淺談機械的發(fā)展與刀具材料現(xiàn)狀

1、我國在金屬切削方面有著悠久的歷史。古代加工石質、木質、骨質和其他非金屬器物是今天金屬加工的序曲。在舊石器時代就有石砍砸器，到了新石器時代，人們再與大自然的搏斗中生產工具得到了不斷的改進，如：石斧、石刀、石鐮等。并且以能在石器上鉆孔。甚至把堅硬的石刃鑲嵌或粘接在骨把上制成夾固式石刃骨刀。人類從這時候起，在生產實踐中逐步認識了刀刃的作用?？梢赃@樣說，一個原始的切削加工過程形成了?；旧暇邆淞饲邢鞯幕緱l件：刀具(帶刃口的石器)，被加工對象(

2、生產和生活用品)，切削運動。我國的金屬切削加工工藝，從青銅器時代開始萌芽的，并逐漸形成和發(fā)展。從殷商到春秋時期已經有了相當發(fā)達的青銅冶鑄業(yè)出現(xiàn)了各種青銅工具，如：青銅刀、青銅銼、青銅鋸等等。同時有出土文物與甲骨文記錄表明，這個時期的生產的青銅工具和生活工具，在制造過程中大都要經過切削加工或研磨。我國的冶鑄技術比西歐早一千多年。滲碳、淬火、和煉鋼技術的發(fā)明，為制造堅硬鋒利的工具提供了便利的條件。鐵質工具的出現(xiàn)，表明金屬切削加工進入了一新的

3、階段。有記載表明早在三千多年前的商代已經有了旋轉的琢玉工具，這也就是金屬切削機床的前身。70年代在河北滿城一號漢墓出土的五銖錢，其外圓上有經過車削的痕跡，刀花均勻，切削振動波紋清晰，橢圓度很小。有可能將五銖錢穿在方軸上然后裝夾在木質的車床上，用手拿著工具進行切削。八世紀的時候我國就有了金屬切削車床。到了明代，手工業(yè)有了很大的發(fā)展，各種切削方法，有了較細的分工。如：車、銑、鉆、磨等等。從北京古天文臺上的天文儀器可以看出當時采用了與五、六十

4、年代類似的加工方法。這也就說明當時就有較高精度的磨削、車削、銑削、鉆削等等。其動力是畜力和水力。清末，由于政府腐敗和外國的侵略使我國的科學技術發(fā)展停滯不前，金屬加工也處于落后的狀態(tài)。解放前，我國的工業(yè)已經十分落后，根本沒有自己的機床，工具制造業(yè)。就連高速鋼這樣的工具材料，麻花鉆這樣的普通工具都不能制造。解放后，我國的機床也有了長足的發(fā)展。機床和工具制造業(yè)也從無到有，從小到大。七八十年代，工具材料進一步得到發(fā)展，硬質合金和高速鋼的規(guī)格和品

5、種不斷增加。如：涂層硬質合金、立方碳化硼，陶瓷等等。到了八十年代數控、數顯設備也開始發(fā)展起來了。由于受當時電子設備、微機、傳輸等影響，沒有太大的發(fā)展空間。隨著電子設備、微機、傳輸速率的快速發(fā)展，數控、數顯設備也快速發(fā)展起來了。現(xiàn)今，我國機床制造也已基本上成熟了，特別是在普通機床上。準確來講機床是先進制造技術的載體，機械產品質量、更新速度、應變能力、效率在相當程度上取決于機床。我國現(xiàn)在對機床的需求將是中檔數控機床、加工中心和專用機床為主。

6、其他機床相對要少得多了。而我國的尖端數控機床和自動化生產線的制造還不能與世界強手相比。但是，我國在軍事，航空等方面還需要精密、復合、智能的設備。這也就要求我們奮發(fā)圖強趕上他們，在這樣的環(huán)境下也確定了我國數控機床的發(fā)展方向，向復合、高速、智能、PCBN刀具大多用于耐磨黑色金屬的加工，因此其刀尖角不能太小，刀具前角一般為5～5，后角一般為3～10，斷續(xù)切削時一般采用負倒棱。轉位結構的PCBN刀片(主要為車刀片和銑刀片)一般是在可轉位硬質合金

7、刀片的一個角上鑲焊一塊PCBN刀坯，經刃磨而成?？紤]到刀坯較貴及重磨等原因，一般只做成一個刀尖。隨著焊接工藝質量的提高，其剪切強度可達0.78kgm2。隨著PCBN刀坯尺寸越做越小，不重磨PCBN刀片的價格也隨之降低。（二）超硬刀具的典型應用（1）硬態(tài)加工，以車代磨由于PCBN刀具具有極高的硬度及紅硬性，可使被加工的高硬度零件獲得良好的表面粗糙度，所以采用PCBN刀具車削淬硬鋼可實現(xiàn)“以車代磨”。應用實例如汽車、摩托車齒輪孔的加工，此類

8、零件材料一般為20CrMnTi，滲碳淬火，表面硬度為60～62HRC，齒輪孔精度為IT6，表面粗糙度Ra≤0.8μm。傳統(tǒng)加工工藝為：機加工熱處理磨削。采用超硬刀具“以車代磨”的加工工藝為：粗加工熱處理精加工。新工藝可大幅度提高加工效率，降低加工成本，原采用磨削工藝一班僅能加工100個小齒輪，現(xiàn)采用PCBN刀具車削(切削參數V=60～120mmin，f≤0.12mmr，ap≤0.1mm，一班能加工400個小齒輪，此外，分攤到每個齒輪的加

9、工成本也有所下降。（2）高速切削，高穩(wěn)定性加工在汽車發(fā)動機生產線上，灰鑄鐵缸體的缸孔精加工是關鍵工序之一，要求缸孔加工尺寸精度高、表面粗糙度值小、穩(wěn)定性好；由于生產線加工節(jié)拍快，要求切削速度高(通常V≥500mmin)，刀具壽命長(加工孔數≥1000)，且倒角、止口、粗精鏜等多個工位的刀片壽命均應滿足耐用度要求。采用PCBN刀具即可實現(xiàn)發(fā)動機缸孔的高速切削及高穩(wěn)定性加工，其典型切削參數為：V=500mmin，f=0.2～0.4mmr，a

10、p=0.2～0.7mm；加工表面粗糙度Ra≤1.6μm，刀具壽命1000件。（3）有色金屬的高速、高穩(wěn)定性、低粗糙度加工及鏡面加工采用PCD刀具加工有色金屬時，由于金剛石硬度高，表面與金屬親合力小，且刀具一般拋光成鏡面，不易產生積屑瘤，因此加工尺寸穩(wěn)定性及表面質量都很好，刀具壽命也較長。例如，采用PCD刀具加工電機整流子的紫銅換向器，典型切削參數為：V=300mmin，f=0.08mmr，ap≤0.15mm，加工表面粗糙度Ra0.1～0