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切削工具类型


刀具是 机械制造中用于切削加工工具,又称切削工具。广义切削工具既包括刀具,还包括磨具。
       
    绝大多数刀具是机用,但也有手用。机械制造中使用刀具基本上都用于切削金属材料,“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。切削木材用刀具则称为木工刀具。
       
    刀具发展人类进步历史上占有重要位。中国早公元前28~前20世纪,就已出现黄铜锥和紫铜锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期(公元前三世纪),掌握了渗碳技术,制成了铜质刀具。当时钻头和锯,与现代扁钻和锯已有些相似之处。
       
    ,刀具快速发展是18世纪后期,伴随蒸汽机等机器发展而来。1783年,法国勒内首先制出铣刀。1792年,英国莫兹利制出丝锥和板牙。有关麻花钻发明最早文献记载是1822年,但直到1864年才作为商品生产。
   
   
    那时刀具是用整体高碳工具钢制造,许用切削速度约为5米/分。1868年,英国穆舍特制成含钨合金工具钢。1898年,美国泰勒和.怀特发明高速钢。1923年,德国施勒特尔发明硬质合金。
       
    采用合金工具钢时,刀具切削速度提高到约8米/分,采用高速钢时,又提高两倍以上,到采用硬质合金时,又比用高速钢提高两倍以上,切削加工出工件表面质量和尺寸精度也大大提高。
       
    高速钢和硬质合金价格比较昂贵,刀具出现焊接和机械夹固式结构。1949~1950年间,美国开始车刀上采用可转位刀片,不久即应用铣刀和其他刀具上。1938年,德国德古萨公司取陶瓷刀具专利。1972年,美国通用电气公司生产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速度切削。
     
    1969年,瑞典山特维克钢厂取用化学气相沉积法,生产碳化钛涂层硬质合金刀片专利。1972年,美国邦沙和拉古兰发展了物理气相沉积法,硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料高强度和韧性,与表层高硬度和耐磨性结合起来,使这种复合材料具有更好切削性能。
       
    刀具按工件加工表面形式可分为五类。加工各种外表面刀具,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、铰刀和内表面拉刀等;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刀刃形状,刀具又可分为三类。通用刀具,如车刀、刨刀、铣刀(不包括成形车刀、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,这类刀具刀刃具有与被加工工件断面相同或接近相同形状,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齿面或类似工件,如滚刀、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。
      
    各种刀具结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具装夹部分和工作部分都做刀体上;镶齿结构刀具工作部分(刀齿或刀片)则镶装刀体上。
       
    刀具装夹部分有带孔和带柄两类。带孔刀具依靠内孔套装机床主轴或心轴上,借助轴向键或端面键传递扭转力矩,如圆柱形铣刀、套式面铣刀等。
     
    带柄刀具通常有矩形柄、圆柱柄和圆锥柄三种。车刀、刨刀等一般为矩形柄;圆锥柄靠锥度承受轴向推力,并借助摩擦力传递扭矩;圆柱柄一般适用于较小麻花钻、立铣刀等刀具,切削时借助夹紧时所产生摩擦力传递扭转力矩。很多带柄刀具柄部用低合金钢制成,而工作部分则用高速钢把两部分对焊而成。
       
    刀具工作部分就是产生和处理切屑部分,包括刀刃、使切屑断碎或卷拢结构、排屑或容储切屑空间、切削液通道等结构要素。有刀具工作部分就是切削部分,如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等;有刀具工作部分则包含切削部分和校准部分,如钻头、扩孔钻、铰刀、内表面拉刀和丝锥等。切削部分作用是用刀刃切除切屑,校准部分作用是修光已切削加工表面和引导刀具。
      
    刀具工作部分结构有整体式、焊接式和机械夹固式三种。整体结构是刀体上做出切削刃;焊接结构是把刀片钎焊到钢刀体上;机械夹固结构又有两种,一种是把刀片夹固刀体上,另一种是把钎焊好刀头夹固刀体上。硬质合金刀具一般制成焊接结构或机械夹固结构;瓷刀具都采用机械夹固结构。
     
    刀具切削部分几何参数对切削效率高低和加工质量好坏有很大影响。增大前角,可减小前刀面挤压切削层时塑性变形,减小切屑流经前面摩擦阻力,减小切削力和切削热。但增大前角,同时会降低切削刃强度,减小刀头散热体积。
    
    选择刀具角度时,需要考虑多种因素影响,如工件材料、刀具材料、加工性质(粗、精加工)等,必须具体情况合理选择。通常讲刀具角度,是指制造和测量用标注角度实际工作时,刀具安装位置不同和切削运动方向改变,实际工作角度和标注角度有所不同,但通常相差很小。
    
    制造刀具材料必须具有很高高温硬度和耐磨性,必要抗弯强度、冲击韧性和化学惰性,良好工艺性(切削加工、锻造和热处理等),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。高速钢因具有很高抗弯强度和冲击韧性,以及良好可加工性,现代仍是应用最广刀具材料,其次是硬质合金。
     
    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金属,及合金、塑料和玻璃钢等;碳素工具钢和合金工具钢现只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。
   
    硬质合金可转位刀片现都已用化学气相沉积法涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正发展物理气相沉积法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。硬质涂层作为阻碍化学扩散和热传导障壁,使刀具切削时磨损速度减慢,涂层刀片寿命与不涂层相比大约提高1~3倍以上。
   
    高温、高压、高速下,和腐蚀性流体介质中工作零件,其应用难加工材料越来越多,切削加工自动化水平和对加工精度要求越来越高。适应这种情况,刀具发展方向将是发展和应用新刀具材料;进一步发展刀具气相沉积涂层技术,高韧性高强度基体上沉积更高硬度涂层,更好解决刀具材料硬度与强度间矛盾;进一步发展可转位刀具结构;提高刀具制造精度,减小产品质量差别,并使刀具使用实现最佳化。
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