切削刀具

中國(guó)切削刀具制造行業(yè)機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存，但是總體來看，行業(yè)發(fā)展的有利因素占據(jù)了主導(dǎo)地位。結(jié)合國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況以及中國(guó)切削刀具行業(yè)自身的發(fā)展?fàn)顩r，預(yù)計(jì)“十二五”期間中國(guó)切削刀具行業(yè)將保持每年25%以上的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2015年行業(yè)銷售收入有望突破1400億元大關(guān)，切削刀具領(lǐng)域硬質(zhì)合金需求前景較好。

刀具按工件加工表面的形式可分為五類：

■ 加工各種外表面的刀具，包括車刀、刨刀、銑刀、外表面拉刀和銼刀等；

■ 孔加工刀具，包括鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鏜刀、鉸刀和內(nèi)表面拉刀等；

■ 螺紋加工刀具，包括絲錐、板牙、自動(dòng)開合螺紋切頭、螺紋車刀和螺紋銑刀等；

■ 齒輪加工刀具，包括滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪加工刀具等；

■ 切斷刀具，包括鑲齒圓鋸片、帶鋸、弓鋸、切斷車刀和鋸片銑刀等等。

此外，還有組合刀具。

按切削運(yùn)動(dòng)方式和相應(yīng)的刀刃形狀，刀具又可分為三類：

■ 通用刀具，如車刀、刨刀、銑刀(不包括成形的車刀、成形刨刀和成形銑刀)、鏜刀、鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀和鋸等；

■ 成形刀具，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，如成形車刀、成形刨刀、成形銑刀、拉刀、圓錐鉸刀和各種螺紋加工刀具等；

■ 展成刀具是用展成法加工齒輪的齒面或類似的工件，如滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪刨刀和錐齒輪銑刀盤等。

各種刀具的結(jié)構(gòu)都由裝夾部分和工作部分組成。整體結(jié)構(gòu)刀具的裝夾部分和工作部分都做在刀體上；鑲齒結(jié)構(gòu)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。帶孔刀具依靠?jī)?nèi)孔套裝在機(jī)床的主軸或心軸上，借助軸向鍵或端面鍵傳遞扭轉(zhuǎn)力矩，如圓柱形銑刀、套式面銑刀等。

帶柄的刀具通常有矩形柄、圓柱柄和圓錐柄三種。車刀、刨刀等一般為矩形柄；圓錐柄靠錐度承受軸向推力，并借助摩擦力傳遞扭矩；圓柱柄一般適用于較小的麻花鉆、立銑刀等刀具，切削時(shí)借助夾緊時(shí)所產(chǎn)生的摩擦力傳遞扭轉(zhuǎn)力矩。很多帶柄的刀具的柄部用低合金鋼制成，而工作部分則用高速鋼把兩部分對(duì)焊而成。

刀具的工作部分就是產(chǎn)生和處理切屑的部分，包括刀刃、使切屑斷碎或卷攏的結(jié)構(gòu)、排屑或容儲(chǔ)切屑的空間、切削液的通道等結(jié)構(gòu)要素。有的刀具的工作部分就是切削部分，如車刀、刨刀、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(zhǔn)部分，如鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、內(nèi)表面拉刀和絲錐等。切削部分的作用是用刀刃切除切屑，校準(zhǔn)部分的作用是修光已切削的加工表面和引導(dǎo)刀具。

刀具工作部分的結(jié)構(gòu)有整體式、焊接式和機(jī)械夾固式三種：

■ 整體結(jié)構(gòu)是在刀體上做出切削刃；

■ 焊接結(jié)構(gòu)是把刀片釬焊到鋼的刀體上；

■ 機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)又有兩種，一種是把刀片夾固在刀體上，另一種是把釬焊好的刀頭夾固在刀體上。

硬質(zhì)合金刀具一般制成焊接結(jié)構(gòu)或機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)；瓷刀具都采用機(jī)械夾固結(jié)構(gòu)。

刀具切削部分的幾何參數(shù)對(duì)切削效率的高低和加工質(zhì)量的好壞有很大影響。增大前角，可減小前刀面擠壓切削層時(shí)的塑性變形，減小切屑流經(jīng)前面的摩擦阻力，從而減小切削力和切削熱。但增大前角，同時(shí)會(huì)降低切削刃的強(qiáng)度，減小刀頭的散熱體積。

在選擇刀具的角度時(shí)，需要考慮多種因素的影響，如工件材料、刀具材料、加工性質(zhì)(粗、精加工)等，必須根據(jù)具體情況合理選擇。通常講的刀具角度，是指制造和測(cè)量用的標(biāo)注角度在實(shí)際工作時(shí)，由于刀具的安裝位置不同和切削運(yùn)動(dòng)方向的改變，實(shí)際工作的角度和標(biāo)注的角度有所不同，但通常相差很小。

根據(jù)制造業(yè)發(fā)展的需要，多功能復(fù)合刀具、高速高效刀具將成為刀具發(fā)展的主流。面對(duì)日益增多的難加工材料，刀具行業(yè)必須改進(jìn)刀具材料、研發(fā)新的刀具材料和更合理的刀具結(jié)構(gòu)。

■ 硬質(zhì)合金材料及涂層應(yīng)用增多。細(xì)顆粒、超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金材料是發(fā)展方向；納米涂層、梯度結(jié)構(gòu)涂層及全新結(jié)構(gòu)、材料的涂層將大幅度提高刀具使用性能；物理涂層（PVD）的應(yīng)用繼續(xù)增多。

■ 新型刀具材料應(yīng)用增多。陶瓷、金屬陶瓷、氮化硅陶瓷、PCBN、PCD等刀具材料的韌性進(jìn)一步增強(qiáng)，應(yīng)用場(chǎng)合日趨增多。

■ 切削技術(shù)快速發(fā)展。高速切削、硬切削、干切削繼續(xù)快速發(fā)展，應(yīng)用范圍在迅速擴(kuò)大。

制造刀具的材料必須具有很高的高溫硬度和耐磨性，必要的抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性和化學(xué)惰性，良好的工藝性(切削加工、鍛造和熱處理等)，并不易變形。

通常當(dāng)材料硬度高時(shí)，耐磨性也高；抗彎強(qiáng)度高時(shí)，沖擊韌性也高。但材料硬度越高，其抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性就越低。高速鋼因具有很高的抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性，以及良好的可加工性，現(xiàn)代仍是應(yīng)用最廣的刀具材料，其次是硬質(zhì)合金。

聚晶立方氮化硼適用于切削高硬度淬硬鋼和硬鑄鐵等；聚晶金剛石適用于切削不含鐵的金屬，及合金、塑料和玻璃鋼等；碳素工具鋼和合金工具鋼只用作銼刀、板牙和絲錐等工具。

硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片都已用化學(xué)氣相沉積涂覆碳化鈦、氮化鈦、氧化鋁硬層或復(fù)合硬層。正在發(fā)展的物理氣相沉積法不僅可用于硬質(zhì)合金刀具，也可用于高速鋼刀具，如鉆頭、滾刀、絲錐和銑刀等。硬質(zhì)涂層作為阻礙化學(xué)擴(kuò)散和熱傳導(dǎo)的障壁，使刀具在切削時(shí)的磨損速度減慢，涂層刀片的壽命與不涂層的相比大約提高1～3倍以上。

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。

刀具材料大致分如下幾類：高速鋼、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷、聚晶立方氮化硼以及聚晶金剛石。

硬質(zhì)合金切削刀具幾何角度及切削要素以車刀為代表，介紹了硬質(zhì)合金切削刀具切削部分基本定義及有關(guān)名詞術(shù)語，同時(shí)說明了硬質(zhì)合金切削刀具幾何形狀的分析及其圖示方法。

硬質(zhì)合金切削刀具幾何角度及切削要素包括對(duì)硬質(zhì)合金切削刀具的切削運(yùn)動(dòng)與切削用量、鎢鋼切削刀具切削基本知識(shí)、鎢鋼切削刀具的工作角度及其鎢鋼切削刀具的切削層與切削方式的詳細(xì)介紹。

不同類型的鎢鋼切削刀具，其刀面、切削刃數(shù)量不同。但組成鎢鋼切削刀具的最基本單元是兩個(gè)刀面匯交成的一個(gè)切削刃，簡(jiǎn)稱兩面一刃。任何復(fù)雜的鎢鋼切削刀具都可將其分為一個(gè)個(gè)基本單元進(jìn)行分析。

硬質(zhì)合金切削刀具切削過程是指通過切削運(yùn)動(dòng)，由硬質(zhì)合金切削刀具從工件上切下多余的金屬層而形成切屑和已加工表面的過程，在這過程中硬質(zhì)合金切削刀具產(chǎn)生變形，形成切屑，產(chǎn)生切削力、切削熱與切削溫度、切削刀具磨損等諸多現(xiàn)象。

如果將削掉的果皮重新卷在蘋果上，也可以按照原來的樣子拼在一起。然而，在用硬質(zhì)合金切削刀具切削金屬，特別是在持續(xù)不斷地切削鋼材時(shí)，切屑不會(huì)照原樣卷起來。并不是因?yàn)榍行继?，而是因?yàn)榍行奸L(zhǎng)度會(huì)產(chǎn)生變化的緣故。同時(shí)，切屑會(huì)變寬、變厚。也就是說，不同的切削要素下的切屑形狀也大不相同。切屑的厚度一般是原來的好幾倍，而切屑的長(zhǎng)度是原來的幾分之一。因此，用某個(gè)切削速度切削而得到的切屑，相當(dāng)于是以幾分之一的切削速度產(chǎn)生的切屑。