數(shù)控刀片的磨損,磨料磨損切屑或工件表面的一些微小硬質(zhì)點(如碳化物、氧化物等)和雜質(zhì)(如砂粒、氧化皮等),以及粘附的積屑瘤碎片等,在數(shù)控刀片表面刻劃出溝紋面造成的一種機械磨損。對于期望小速度較低、切削溫度不高的高速鋼刀具時(如拉刀、板牙、絲錐等),是主要的磨損原因。
粘結(jié)磨損在數(shù)控刀片后刀面與工件表面和數(shù)控刀片前刀面與切屑之間正壓力及切削溫度的作用下,形成新鮮表面接觸。當接觸表面達到原子間距離時,就會產(chǎn)生吸附粘結(jié)現(xiàn)象。站結(jié)點逐漸地被工件或切屑剪切、撕裂而帶走,數(shù)控刀片表面就產(chǎn)生粘結(jié)磨損。粘結(jié)磨損是硬質(zhì)合金在以中等偏低的切削速度切削時磨損的主要原因之一。
刀具是機械制造中用于切削加工的工具,又稱切削工具。 絕大多數(shù)的刀具是機用的,但也有手用的。由于機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。還有特別應用的一類刀具,用于地質(zhì)勘探、打井、礦山鉆探,稱為礦山刀具
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
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
于刀面兩側(cè)各挖除一個凹槽,因其容易加工及設(shè)計,故市面上許多工廠刀皆是此一種研磨方式。大的優(yōu)點便是經(jīng)此研磨后會形成一個非常薄的刀刃,而越薄的刀刃切削能力越好。其缺點為:越薄的刀刃越脆弱。它可以切、削較硬的物體或組織,但卻不適合用以在料理食物時砍劈的動作,因刀身的縱切面為非線性,故無法切的太深。凹磨的刀子皆不建議用于砍劈動作上,因其刀刃相對的較脆弱。其大的優(yōu)點便是增加刀刃的切削能力,尤其是在刀面不夠?qū)掗煏r使用(德國Puma刀廠算出若刀背有3.5mm厚,那么刀面至少要有20mm寬才能有相當?shù)那邢骺撑芰?。若不夠?qū)挼牡蹲颖阋訦ollowground的方式來彌補。)。早期的剃頭刀便是用凹磨。鑿刀磨法、片刃研磨(ChiselGrind):刀面只有一面研磨。優(yōu)點有四:1.易于加工:一面研磨故只需其它研磨方式的一半加工,且不需太過精密,因此省時、省工、省錢。2.易于研磨:除非嚴重的損傷,否則只需研磨一面即可,且研磨技術(shù)不必像其它研磨方式一般的高超。3.刀刃堅固:只單邊開刃,故刀刃角度大(約30-45度),刀身厚。4.節(jié)省材料:在早期錘打制刀時代,此種研磨方式不需像其它研磨方式一般要削去多余的鋼材,可節(jié)省多的鋼材耗費。臺灣原住民的刀子便是鑿刀磨法。 缺點有三:1.無法準確的切削:拿鑿刀磨法及其它雙邊研磨的刀子來切蘋果時你便會發(fā)現(xiàn),雙面研磨的刀子可以的將蘋果平分切成兩半,而鑿刀磨法的刀子則會隨著研磨的角度而〔斜〕出去。2.無法穿刺的太深:鑿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許多的阻礙點。舉例而言,你從未見過鑿刀研磨的匕首、短劍或穿孔錐吧!3.研磨面錯誤:右手刀的研磨方式為(從刀背向下俯視)刀面的左側(cè)為平坦,右側(cè)才研磨?左手刀剛好相反。然因東、西方傳統(tǒng)性刀面展示上的不同及小刀用法習慣的差異,使得西方刀廠所做出之鑿刀研磨大多為左手刀(西方人習慣將刀尖向左的展示刀子,將左刀面視為正面?東方人則將刀尖向右展示刀子,將右刀面視為正面),在刀刃向外切削將刀子切削的角度加大才能平順的使用。美國也發(fā)現(xiàn)了這個問題,雖然大多數(shù)的刀廠依舊堅持〔左手刀〕,但如GTKnives已將其鑿刀磨法的刀子改為右手刀。日式的鑿刀磨法的刀子則全是右手刀。
根據(jù)制造業(yè)發(fā)展的需要,多功能復合刀具、高速刀具將成為刀具發(fā)展的主流。面對日益增多的難加工材料,刀具行業(yè)改進刀具材料、研發(fā)新的刀具材料和更合理的刀具結(jié)構(gòu)。硬質(zhì)合金材料及涂層應用增多。細顆粒、超細顆粒硬質(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)的應用繼續(xù)增多。新型刀具材料應用增多。陶瓷、金屬陶瓷、氮化硅陶瓷、PCBN、PCD等刀具材料的韌性進一步增強,應用場合日趨增多。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,應用范圍在迅速擴大。
刀具刃口鈍化技術(shù)是一個還不被人們普遍重視,而又是十分重要的問題。金剛石砂輪刃磨后的硬質(zhì)合金刀具刃口,存在程度不同的微觀缺口(即微小崩刃與鋸口)。石墨高速切削加工刀具性能和穩(wěn)定性提出了更高的要求,特別是金剛石涂層刀具在涂層前經(jīng)過刀口的鈍化處理,才能涂層的牢固性和使用壽命。刀具鈍化目的就是解決上述刃磨后的刀具刃口微觀缺口的缺陷,使其鋒值減少或消除,達到圓滑平整,既鋒利堅固又耐用的目的
選擇適當?shù)募庸l件對于刀具的壽命有相當大的影響。1.切削方式(順銑和逆銑),順銑時的切削振動小于逆銑的切削振動。順銑時的刀具切入厚度從大減小到零,刀具切入工件后不會出現(xiàn)因切不下切屑而造成的彈刀現(xiàn)象,工藝系統(tǒng)的剛性好,切削振動??;逆銑時,刀 具的切入厚度從零增加到大,刀具切入初期因切削厚度薄將在工件表面劃擦一段路徑,此時刃口如果遇到石墨材料中的硬質(zhì)點或殘留在工件表面的切屑顆粒,都將引起刀具的彈刀或顫振,因此逆銑的切削振動大;2.吹氣(或吸塵)和浸漬電火花液加工,及時清理工件表面的石墨粉塵,有利于減小刀具二次磨損,延長刀具的使用壽命,減少石墨粉塵對機床絲杠和導軌的影響;3.選擇合適的高轉(zhuǎn)速及相應的大進給量。綜述以上幾點,刀具的材料、幾何角度、涂層、刃口的強化及機械加工條件,在刀具的使用壽命中扮演者不同的角色,缺一不可,相輔相成的。一把好的石墨刀具,應具備流暢的石墨粉排屑槽、長的使用壽命、能夠深雕刻加工、能節(jié)約加工成本。