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切削工具是機(jī)械制造中用于切削加工的工具。 絕大多數(shù)的刀具是機(jī)用的，但也有手用的。據(jù)《中國硬質(zhì)合金行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告前瞻》分析認(rèn)為，目前，中國切削刀具制造行業(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)合國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況以及中國切削刀具行業(yè)自身的發(fā)展?fàn)顩r，預(yù)計“十二五”期間中國切削刀具行業(yè)將保持每年25%以上的速度增長，預(yù)計到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。
切削工具是機(jī)械制造中用于切削加工的工具。 絕大多數(shù)的刀具是機(jī)用的，但也有手用的。由于機(jī)械制造中使用的刀具基本上都用于切削金屬材料，所以“刀具”一詞一般就理解為金屬切削刀具。切削木材用的刀具則稱為木工刀具。
據(jù)《中國硬質(zhì)合金行業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告前瞻》[1]分析認(rèn)為，目前，中國切削刀具制造行業(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)合國內(nèi)外經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況以及中國切削刀具行業(yè)自身的發(fā)展?fàn)顩r，預(yù)計“十二五”期間中國切削刀具行業(yè)將保持每年25%以上的速度增長，預(yù)計到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。
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，耐磨性也高；抗彎強(qiáng)度高時，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現(xiàn)在只用作銼刀、板牙和絲錐等工具。
硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片現(xiàn)在都已用化學(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，切削加工的自動化水平和對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。
一、磨料磨損
切屑、工件的硬度雖然低于刀具的硬度，但它們當(dāng)中經(jīng)常含有一些硬度極高的微小的硬質(zhì)點，可在刀具表面刻劃出溝紋，這就是磨料磨損。硬質(zhì)點有碳化物(如Fe3C、TiC、VC)、氮化物(如TiN、Si3N4)、氧化物(如SiO2、Al2O3)和金屬間化合物等。切削中的Ti(N、C)顆粒在刀具上起了耕犁作用。除了前刀面會有磨料磨損的現(xiàn)象，在后刀面上，同樣可以發(fā)現(xiàn)有由于磨料磨損而產(chǎn)生的的溝紋。磨料磨損在各種切削速度下都存在，但對低速切削的刀具(如拉刀、扳牙等)，磨料是磨損的主要原因。這是由于低速切削時，切削溫度比較低，其他原因產(chǎn)生的磨損并不顯著，因而不是主要的。高速鋼刀具的硬度和耐磨度低于硬質(zhì)合金、陶瓷等，故其磨料磨損所占的比重較大。
二、冷焊磨損
切削時，切屑、工件與前、后刀面之間，存在很大的壓力和強(qiáng)烈的摩擦，因而它們之間會發(fā)生冷焊。由于摩擦面之間有相對的運(yùn)動，冷焊結(jié)將產(chǎn)生破裂被一方帶走，從而造成冷焊磨損。
一般來說，工件材料或切屑的硬度較刀具材料的硬度低，冷焊結(jié)的破裂往往發(fā)生在工件或切屑這方。但由于交變能力、接觸疲勞、熱應(yīng)力以及刀具表層結(jié)構(gòu)缺陷等原因，冷焊結(jié)的破裂也可能發(fā)生在刀具這一方，刀具材料的顆粒被切屑或工件帶走，從而造成刀具磨損。
冷焊磨損一般在中等偏低的切削速度下比較嚴(yán)重。研究表明：脆性金屬比塑性金屬的抗冷焊能力強(qiáng)；相同的金屬或晶格類型、晶格間距、電子密度、電化學(xué)性質(zhì)相近的金屬冷焊傾向?。唤饘倩衔锉葐蜗喙倘垠w冷焊傾向??；化學(xué)元素周期表中B族元素比鐵的冷焊傾向小。
在高速鋼刀具的正常工作速度和硬質(zhì)合金刀具偏低的工作速度下，正能滿足產(chǎn)生冷焊的條件，故此時冷焊磨損所占的比重較大。提高切削速度后，硬質(zhì)合金刀具冷焊磨損減輕。
三、擴(kuò)散磨損
擴(kuò)散磨損在高溫下產(chǎn)生。切削金屬時，切屑、工件與刀具接觸過程中，雙方的化學(xué)元素在固態(tài)下相互擴(kuò)散，改變了原來材料的成分與結(jié)構(gòu)，使刀具材料變得脆弱，從而加劇了刀具的磨損。例如硬質(zhì)合金切鋼時，從800℃開始，硬質(zhì)合金中的化學(xué)元素迅速地擴(kuò)散到切屑、工件中去，WC分解為W和C后擴(kuò)散到鋼中。因切屑、工件都在高速運(yùn)動，刀具表面和它們的表面在接觸區(qū)保持著擴(kuò)散元素的濃度梯度，從而使擴(kuò)散現(xiàn)象持續(xù)進(jìn)行。于是，硬質(zhì)合金表面發(fā)生貧碳、貧鎢現(xiàn)象。粘結(jié)相CO減少，又使硬質(zhì)合金中硬質(zhì)相(WC，TiC)的粘結(jié)強(qiáng)度降低。切屑、工件中的Fe則向硬質(zhì)合金中擴(kuò)散，擴(kuò)散到硬質(zhì)合金中的Fe，將形成新的硬度、高脆性的復(fù)合碳化物。所有這些，都使刀具磨損加劇。除刀具、工件材料自身的性質(zhì)以外，溫度是影響擴(kuò)散磨損的最主要因素。擴(kuò)散磨損往往與冷焊磨損、磨料磨損同時產(chǎn)生，此時磨損率很高。高速鋼刀具的工作溫度較低，與切屑、工件之間的擴(kuò)散作用進(jìn)行得比較緩慢，故其擴(kuò)散磨損所占的比重遠(yuǎn)小于硬質(zhì)合金刀具。
四、氧化磨損
當(dāng)?shù)断鳒囟冗_(dá)700～800℃時，空氣中的氧便與硬質(zhì)合金中的鈷及碳化鎢、碳化鈦等發(fā)生氧化作用，產(chǎn)生較軟的氧化物(如Co3O4、CoO、WO3、TiO2等)被切屑或工件擦掉而形成磨損，這稱為氧化磨損。氧化磨損與氧化膜的粘附強(qiáng)度有關(guān)，粘附強(qiáng)度越低，則磨損越快；反之則可減輕這種磨損。一般，空氣不易進(jìn)入刀屑接觸區(qū)，氧化磨損最容易在主副刀削刃的工作邊界處形成。
五、熱電磨損
工件、切屑與刀具由于材料不同，切削時在接觸區(qū)將產(chǎn)生熱電勢，這種熱電勢有促進(jìn)擴(kuò)散的作用而加速刀具磨損。這種在熱電勢的作用下產(chǎn)生的擴(kuò)散磨損，稱為“熱電磨損”。試驗證明，若在工件、刀具接觸處通以與熱電勢相反的電動勢，可減少熱電磨損。
總之，在不同的工件材料、刀具材料和切削條件下，磨損原因和磨損強(qiáng)度是不同的。對于一定的刀具和工件材料，切削溫度對刀具磨損具有決定性的影響。切削溫度的高低取決于熱的產(chǎn)生和傳出情況，它受切削用量、工件材料、刀具材料及幾何開頭等影響。因此，通過合理選擇切削用量、刀具材料及角度，可以減少切削熱的產(chǎn)生和增加熱的傳出。有效地降低切削區(qū)溫度是減少刀具磨損的重要途徑。
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。
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。帶孔刀具依靠內(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，切削時借助夾緊時所產(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，同時會降低切削刃的強(qiáng)度，減小刀頭的散熱體積。
在選擇刀具的角度時，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，是指制造和測量用的標(biāo)注角度在實際工作時，由于刀具的安裝位置不同和切削運(yùn)動方向的改變，實際工作的角度和標(biāo)注的角度有所不同，但通常相差很小。
金屬切削、磨削、沖剪、沖壓、拉伸、清洗、防銹等應(yīng)用
近年來，我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，全球著名的制造跨國企業(yè)紛紛落戶中國，我國世界制造業(yè)中心和消費大國的地位日益鞏固，由于精密金屬制造在制造業(yè)中的基礎(chǔ)性地位，其產(chǎn)品廣泛運(yùn)用于電子、電器、通訊設(shè)備、精密機(jī)床、汽車、飛機(jī)制造等行業(yè)，精密金屬制造行業(yè)的總體水平高低直接影響了我國制造業(yè)水平的提高。隨著精密金屬加工制造業(yè)及裝備的發(fā)展，與之配套的潤滑技術(shù)材料也有顯著的提高并創(chuàng)造了一批自主的民族品牌，而且打破了國外壟斷，克服了高端進(jìn)口產(chǎn)品的價格定位過高、供貨周期長的缺點，部分產(chǎn)品開創(chuàng)了完全替代進(jìn)口品牌的新局面！
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