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刀具

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[[File:刀具.jpg|缩略图|右|[https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2021%2F0831%2F33638107j00qypa7p0017d200go00bog00go00bo.jpg&thumbnail=650x2147483647&quality=80&type=jpg 原图链接][https://www.163.com/dy/article/GIOHQA3E0517HI2V.html 来自网易]]]
'''刀具'''是机械制造中用于切削加工的工具,又称切削工具。 <ref>[https://www.docin.com/p-1741438610.html 具是机械制造中用于切削加工的工具 2(1)]豆丁网</ref> 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。
==基本简介==
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钨的合金工具钢。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。
==刀具分类==
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。<ref>[https://www.sohu.com/a/287682511_99921899 数控刀具的发展历程]搜狐网</ref>
==安全技术==
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。
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,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。
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