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刀具的發(fā)展在人類進步的歷史上占有重要的地位。中國早在公元前28~前20世紀,就已出現(xiàn)黃銅錐和紫銅的錐、鉆、刀等銅質(zhì)刀具。戰(zhàn)國后期(公元世紀),由于掌握了滲碳技術(shù),制成了銅質(zhì)刀具。當時的鉆頭和鋸,與現(xiàn)代的扁鉆和鋸已有些相似之處。
然而,刀具的快速發(fā)展是在18世紀后期,伴隨蒸汽機等機器的發(fā)展而來的。1783年,法國的勒內(nèi)制出銑刀。1792年,英國的莫茲利制出絲錐和板牙。有關(guān)麻花鉆的發(fā)明早的文獻記載是在1822年,但直到1864年才作為商品生產(chǎn)。
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。
刀具的發(fā)展在人類進步的歷史上占有重要的地位。中國早在公元前28~前20世紀,就已出現(xiàn)黃銅錐和紫銅的錐、鉆、刀等銅質(zhì)刀具。戰(zhàn)國后期(公元世紀),由于掌握了滲碳技術(shù),制成了銅質(zhì)刀具。當時的鉆頭和鋸,與現(xiàn)代的扁鉆和鋸已有些相似之處。然而,刀具的快速發(fā)展是在18世紀后期,伴隨蒸汽機等機器的發(fā)展而來的。1783年,法國的勒內(nèi)制出銑刀。1792年,英國的莫茲利制出絲錐和板牙。有關(guān)麻花鉆的發(fā)明早的文獻記載是在1822年,但直到1864年才作為商品生產(chǎn)。那時的刀具是用整體高碳工具鋼制造的,許用的切削速度約為5米/分。1868年,英國的穆舍特制成含鎢的合金工具鋼。1898年,美國的泰勒和.懷特發(fā)明高速工具鋼。1923年,德國的施勒特爾發(fā)明硬質(zhì)合金。在采用合金工具鋼時,刀具的切削速度提高到約8米/分,采用高速鋼時,又提高兩倍以上,到采用硬質(zhì)合金時,又比用高速鋼提高兩倍以上,切削加工出的的工件表面質(zhì)量和尺寸精度也大大提高。由于高速鋼和硬質(zhì)合金的價格比較昂貴,刀具出現(xiàn)焊接和機械夾固式結(jié)構(gòu)。1949~1950年間,美國開始在車刀上采用可轉(zhuǎn)位刀片,不久即應用在銑刀和其他刀具上。1938年,德國德古薩公司取得關(guān)于陶瓷刀具的專利。1972年,美國通用電氣公司生產(chǎn)了聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀片。這些非金屬刀具材料可使刀具以更高的速度切削。1969年,瑞典山特維克鋼廠取得用化學氣相沉積法,生產(chǎn)碳化鈦涂層硬質(zhì)合金刀片的專利。1972年,美國的邦沙和拉古蘭發(fā)展了物理氣相沉積法,在硬質(zhì)合金或高速鋼刀具表面涂覆碳化鈦或氮化鈦硬質(zhì)層。表面涂層方法把基體材料的高強度和韌性,與表層的高硬度和耐磨性結(jié)合起來,從而使這種復合材料具有更好的切削性能
高速銑削工藝在汽車、飛機和模具制造業(yè)中應用廣泛。由于銑刀高速旋轉(zhuǎn)時刀具各部分承受的離心力已遠遠超過切削力本身的作用而成為刀具的主要載荷,而離心力達到一定程度時會造成刀具變形甚至破裂,因此研究高速銑刀的安全性技術(shù)對發(fā)展高速銑削技術(shù)有著極其重要的意義。
20世紀90年代初德國就開始了對高速銑刀的安全性技術(shù)研究,并制訂了DIN6589-1《高速銑刀的安全要求》標準草案,規(guī)定了高速銑刀失效的試驗方法和標準,在技術(shù)上提出了高速銑刀設(shè)計、制造和使用的指導性意見,規(guī)定了統(tǒng)一的安全性檢驗方法。該標準草案已成為各國高速銑刀安全性的指導性文件。 [1]
2.1 高速銑刀的安全失效形式與試驗方法
標準草案規(guī)定了高速切削的速度界限,超過該速度后離心力將成為銑刀的主要載荷,采用安全技術(shù)。在刀具直徑與高速切削范圍關(guān)系圖,曲線以上區(qū)域為該標準規(guī)定的銑刀經(jīng)過安全檢驗的高速切削范圍:對于直徑d1≤32mm的單件刀具(整體或焊接刀具),其切削速度超過10000m/mm為高速切削范圍;對于直徑d1>32mm的裝配式機夾刀具,高速切削范圍為線段BC以上區(qū)域。高速銑刀的安全失效形式有兩種:變形和破裂。不同類型銑刀的安全試驗方法也不同。對于機夾可轉(zhuǎn)位銑刀,有兩種安全試驗方法:一種方法是在1.6倍大使用轉(zhuǎn)速下進行試驗,刀具的性變形或零件的位移不超過0.05mm;另一種方法是在2倍于大使用轉(zhuǎn)速下試驗,刀具不發(fā)生破裂(包括夾緊刀片的螺釘被剪斷、刀片或其他夾緊元件被甩飛、刀體的爆裂等)。而對于整體式銑刀,則在2倍于大使用轉(zhuǎn)速條件下試驗而不發(fā)生彎曲或斷裂。 [1]
2.2 高速銑刀強度計算模型
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