淺談機(jī)械的發(fā)展與刀具材料現(xiàn)狀

1、我國(guó)在金屬切削方面有著悠久的歷史。古代加工石質(zhì)、木質(zhì)、骨質(zhì)和其他非金屬器物是今天金屬加工的序曲。在舊石器時(shí)代就有石砍砸器，到了新石器時(shí)代，人們?cè)倥c大自然的搏斗中生產(chǎn)工具得到了不斷的改進(jìn)，如：石斧、石刀、石鐮等。并且以能在石器上鉆孔。甚至把堅(jiān)硬的石刃鑲嵌或粘接在骨把上制成夾固式石刃骨刀。人類從這時(shí)候起，在生產(chǎn)實(shí)踐中逐步認(rèn)識(shí)了刀刃的作用。可以這樣說(shuō)，一個(gè)原始的切削加工過(guò)程形成了?；旧暇邆淞饲邢鞯幕緱l件：刀具(帶刃口的石器)，被加工對(duì)象(

2、生產(chǎn)和生活用品)，切削運(yùn)動(dòng)。我國(guó)的金屬切削加工工藝，從青銅器時(shí)代開始萌芽的，并逐漸形成和發(fā)展。從殷商到春秋時(shí)期已經(jīng)有了相當(dāng)發(fā)達(dá)的青銅冶鑄業(yè)出現(xiàn)了各種青銅工具，如：青銅刀、青銅銼、青銅鋸等等。同時(shí)有出土文物與甲骨文記錄表明，這個(gè)時(shí)期的生產(chǎn)的青銅工具和生活工具，在制造過(guò)程中大都要經(jīng)過(guò)切削加工或研磨。我國(guó)的冶鑄技術(shù)比西歐早一千多年。滲碳、淬火、和煉鋼技術(shù)的發(fā)明，為制造堅(jiān)硬鋒利的工具提供了便利的條件。鐵質(zhì)工具的出現(xiàn)，表明金屬切削加工進(jìn)入了一新的

3、階段。有記載表明早在三千多年前的商代已經(jīng)有了旋轉(zhuǎn)的琢玉工具，這也就是金屬切削機(jī)床的前身。70年代在河北滿城一號(hào)漢墓出土的五銖錢，其外圓上有經(jīng)過(guò)車削的痕跡，刀花均勻，切削振動(dòng)波紋清晰，橢圓度很小。有可能將五銖錢穿在方軸上然后裝夾在木質(zhì)的車床上，用手拿著工具進(jìn)行切削。八世紀(jì)的時(shí)候我國(guó)就有了金屬切削車床。到了明代，手工業(yè)有了很大的發(fā)展，各種切削方法，有了較細(xì)的分工。如：車、銑、鉆、磨等等。從北京古天文臺(tái)上的天文儀器可以看出當(dāng)時(shí)采用了與五、六十

4、年代類似的加工方法。這也就說(shuō)明當(dāng)時(shí)就有較高精度的磨削、車削、銑削、鉆削等等。其動(dòng)力是畜力和水力。清末，由于政府腐敗和外國(guó)的侵略使我國(guó)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展停滯不前，金屬加工也處于落后的狀態(tài)。解放前，我國(guó)的工業(yè)已經(jīng)十分落后，根本沒有自己的機(jī)床，工具制造業(yè)。就連高速鋼這樣的工具材料，麻花鉆這樣的普通工具都不能制造。解放后，我國(guó)的機(jī)床也有了長(zhǎng)足的發(fā)展。機(jī)床和工具制造業(yè)也從無(wú)到有，從小到大。七八十年代，工具材料進(jìn)一步得到發(fā)展，硬質(zhì)合金和高速鋼的規(guī)格和品

5、種不斷增加。如：涂層硬質(zhì)合金、立方碳化硼，陶瓷等等。到了八十年代數(shù)控、數(shù)顯設(shè)備也開始發(fā)展起來(lái)了。由于受當(dāng)時(shí)電子設(shè)備、微機(jī)、傳輸?shù)扔绊懀瑳]有太大的發(fā)展空間。隨著電子設(shè)備、微機(jī)、傳輸速率的快速發(fā)展，數(shù)控、數(shù)顯設(shè)備也快速發(fā)展起來(lái)了。現(xiàn)今，我國(guó)機(jī)床制造也已基本上成熟了，特別是在普通機(jī)床上。準(zhǔn)確來(lái)講機(jī)床是先進(jìn)制造技術(shù)的載體，機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量、更新速度、應(yīng)變能力、效率在相當(dāng)程度上取決于機(jī)床。我國(guó)現(xiàn)在對(duì)機(jī)床的需求將是中檔數(shù)控機(jī)床、加工中心和專用機(jī)床為主。

6、其他機(jī)床相對(duì)要少得多了。而我國(guó)的尖端數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)化生產(chǎn)線的制造還不能與世界強(qiáng)手相比。但是，我國(guó)在軍事，航空等方面還需要精密、復(fù)合、智能的設(shè)備。這也就要求我們奮發(fā)圖強(qiáng)趕上他們，在這樣的環(huán)境下也確定了我國(guó)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向，向復(fù)合、高速、智能、PCBN刀具大多用于耐磨黑色金屬的加工，因此其刀尖角不能太小，刀具前角一般為5～5，后角一般為3～10，斷續(xù)切削時(shí)一般采用負(fù)倒棱。轉(zhuǎn)位結(jié)構(gòu)的PCBN刀片(主要為車刀片和銑刀片)一般是在可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金

7、刀片的一個(gè)角上鑲焊一塊PCBN刀坯，經(jīng)刃磨而成?？紤]到刀坯較貴及重磨等原因，一般只做成一個(gè)刀尖。隨著焊接工藝質(zhì)量的提高，其剪切強(qiáng)度可達(dá)0.78kgm2。隨著PCBN刀坯尺寸越做越小，不重磨PCBN刀片的價(jià)格也隨之降低。（二）超硬刀具的典型應(yīng)用（1）硬態(tài)加工，以車代磨由于PCBN刀具具有極高的硬度及紅硬性，可使被加工的高硬度零件獲得良好的表面粗糙度，所以采用PCBN刀具車削淬硬鋼可實(shí)現(xiàn)“以車代磨”。應(yīng)用實(shí)例如汽車、摩托車齒輪孔的加工，此類

8、零件材料一般為20CrMnTi，滲碳淬火，表面硬度為60～62HRC，齒輪孔精度為IT6，表面粗糙度Ra≤0.8μm。傳統(tǒng)加工工藝為：機(jī)加工熱處理磨削。采用超硬刀具“以車代磨”的加工工藝為：粗加工熱處理精加工。新工藝可大幅度提高加工效率，降低加工成本，原采用磨削工藝一班僅能加工100個(gè)小齒輪，現(xiàn)采用PCBN刀具車削(切削參數(shù)V=60～120mmin，f≤0.12mmr，ap≤0.1mm，一班能加工400個(gè)小齒輪，此外，分?jǐn)偟矫總€(gè)齒輪的加

9、工成本也有所下降。（2）高速切削，高穩(wěn)定性加工在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線上，灰鑄鐵缸體的缸孔精加工是關(guān)鍵工序之一，要求缸孔加工尺寸精度高、表面粗糙度值小、穩(wěn)定性好；由于生產(chǎn)線加工節(jié)拍快，要求切削速度高(通常V≥500mmin)，刀具壽命長(zhǎng)(加工孔數(shù)≥1000)，且倒角、止口、粗精鏜等多個(gè)工位的刀片壽命均應(yīng)滿足耐用度要求。采用PCBN刀具即可實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔的高速切削及高穩(wěn)定性加工，其典型切削參數(shù)為：V=500mmin，f=0.2～0.4mmr，a

10、p=0.2～0.7mm；加工表面粗糙度Ra≤1.6μm，刀具壽命1000件。（3）有色金屬的高速、高穩(wěn)定性、低粗糙度加工及鏡面加工采用PCD刀具加工有色金屬時(shí)，由于金剛石硬度高，表面與金屬親合力小，且刀具一般拋光成鏡面，不易產(chǎn)生積屑瘤，因此加工尺寸穩(wěn)定性及表面質(zhì)量都很好，刀具壽命也較長(zhǎng)。例如，采用PCD刀具加工電機(jī)整流子的紫銅換向器，典型切削參數(shù)為：V=300mmin，f=0.08mmr，ap≤0.15mm，加工表面粗糙度Ra0.1～0