2019-02-01 15:13:32

刀具

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刀具是机械制造中用于切削加工的工具, 又称切削工具。 绝大多数的刀具是机用的,但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料,所以"刀具"一词一般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。还有特别应用的一类刀具,用于地质勘探、打井、矿山钻探,称为矿山刀具。

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基本信息

  • 中文名

    刀具

  • 别称

    切削工具

  • 拼音

    daoju

折叠 编辑本段 历史和发展

刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早在公元前28~前20世纪,就已出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),由于掌握了渗碳技术,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相似之处。然而,刀具的快速发展是在18世纪后期,伴随蒸汽机等机器的发展而来的。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。有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年,但直到1864年才作为商品生产。

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的合金工具钢。1898年,美国的泰勒和.怀特发明高速工具钢。1923年,德国的施勒特尔发明硬质合金。在采用合金工具钢时,刀具的切削速度提高到约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,切削加工出的的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。

由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵,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,德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。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的速度切削。

1969年,瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法,生产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发展了物理气相沉积法,在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的高强度和韧性,与表层的高硬度和耐磨性结合起来,从而使这种复合材料具有更好的切削性能。

折叠 编辑本段 分类

刀具按工件加工表面的形式可分为五类:

■ 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、镗刀铰刀和内表面拉刀等;

■ 螺纹加工刀具,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、锥齿轮和拉刀等;

■ 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;

■ 特殊刀具,加工一些特殊工件,如:齿轮,花键等用的刀具。如、插齿刀、剃齿刀、锥齿轮刨刀和锥齿轮铣刀盘等。

同时按照刀具用途分类,除金属切削刀具,用于木工的木工刀具,还有特别应用的一类刀具,一种多采用于地质勘探、打井、矿山开采的矿山刀具。

折叠 编辑本段 研磨形式

凹磨(HollowGrind: 

于刀面两侧各挖除一个凹槽,因其容易加工及设计,故市面上许多工厂刀皆是此一种研磨方式。最大的优点便是经此研磨后会形成一个非常薄的刀刃,而越薄的刀刃切削能力越好。其缺点为:越薄的刀刃越脆弱。它可以切、削较硬的物体或组织,但却不适合用以在料理食物时砍劈的动作,因刀身的纵切面为非线性,故无法切的太深。凹磨的刀子皆不建议用于砍劈动作上,因其刀刃相对的较脆弱。其最大的优点便是增加刀刃的切削能力,尤其是在刀面不够宽阔时使用(德国Puma刀厂算出若刀背有3.5mm厚,那么刀面至少要有20mm宽才能有相当的切削砍劈能力。若不够宽的刀子便要以Hollowground的方式来弥补。)。早期的剃头刀便是用凹磨。 

凿刀磨法、片刃研磨(ChiselGrind): 

刀面只有一面研磨。优点有四:1.易于加工:一面研磨故只需其它研磨方式的一半加工,且不需太过精密,因此省时、省工、省钱。2.易于研磨:除非严重的损伤,否则只需研磨一面即可,且研磨技术不必像其它研磨方式一般的高超。3.刀刃坚固:只单边开刃,故刀刃角度大(约30-45度),刀身厚。4.节省材料:在早期锤打制刀时代,此种研磨方式不需像其它研磨方式一般要削去多余的钢材,可节省最多的钢材耗费。台湾原住民的刀子便是凿刀磨法。 缺点有三:1.无法准确的切削:拿凿刀磨法及其它双边研磨的刀子来切苹果时你便会发现,双面研磨的刀子可以精准的将苹果平分切成两半,而凿刀磨法的刀子则会随着研磨的角度而〔斜〕出去。2.无法穿刺的太深:凿刀磨法在刀尖上造成了太多的斜面,使得其在穿刺上形成了许多的阻碍点。举例而言,你从未见过凿刀研磨的匕首、短剑或穿孔锥吧!3.研磨面错误:右手刀的研磨方式为(从刀背向下俯视)刀面的左侧为平坦,右侧才研磨?左手刀刚好相反。然因东、西方传统性刀面展示上的不同及小刀用法习惯的差异,使得西方刀厂所做出之凿刀研磨大多为左手刀(西方人习惯将刀尖向左的展示刀子,将左刀面视为正面?东方人则将刀尖向右展示刀子,将右刀面视为正面),在刀刃向外切削必须将刀子切削的角度加大才能平顺的使用。美国最近也发现了这个问题,虽然大多数的刀厂依旧坚持〔左手刀〕,但如GTKnives已将其凿刀磨法的刀子改为右手刀。日式的凿刀磨法的刀子则全是右手刀。PhillHartsfield是使用凿刀开刃之名家,而Emerson的CQC-6则为美国第一把使用凿刀开刃的折刀。 

平面磨法(FlatGrind/VGrind): 

为兼顾锐利及坚固的一种研磨方式。从刀背开始便一直平磨至刀锋处,因此具有一相当坚固的刀背及刀脊。此种研磨方式相较于上述两种而言为较难以研磨的形式,因在研磨过程中许多钢材需被磨掉。刀刃处非常薄而锐利,适用于各式野外用刀,是非常优良的研磨方式。因从刀的纵切面来看成一V型,故又称为V型磨法。 

骑兵磨法(SaberGrind): 

与平面磨法相似,都是刀面两侧无凹槽的设计。不同在于平面磨法是从刀背处便一直研磨至刀刃,而骑兵磨法则是从一半开始研磨。亦具有相当优异的切削砍劈能力。早期骑兵刀便是此一研磨形式,故称为骑兵磨法。 

圆弧磨法(ConvexGrind): 

又称为MoranGrind,因BillMoran是将此一研磨方式发展的最佳的西方刀匠大师。此种研磨方式不像上述的四种磨法。别种研磨法都是在刀子两侧形成一斜面或凹槽,而圆弧磨法则是在刀锋上方形成一双凸的圆弧(因长的像文蛤,故日本又称为蛤刃)。此种研磨方式就如便如平面磨法一般的坚固,凹磨一般的锐利。为非常难造的一种研磨方式。其缺点为若你没有Flat-BeltGrinder,那么刀刃钝时便很难自己研磨。

折叠 编辑本段 安全性技术

折叠 1引言

高速铣削工艺在汽车、飞机和模具制造业中应用广泛。由于铣刀高速旋转时刀具各部分承受的离心力已远远超过切削力本身的作用而成为刀具的主要载荷,而离心力达到一定程度时会造成刀具变形甚至破裂,因此研究高速铣刀的安全性技术对发展高速铣削技术有着极其重要的意义。

折叠 2研究的现状

20世纪90年代初德国就开始了对高速铣刀的安全性技术研究,并制订了DIN6589-1《高速铣刀的安全要求》标准草案,规定了高速铣刀失效的试验方法和标准,在技术上提出了高速铣刀设计、制造和使用的指导性意见,规定了统一的安全性检验方法。该标准草案已成为各国高速铣刀安全性的指导性文件。

2.1 高速铣刀的安全失效形式与试验方法

标准草案规定了高速切削的速度界限,超过该速度后离心力将成为铣刀的主要载荷,必须采用安全技术。在刀具直径与高速切削范围关系图中,曲线以上区域为该标准规定的铣刀必须经过安全检验的高速切削范围:对于直径d1≤32mm的单件刀具(整体或焊接刀具),其切削速度超过10000m/mm为高速切削范围;对于直径d1>32mm的装配式机夹刀具,高速切削范围为线段BC以上区域。

高速铣刀的安全失效形式有两种:变形和破裂。不同类型铣刀的安全试验方法也不同。对于机夹可转位铣刀,有两种安全试验方法:一种方法是在1.6倍最大使用转速下进行试验,刀具的永久性变形或零件的位移不超过0.05mm;另一种方法是在2倍于最大使用转速下试验,刀具不发生破裂(包括夹紧刀片的螺钉被剪断、刀片或其他夹紧元件被甩飞、刀体的爆裂等)。而对于整体式铣刀,则必须在2倍于最大使用转速条件下试验而不发生弯曲或断裂。

2.2 高速铣刀强度计算模型

高速刀具在离心力的作用下是否发生失效的关键在于刀体的强度是否足够、机夹刀的零件夹紧是否可靠。当把离心力作为主要载荷计算刀体强度时,由于刀具形状的复杂性,用经典力学理论计算得出的结果误差很大,常常不能满足安全性设计的要求。

为了在刀具设计阶段对其结构强度在离心力作用下的受力和变形进行定性和定量的分析,可通过有限元方法计算不同转速下的应力大小,模拟失效过程和改进设计方案。高速铣刀有限元计算模型中包括刀体、刀体座、刀片和夹紧螺钉。首先计算刀体(包括螺钉、刀片等零件质量)的弹性变形,再对分离出的刀座作详细分析,把所获得的刀体弹性变形作为边界条件加到刀座分离体;然后由切出的刀座、刀片、螺钉及无质量的摩擦副组成刀片夹紧系统的模型,进行夹紧的可靠性分析。有限元模型能模拟刀片在刀座里的倾斜、滑动、转动以及螺钉在夹紧时的变形,可计算出在不同转速下刀片位移和螺钉受力的大小。

折叠 3安全性的措施

结合高速铣刀安全性标准,通过有限元计算模型的分析,为适应安全性要求,可采取以下措施:

1.减轻刀具质量,减少刀具构件数,简化刀具结构

由试验求得的相同直径的不同刀具的破裂极限与刀体质量、刀具构件数和构件接触面数之间的关系,经比较发现,刀具质量越轻,构件数量和构件接触面越少,刀具破裂的极限转速越高。研究发现,用钛合金作为刀体材料减轻了构件的质量,可提高刀具的破裂极限和极限转速。但由于钛合金对切口的敏感性,不适宜制造刀体,因此有的高速铣刀已采用高强度铝合金来制造刀体。

在刀体结构上,应注意避免和减小应力集中,刀体上的槽(包括刀座槽、容屑槽、键槽)会引起应力集中,降低刀体的强度,因此应尽量避免通槽和槽底带尖角。同时,刀体的结构应对称于回转轴,使重心通过铣刀的轴线。刀片和刀座的夹紧、调整结构应尽可能消除游隙,并且要求重复定位性好。目前,高速铣刀已广泛采用HSK刀柄与机床主轴连接,较大程度地提高了刀具系统的刚度和重复定位精度,有利于刀具破裂极限转速的提高。此外,机夹式高速铣刀的直径显露出直径变小、刀齿数减少的发展趋势,也有利于刀具强度和刚度的提高。

2.改进刀具的夹紧方式

模拟计算和破裂试验研究表明,高速铣刀刀片的夹紧方法不允许采用通常的摩擦力夹紧,要用带中心孔的刀片、螺钉夹紧方式,或用特殊设计的刀具结构以防止刀片甩飞。刀座、刀片的夹紧力方向最好与离心力方向一致,同时要控制好螺钉的预紧力,防止螺钉因过载而提前受损。对于小直径的带柄铣刀,可采用液压夹头或热胀冷缩夹头实现夹紧的高精度和高刚度。

3.提高刀具的动平衡性

提高刀具的动平衡性对提高高速铣刀的安全性有很大的帮助。因为刀具的不平衡量会对主轴系统产生一个附加的径向载荷,其大小与转速的平方成正比。

设旋转体质量为m,质心与旋转体中心的偏心量为e,则由不平衡量引起的惯性离心力F为:

F=emω2=U(n/9549)2

式中:U为刀具系统不平衡量(g·mm),e为刀具系统质心偏心量(mm),m为刀具系统质量(kg),n为刀具系统转速(r/min),ω为刀具系统角速度(rad/s)。

由上式可见,提高刀具的动平衡性可显著减小离心力,提高高速刀具的安全性。因此,按照标准草案要求,用于高速切削的铣刀必须经过动平衡测试,并应达到ISO1940-1规定的G4.0平衡质量等级以上要求。

折叠 4结语

高速铣刀安全性技术是研究高速刀具的一个重要内容,应加强刀具安全性的定量分析,精确确定影响高速铣刀安全性的微量因素,并从刀具的材料、结构、制造工艺等方面解决好高速铣刀的安全性。

高速铣刀高速铣刀

折叠 编辑本段 工作部分

就是产生和处理切屑的部分,包括刀刃、使切屑断碎或卷拢的结构、排屑或容储切屑的空间、切削液的通道等结构要素。有的刀具的工作部分就是切削部分,如车刀、刨刀、镗刀和铣刀等;有的刀具的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。切削部分的作用是用刀刃切除切屑,校准部分的作用是修光已切削的加工表面和引导刀具。

刀具工作部分的结构有整体式、焊接式和机械夹固式三种:

■ 整体结构是在刀体上做出切削刃;

■ 焊接结构是把刀片钎焊到钢的刀体上;

■ 机械夹固结构又有两种,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。

刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低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。

在选择刀具的角度时,需要考虑多种因素的影响,如工件材料、刀具材料、加工性质(粗、精加工)等,必须根据具体情况合理选择。通常讲的刀具角度,是指制造和测量用的标注角度在实际工作时,由于刀具的安装位置不同和切削运动方向的改变,实际工作的角度和标注的角度有所不同,但通常相差很小。

折叠 编辑本段 装夹部分

有带孔和带柄两类。带孔刀具依靠内孔套装在机床的主轴或心轴上,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。

带柄的刀具通常有矩形柄、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递扭转力矩。很多带柄的刀具的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。

折叠 编辑本段 结构

折叠 1.结构要素

待加工表面----工件上有待切除的表面。

已加工表面----工件上经刀具切削后产生的表面。

过渡表面(同义词:加工表面)----工件上由切削刃形成的那部分表面,它将在下一个行程,刀具或工件的下一转里被切除,或者由下一个切削刃切除。

前面(同义词:前刀面)----

刀具上切屑流过的表面。它直接作用于被切削的金属层,并控制切屑沿其排出的刀面。

后面(同义词:后刀面)----与工件上切削中产生的表面相对的表面。

主后面(同义词:主后刀面)----刀具上同前面相交形成主切削刃的后面。它对着过渡表面。

副后面(同义词:副后刀面)----刀具上同前面相交形成副切削刃的后面。它对着已加工表面。

主切削刃----起始于切削刃上主偏角为零的点,并至少有一段切削刃拟用来在工件上切出过渡表面的那个整段切削刃。

副切削刃----切削刃上除主切削刃以外的刃,亦起始于切削刃上主偏角为零的点,但它向背离主切削刃的方向延伸。

各种刀具的结构都由装夹部分和工作部分组成。整体结构刀具的装夹部分和工作部分都做在刀体上;镶齿结构刀具的工作部分(刀齿或刀片)则镶装在刀体上。

折叠 2.刀具角度参考系

切削平面----通过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。

主切削平面Ps----通过切削刃选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。它切于过渡表面,也就是说它是由切削速度与切削刃切线组成的平面。

副切削平面----通过切削刃选定点与副切削刃相切并垂直于基面的平面。

基面Pt----通过切削刃选定点垂直于合成切削速度方向的平面。在刀具静止参考系中,它是过切削刃选定点的平面,平行或垂直于刀具在制造、刃磨和测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线,一般说来其方位要垂直于假定的主运动方向。

假定工作平面----在刀具静止参考系中,它是过切削刃选定点并垂直于基面,平行或垂直于刀具在制造、刃磨和测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线,一般说来其方位要平行于假定的主运动方向。

法平面Pn----通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。

折叠 3.刀具角度

前角----前面与基面间的夹角。

后角----后面与切削平面间的夹角。

楔角----前面与后面间的夹角。

主偏角----主切削平面与假定工作平面间的夹角,在基面中测量。

副偏角----副切削平面与假定工作平面间的夹角,在基面中测量。

刀尖角----主切削平面与副切削平面间的夹角,在基面中测量。

刃倾角----主切削刃与基面间的夹角,在主切削平面中测量。

折叠 编辑本段 材料

制造刀具的材料必须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。

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现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具。

硬质合金可转位刀片现在都已用化学气相沉积涂覆碳化钛、氮化钛、氧化铝硬层或复合硬层。正在发展的物理气相沉积法不仅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提高1~3倍以上。

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,切削加工的自动化水平和对加工精度的要求越来越高。为了适应这种情况,刀具的发展方向将是发展和应用新的刀具材料;进一步发展刀具的气相沉积涂层技术,在高韧性高强度的基体上沉积更高硬度的涂层,更好地解决刀具材料硬度与强度间的矛盾;进一步发展可转位刀具的结构;提高刀具的制造精度,减小产品质量的差别,并使刀具的使用实现最佳化。

刀具材料大致分如下几类:高速钢、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、聚晶立方氮化硼以及聚晶金刚石

我主要提下陶瓷,陶瓷用于切削刀具的时间比硬质合金早,但由于其脆性,发展很慢。但自上世纪70年代以后,还是得到了比较快的发展。陶瓷刀具材料主要有两大系,即氧化铝系和氮化硅系。陶瓷作为刀具,具有成本低、硬度高、耐高温性能好等优点,有很好的前景。目前国内国外产品差别很大,刀具算是高技术的消费品!

折叠 编辑本段 涂层技术

对刀具进行涂层是机械加工行业前进道路上的一大变革,它是在刀具韧性较高的基体上涂覆一层、二层乃至多层具有高硬度、高耐磨性、耐高温材料的薄层(如TiN、TiC等),使刀具具有全面、良好的综合性能。未涂层高速钢的硬度仅为62~68HRC(760~960HV),硬质合金的硬度仅为89~93.5HRA(1300~1850HV);而涂层后的表面硬度可达2000~3000HV以上。在工业生产中,使用涂层刀具可以提高加工效率、加工精度、延长寿命、降低成本。

近30余年来,刀具涂层技术迅速发展,涂层刀具得到了广泛应用。现在,涂层高速钢刀具和涂层硬质合金刀具已占全部刀具使用总量的50%以上。在西欧,由于资源匮乏和机械加工的高效化,以及数控技术进步及难加工材料增多,涂层刀具正以惊人的发展速度被动式向前挺进。西方工业发达国家使用的涂层刀具占可转位刀片的比例已由1978年的26%上升到2005年的90%,新型的数控机床所用的刀具中80%左右是涂层刀具。目前最新的技术也有了新的发展,利用固态的纳米结构硼原子团对刀具表面进行改性处理。

折叠 编辑本段 发展趋势

根据制造业发展的需要,多功能复合刀具、高速高效刀具将成为刀具发展的主流。面对日益增多的难加工材料,刀具行业必须改进刀具材料、研发新的刀具材料和更合理的刀具结构。

■ 硬质合金材料及涂层应用增多。细颗粒、超细颗粒硬质合金材料是发展方向;纳米涂层、梯度结构涂层及全新结构、材料的涂层将大幅度提高刀具使用性能;物理涂层(PVD)的应用继续增多。

■ 新型刀具材料应用增多。陶瓷、金属陶瓷、氮化硅陶瓷、PCBN、PCD等刀具材料的韧性进一步增强,应用场合日趋增多。

■ 切削技术快速发展。高速切削、硬切削、干切削继续快速发展,应用范围在迅速扩大。

折叠 编辑本段 涂层刀具

■ 由于表面涂层材料具有很高的硬度和耐磨性,且耐高温。故与未涂层的刀具相比,涂层刀具允许采用较高的切削速度,从而提高了切削加工效率;或能在相同的切削速度下,提高刀具寿命。

■ 由于涂层材料与被加工材料之间的摩擦系数较小,故涂层刀具的切削力小于未涂层的刀具。

■ 用涂层刀具加工,零件的已加工表面质量较好。

■ 由于涂层刀具的综合性能良好,故涂层硬质合金刀片有较好的通用性,一种涂层硬质合金牌号的刀片具有较宽的使用范围。

中国的刀具涂层技术与工业发达国家相比尚有很大差距,涂层刀具的数量也差得很远,大致只占全部刀具的20%。其中数控机床和加工中心上使用得居多,在普通的非数控机床上则相当少,主要是受到认识问题和价格等因素的影响。因此,在中国,刀具涂层技术的发展和应用都有很多潜在的提升空间。

折叠 编辑本段 安装注意事项

1外圆车刀安装:

A称刀伸出刀架部分的长度应尽量短,以增强其刚性,(一般为刀柄厚度1~1。5倍)车刀垫片一般不要超过两片。并于刀架边缘对起,且至罕用两个螺丝压紧。

B;车刀刀尖与工件中心等高。刀尖高于工件的轴线,刀具现实前角增大磨削力降低

2切断刀的安装:

A 切断刀一定要垂直工件的轴线,刀体不能倾斜,以免副后刀面与工件摩擦,影响加工质量

B刀体不宜伸出过长,同时主磨削刃要与工件回转中心等高,否则如磨削无孔工件时,不能磨削到中心,且容易折断车刀

C刀体底面如果不平,会引起副后角的变化。

3螺纹刀的安装:

车螺纹时,为了保证齿形不错,对安装螺纹刀提出了严格的要求

A刀尖高 装夹螺纹刀时,刀尖位置一般应与车床主光轴轴线等高,出格是内螺纹车刀的刀尖高必需严格保证,以免出现扎刀阻刀 让刀 及螺纹面不光等现象。

高速磨削时螺纹时,为了振动和扎刀,其硬质合金刀的刀尖应略高与车床主光轴轴线0.1—0.3

B 刀头伸出的长度 刀头一般不要伸出过长,约为刀杆厚度1—1.5倍。内螺纹刀的刀头加上刀杆后的径向长度应该比螺纹孔直径小3—5倍,以免退刀时碰伤牙顶

数控车床对刀:

在数控加工中,工件坐标系确定后,还要确定刀尖点在工件坐标系中的位置,即常说的对刀问题。在数控车床上,前,常用的对刀要领为试切对刀。下面以FANUC—6T系统为例,先容试切对刀的要领。 将工件安装好之后,先用MDI方式操纵机床,用已选好的刀具将工件端面车一刀,然后保持刀具在纵向(Z向)尺寸不变,沿横向(X向)退刀。当取工件右端面O为工件原点时,对刀输入为ZO;当取工件左端面O,为工件原点时,需要测量从内端面到加工面的长度尺寸J,此时对刀输入为Zδ,用同样的要领,再将工件外圆表面车一刀,然后保持刀具在横向上的尺寸不变,从纵向退刀,停止主光轴转动,再量出工件车削后的直径值φv,按照β 和 φv值即可确定刀具在工件坐标系中的位置。其它各刀都需要进行以上操作,从而确定每把刀具在工件坐标系中的位置。

折叠 编辑本段 加工工艺表

种类及直径 代木 铝 钢 铜

转速S 进给F 转速S 进给F 转速S 进给F 转速S 进给F

立铣刀 0.5 3500 1000 3500 1000 3500 1000 3500 1000

立铣刀 1 3500 1000 3500 500 3500 500 3500 500

立铣刀 2 3500 1600 3500 1500 3500 1000 3200 800

立铣刀 4 3300 2000 3500 2000 3500 1500 3200 1600

立铣刀 6 3200 2000 3500 2800 3500 1800 3000 2000

立铣刀 8 3000 2000 3000 2800 2800 1800 2800 2200

立铣刀 10 2800 2000 2700 2800 2500 1800 2500 2000

立铣刀 12 2000 2800 2000 3000 1800 2500 2200 2000

立铣刀 16 1000 2000 1600 2000 1300 2000 1800 1800

立铣刀 20 900 1200 800 1800 750 1000 700 1000

立铣刀 25 850 1000 750 1100 700 900 700 950

球头立铣刀 0.5 3500 6000 3500 6000 3500 1000 3500 1000

球头立铣刀 1 3500 6000 3500 3500 3500 300 3500 3500

球头立铣刀 2 3500 6000 3500 1000 3500 600 3500 1000

球头立铣刀 3 3500 6000 3500 1000 3500 800 3500 1500

球头立铣刀 4 3500 6000 3500 1000 3500 800 3200 1000

球头立铣刀 6 3500 6000 3500 800 3500 800 3000 1000

球头立铣刀 8 3500 6000 3500 1200 3500 1000 2800 1500

球头立铣刀 10 3200 6000(精) 3500 1500(精) 3500 1200(精) 2500 1000(精)

折叠 编辑本段 刀具断裂原因

1.进料太快

2.排屑量过高

3.刃长过长或总长过长

4.磨损过多

它的解决方法是:

1.降低进料速度

2.降低每齿的进给率

3.固定刀柄较深,使用较短的端铣刀

4.早期研磨

折叠 编辑本段 刀具磨损事项

折叠 1、刀具材料

刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素,对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。刀具材料越硬,其耐磨性越好,硬度越高,冲击韧性越低,材料越脆。硬度和韧性是一对矛盾,也是刀具材料所应克服的一个关键。对于石墨刀具,普通的TiAlN涂层可在选材上适当选择韧性相对较好一点的,也就是钴含量稍高一点的;对于金刚石涂层石墨刀具,可在选材上适当选择硬度相对较好一点的,也就是钴含量稍低一点的;刀具刀具

折叠 2、刀具的几何角度

石墨刀具选择合适的几何角度,有助于减小刀具的振动,反过来,石墨工件也不容易崩缺;

1.前角,采用负前角加工石墨时,刀具刃口强度较好,耐冲击和摩擦的性能好,随着负 前角绝对值的减小,后刀面磨损面积变化不大,但总体呈减小趋势,采用正前角加工时,随着前角的增大,刀具刃口强度被削弱,反而导致后刀面磨损加剧。负前角加工时,切削阻力大,增大了切削振动,采用大正前角加工时,刀具磨损严重,切削振动也较大。

2.后角,如果后角的增大,则刀具刃口强度降低,后刀面磨损面积逐渐增大。刀具后角过大后,切削振动加强。

3.螺旋角,螺旋角较小时,同一切削刃上同时切入石墨工件的刃长最长,切削阻力最大,刀具承受的切削冲击力最大,因而刀具磨损、铣削力和切削振动都是最大的。当螺旋角去较大时,铣削合力的方向偏离工件表面的程度大,石墨材料因崩碎而造成的切削冲击加剧,因而刀具磨损、铣削力和切削振动也都有所增大。因此,刀具角度变化对刀具磨损、铣削力和切削振动的影响是前角、后角及螺旋角综合产生的,所以在选择方面一定要多加注意。

通过对石墨材料的加工特性做了大量的科学测试,PARA刀具优化了相关刀具的几何角度,从而使得刀具的整体切削性能大大提高。

折叠 3、刀具的涂层

金刚石涂层刀具的硬度高、耐磨性好、摩擦系数低等优点,现阶段金刚石涂层是石墨加工刀具的最佳选择,也最能体现石墨刀具优越的使用性能;金刚石涂层的硬质合金刀具的优点是综合了天然金刚石的硬度和硬质合金的强度及断裂韧性;但是在国内金刚石涂层技术还处于起步阶段,还有成本的投入都是很大的,所以金刚石涂层在近期不会有太大发展,不过我们可以在普通刀具的基础上,优化刀具的角度,选材等方面和改善普通涂层的结构,在某种程度上是可以在石墨加工当中应用的。机械刀具机械刀具

金刚石涂层刀具和普通涂层刀具的几何角度有本质的区别,所以在设计金刚石涂层刀具时,由于石墨加工的特殊性,其几何角度可适当放大,容削槽也变大,也不会降低其刀具锋口的耐磨性;对于普通的TiAlN涂层,虽然比无涂层的刀具其耐磨有显著的提高,但比起金刚石涂层来说,在加工石墨时它的几何角度应适当放小,以增加其耐磨性。

对金刚石涂层来说,目前世界上众多的涂层公司均投入大量的人力和物力来研究开发相关涂层技术,但是至今为止,国外成熟而又经济的涂层公司仅仅限于欧洲;PARA作为一款优秀的石墨加工刀具,同样采用目前世界最先进的涂层技术对刀具进行表面处理,以确保加工寿命的同时,保证刀具的经济实用。

折叠 4、刀具刃口的强化

刀具刃口钝化技术是一个还不被人们普遍重视,而又是十分重要的问题。金刚石砂轮刃磨后的硬质合金刀具刃口,存在程度不同的微观缺口(即微小崩刃与锯口)。石墨高速切削加工刀具性能和稳定性提出了更高的要求,特别是金刚石涂层刀具在涂层前必须经过刀口的钝化处理,才能保证涂层的牢固性和使用寿命。刀具钝化目的就是解决上述刃磨后的刀具刃口微观缺口的缺陷,使其锋值减少或消除,达到圆滑平整,既锋利坚固又耐用的目的。

折叠 5、加工条件

选择适当的加工条件对于刀具的寿命有相当大的影响。

1.切削方式(顺铣和逆铣),顺铣时的切削振动小于逆铣的切削振动。顺铣时的刀具切入厚度从最大减小到零,刀具切入工件后不会出现因切不下切屑而造成的弹刀现象,工艺系统的刚性好,切削振动小;逆铣时,刀 具的切入厚度从零增加到最大,刀具切入初期因切削厚度薄将在工件表面划擦一段路径,此时刃口如果遇到石墨材料中的硬质点或残留在工件表面的切屑颗粒,都将引起刀具的弹刀或颤振,因此逆铣的切削振动大;

2.吹气(或吸尘)和浸渍电火花液加工,及时清理工件表面的石墨粉尘,有利于减小刀具二次磨损,延长刀具的使用寿命,减少石墨粉尘对机床丝杠和导轨的影响;

机械刀具机械刀具

3.选择合适的高转速及相应的大进给量。

综述以上几点,刀具的材料、几何角度、涂层、刃口的强化及机械加工条件,在刀具的使用寿命中扮演者不同的角色,缺一不可,相辅相成的。一把好的石墨刀具,应具备流畅的石墨粉排屑槽、长的使用寿命、能够深雕刻加工、能节约加工成本。

折叠 6、刀具的研磨形式

平面磨法(FlatGrind/VGrind):为兼顾锐利及坚固的一种研磨方式。从刀背开始便一直平磨至刀锋处,因此具有一相当坚固的刀背及刀脊。此种研磨方式相较于上述两种而言为较难以研磨的形式,因在研磨过程中许多钢材需被磨掉。刀刃处非常薄而锐利,适用于各式野外用刀,是非常优良的研磨方式。因从刀的纵切面来看成一V型,故又称为V型磨法。

圆弧磨法(ConvexGrind):又称为MoranGrind,因BillMoran是将此一研磨方式发展的最佳的西方刀匠大师。此种研磨方式不像上述的四种磨法。别种研磨法都是在刀子两侧形成一斜面或凹槽,而圆弧磨法则是在刀锋上方形成一双凸的圆弧(因长的像文蛤,故日本又称为蛤刃)。此种研磨方式就如便如平面磨法一般的坚固,凹磨一般的锐利。为非常难造的一种研磨方式。其缺点为若你没有Flat-BeltGrinder,那么刀刃钝时便很难自己研磨。  骑兵磨法(SaberGrind):与平面磨法相似,都是刀面两侧无凹槽的设计。不同在于平面磨法是从刀背处便一直研磨至刀刃,而骑兵磨法则是从一半开始研磨。亦具有相当优异的切削砍劈能力。早期骑兵刀便是此一研磨形式,故称为骑兵磨法。

折叠 编辑本段 发展前景

在金融危机横行的2009年,国内刀具市场的总体消费额度仅下降了15%左右,而国外发达国家刀具市场的消费则普遍下降了40%~45%。但仅仅一年之后,在制

机械刀具机械刀具

造业强劲需求的带动下,国内刀具市场消费总额就迅速恢复并超过历史最高水平,达到了330亿元的历史新高。

2011年国内刀具市场依然保持高速增长,有望创造新的历史最高点。“统计数据显示,仅上半年国内刀具市场就实现了25%~30%的增长,尽管自7月份开始增速有所回落,但全年仍可实现15%的增长。”沈壮行表示。相比较而言,近几年国际刀具市场保持稳定恢复,但年均增长率保守估计仅保持在3%~5%左右,而国内市场在经历过去年的高速增长之后,也会逐步稳定保持年均增长率在10%~15%,因此,国内刀具市场容量增速会比国际市场快3倍以上。

中国已成为全球最具发展潜力的刀具大市场,而诸多跨国刀具集团也在后危机时代的发展战略中,无一例外地都把扩大在中国的刀具销售作为首选,各企业的亚太总部、研发中心、培训中心、物流中心等纷纷落户中国,从而以中国为中心辐射亚洲,更加直接便捷地服务于客户,更好地满足亚太地区客户的特殊需求。

中国市场之所以会受到如此的重视,主要原因还在于中国市场销售份额在其全球市场份额中占据的比例越来越大。为了牢牢抓住中国市场,国外刀具制造企业都在仔细研究中国装备业的需求,如山高刀具在今年成立了行业发展部,旨在以行业为研究对象,专注于提供行业典型零部件加工的解决方案。该部门的技术专家各自负责一个重点行业,关注行业发展动态、解决该行业刀具应用的技术问题、不定期为该行业客户举办刀具应用培训。

高端刀具市场占有率偏小堪忧

机械刀具机械刀具

近年来,我国多个高端制造领域的技术发展给刀具带来了新的要求。如汽车刀具必须具有高效、高稳定性和专用化的特点,而随着汽车产业的不断发展前进,新的要求应运而生,从技术上来看,主要有重载化、复合化、特殊化、标准化、高速化及品种多元化的趋势。在航空航天制造领域,随着钛合金、高温合金等难加工材料的广泛应用,如何正确选择、合理使用刀具进行高效高质量切削加工已经成为一个非常重要的行业性话题。

国产刀具本应在为上述制造领域提供刀具服务中具有天时、地利、人和的优势。但实际上,进口刀具基本上占据了机加工行业的高端用户,特别是在汽车发动机制造车间、飞机发动机制造企业机加工车间或汽轮机制造车间,高效、高精度的机加工刀具中几乎被进口刀具垄断,很难看到国产刀具的踪影。而国产刀具大多应用在中、低要求的客户群里,如农业机械、摩托车、农用车、通用机械及中低档的机械制造工业。

不仅如此,制造业粗放式发展导致机床和刀具的发展极不平衡,统计数据表明,目前国外发达国家数控机床和刀具的消费比为2:1,而国内的比例过低,刀具消费总额还不到机床消费总额的1/5。很多制造企业花大价钱购买机床,却在刀具消费上缩手缩脚,舍不得购买先进高效刀具,传统刀具的市场需求长期居高不下,这也是国内很多刀具企业不愿进入先进高效刀具生产的重要原因。

机械刀具机械刀具

同时,必须正视中国刀具企业和国外企业间的差距,包括基础技术、创新能力、推广能力和服务能力等。应该让用户需求和刀具企业成为创新主导,龙头企业应在技术应用领域做好带头示范作用。不过沈壮行表示,国内部分重点骨干企业和新型优秀民营企业在发展现代高效刀具方面跨出了非常可喜的一步,如株洲钻石、厦门金鹭以及阿诺刀具等,这些企业重视技术进步,将服务放在首位,在相关领域取得了明显成效。

折叠 编辑本段 面临的问题

目前,中国刀具企业通过不断地学习和战略规划,已经在市场上占据了半壁江山,但是,企业在发展过程中还是凸显出几个致命的问题,如果重视不够、处理不当,将会严重影响到企业的发展和前进。

抓“低”放“高”  科技技术含量低。现阶段,硬质合金刀具在发达国家已占刀具类型的主导地位,比重高达70%。而高速钢刀具却正以每年1%~2%的速度缩减,所占比例目前已降至30%以下。同时,硬质合金切削刀具在我国也已经成为加工企业所需的主力刀具,被广泛地应用在汽车及零部件生产、模具制造、航空航天等重工业领域,但我国刀具企业却盲目地、大量地生产高速钢刀以及一些低档标准刀具,完全没有考虑到市场饱和度和企业所需,最终把具有高附加值、高科技含量的中高端刀具市场“拱手相让”给国外企业。有资料显示,我国刀具目前的年销售额大约为145亿元,其中硬质合金刀具所占的比重不足25%,但国内制造业所需的硬质合金刀具已经占据刀具的50%以上,这种盲目生产已经严重满足不了国内制造业对硬质合金刀具日益增长的需求,从而形成了中高端市场的真空状态,最终被国外企业所占据。

产品附加价值低。2007年,我国生产的1.65万吨硬质合金中,有4500吨用于切削刀具生产上,数量上和日本相当。但制成刀具后的价值仅8亿美元,远不及日本的25亿美元,这充分说明国内硬质合金高效刀具的整体生产水平与国外仍有相当大的差距。所以,在国内企业不能满足市场需求的前提下,制造业的需求就不得不依靠大量进口来解决。有资料显示,主要外商在中国中高端刀具市场上的销售年增长率达30%,已超过国产刀具的年均增长水平。

折叠 服务与国际不接轨

跨国企业,如德国雄克、日本黛杰、丹麦尤尼莫克等刀具生产企业,在漫长的历史发展中已经积累了丰富的生产经验,这也就决定了其服务形式不再是“一锤子买卖”,而是超越了只提供给客户刀具的初级销售阶段,根据客户在生产过程中碰到的刀具方面的问题,及时地提出解决方案,这种把销售融入到企业生产过程中的高级形式已成为国外企业惯用的销售方式,这也是为什么知名刀具企业所生产的产品贵而有市,部分中国企业虽“量大面广”却不能赢得客户的青睐的原因之一。

折叠 企业信息化道路闭塞

21世纪是网络化和信息化的时代,企业信息化程度的高低将成为衡量企业现代化发展水平的重要指标。网络化、信息化不仅可以提高企业办公效率、节约办公经费、加快反应速度,还可以提供市场信息、辅助企业判断、打造企业品牌。

同时,是否看重、懂得借助媒体宣传自己也是中外刀具企业差异化的现象之一。每次在重大展览会前后或期间,一些国际知名企业都会借助行业媒体来为自己的企业品牌或新产品做宣传,企业负责人欣然接受并高度重视媒体记者的采访,但部分中国企业可能因为“害羞”或者有所顾忌而不愿接受媒体的采访和报道,最终错过了宣传产品和企业的“免费”良机。

折叠 资源浪费严重

有资料显示,2007年,我国生产高速钢约8万吨,约占全球总产量的40%,但是由于没有准确掌握市场供求信息,使得生产的高速钢刀具大量过剩,不得不以低价销售,导致大量刀具生产企业效益低下,还严重浪费了大量宝贵的钨、钼等稀有资源。同样,中国年产硬质合金1.65万吨,也占全球总产量的40%左右。但是,硬质合金制品中附加值最高的切削刀片产量只有3千余吨,仅占20%。从而,一方面造成国内急需的硬质合金刀具供应不足,另一方面也使宝贵的硬质合金资源未得到充分利用。

8万吨高速钢和1.65万吨的硬质合金,最终生产出来的切削刀具的销售总量却只占到全球总量的15%,这也充分地折射出了行业发展的粗放程度和资源浪费的严重性。

行业人士一致认为,伴随着中国经济近30年的高速发展,制造业必将变得更加强大,市场空间将会跟欧美市场一样广阔,所以说,中国企业应该从长远利益为出发点,有条不紊地修炼内功,寻求突破,早日做大做强,最终“近水楼台先得月”。

折叠 编辑本段 图书

折叠 基本信息

书名:刀具

ISBN:781105222

作 者:李建跃

出 版 社:中南大学出版社

出版日期:2006-05

折叠 内容简介

本书系统全面地介绍了各种金属切削刀具的结构及其使用,包括普通刀具和复杂刀具的使用。全书共分8章,介绍了刀具的共同问题:刀具几何参数的定义和刀具材料;普通刀具部分介绍了车刀、孔加工刀具、铣刀和螺纹刀具;复杂刀具部分介绍了拉刀、数控刀具、齿轮刀具和加工非渐开线齿形工件的刀具。对常用的标准刀具,扼要地介绍了刀具的结构特点和设计方法。书中附有大量的图表、数据、标准资料、部分刀具合理正确使用的经验资料和技术要求。本书可供刀具使用人员作为案头书,并可供刀具制造和使用的工程技术人员以及机械制造专业的师生参考。

折叠 图书目录

前言

第一章 刀具的概念

第二章 刀具的结构

第三章 刀具的使用

第四章 刀具切削部分的几何要素

第五章 刀具磨损与刀具使用寿命

第六章 刀具几何参数的选择

第七章 刀具使用过程中注意事项

第八章 刀具思考与练习

附录一

附录二

作者感言    

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