻花鉆的發(fā)明最早的文獻(xiàn)記載是在18

2、22年，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，許用的切削速度約為5米分。1868年，英國(guó)的穆舍特制成含鎢的合金工具鋼。1898年，美國(guó)的泰勒和懷特發(fā)明高速鋼。1923年，德國(guó)的施勒特爾發(fā)明硬質(zhì)合金刀具的切削速度刀具的切削速度在采用合金工具鋼時(shí)，刀具的切削速度提高到約8米分，采用高速鋼時(shí)，又提高兩倍以上，到采用硬質(zhì)合金時(shí)，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。由于高速鋼和硬質(zhì)

3、合金的價(jià)格比較昂貴，刀具出現(xiàn)焊接和機(jī)械夾固式結(jié)構(gòu)。1949～1950年間美國(guó)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。1938年，德國(guó)德古薩公司取得關(guān)于陶瓷刀具的專利。1972年，美國(guó)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。1969年，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。1972年，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)

4、合金或高速鋼刀具表面涂覆碳化鈦或氮化鈦硬質(zhì)層。表面涂層方法把基體材料的高強(qiáng)度和韌性，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。刀具的發(fā)展方向刀具的發(fā)展方向由于在高溫、高壓、高速下，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，切削加工的自動(dòng)化水平和對(duì)加工精度的要求越來越高。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；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

5、硬度的涂層，更好地解決刀具材料硬度與強(qiáng)度間的矛盾；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，減小產(chǎn)品質(zhì)量的差別，并使刀具的使用實(shí)現(xiàn)最佳化。先來看看銑削，假定切削液能克服高速旋轉(zhuǎn)的銑刀引起的離心力，那它在到達(dá)切削區(qū)之前也就已經(jīng)蒸發(fā)了，它的冷卻效果是很小的甚至沒有。而應(yīng)用切削液刀具會(huì)產(chǎn)生溫度的激烈變化，銑刀刀片自工件切出時(shí)冷卻，再切入時(shí)溫度又上升。盡管在干切削時(shí)也有類似的加熱和冷卻循環(huán)產(chǎn)生，但是加了切削液這種溫度變化要大得多。溫度急劇

6、變化在刀片中產(chǎn)生應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。類似的情況在車削中也會(huì)出現(xiàn)，例如用非涂層硬質(zhì)合金，在速度高于130mmin時(shí)，車削中碳鋼，刀尖切入工件不到40秒，然后暴露在冷卻液中，就能很明顯地表現(xiàn)出熱沖擊的損害。這種熱沖擊加快了月牙洼磨損和后面磨損，從而大大地縮短刀具壽命。對(duì)于大多數(shù)車削加工，干切通常能延長(zhǎng)刀具壽命。然而，對(duì)于鉆削則是另一種情況。鉆削時(shí)切削液是必要的，因?yàn)樗峁┝藵?rùn)滑和從孔中沖出切屑。沒有切削液，切屑可能粘在孔內(nèi)，并且表面粗糙

7、度平均值(Ra)可能達(dá)到濕鉆時(shí)的兩倍。在這種情況下，切屑液也能減少所需的機(jī)床扭矩，因?yàn)殂@頭邊緣上與孔壁接觸的點(diǎn)得到潤(rùn)滑。盡管涂層鉆頭也能夠起到類似切削液的潤(rùn)滑效果，涂層還能減少切削力并能使磨擦阻力趨向最小。從總的效果來看，目前還不能完全代替切削液。用哪種型號(hào)的切削液要根據(jù)具體情況，潤(rùn)滑性切削液用于低速加工難加工材料以及表面粗糙度要求較高時(shí)比較好。而冷卻能力較高的切削液，可以增強(qiáng)易切削材料高速加工性能，可以用于有產(chǎn)生積屑瘤傾向或有嚴(yán)格的尺

8、寸公差的情況下?？墒窃S多時(shí)候用了切削液取得了某些效果，但它需要很高的額外費(fèi)用，也帶來非常有害的環(huán)境污染，這是不值得的。應(yīng)該看到，現(xiàn)代的切削刀具能承受更高的切削熱，具備高速切削所需的性能。必要時(shí)可以用壓縮空氣從切削區(qū)吹走熱的切屑，以取代切削液?，F(xiàn)今，切削液通常不再必要的重要原因是有了涂層。它們通過抑制從切削區(qū)到刀片(刀具)的熱傳導(dǎo)來減緩溫度的沖擊。涂層的作用就象一層熱屏障，因?yàn)樗斜鹊毒呋w和工件材料低得多的熱傳導(dǎo)系數(shù)。因此，這些刀具吸收

9、的熱量較少，能承受較高的切削溫度。無論是車削還是銑削，涂層刀具都允許采用更高效的切削參數(shù)，而不會(huì)降低刀具壽命。涂層厚度在2到18微米之間，它在刀具性能方面起著重要的作用。較薄的涂層比厚的涂層在沖擊切削時(shí)，經(jīng)受溫度變化的性能要好，這是因?yàn)檩^薄的涂層應(yīng)力較小，不易產(chǎn)生裂紋。在快速冷卻和加熱時(shí)，厚的涂層就象玻璃杯極快地加熱冷卻一樣，容易碎掉。用薄涂層刀片進(jìn)行干式切削可以延長(zhǎng)刀具壽命高達(dá)40%，這就是物理涂層常用來涂圓形刀具和銑刀片的原因。PV

10、D涂層往往涂得比化學(xué)涂層要薄，與輪廓結(jié)合得較牢固。另外，PVD涂層可以在低得多的溫度下沉積在硬質(zhì)合金上，因此，它們更多地應(yīng)用于非常鋒利的刃口及大的正前角銑刀、車刀。雖然涂層材料氮化鈦，在所有涂層刀具中占有80%。然而在高速干式切削的情況下，最好的PVD涂層是氮鋁鈦(TiAlN)，它的性能在高溫連續(xù)切削時(shí)，優(yōu)于氮化鈦四倍，例如用于高速車削。TiAlN涂層對(duì)于處在較高的熱應(yīng)力條件下的刀具，也勝過其它涂層。象干式銑削及那些小直徑孔的深孔鉆削切