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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,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)。
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。
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、擴孔鉆、鏜刀、鉸刀和內(nèi)表面拉刀等;螺紋加工工具,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。
高速刀具在離心力的作用下是否發(fā)生失效的關鍵在于刀體的強度是否足夠、機夾刀的零件夾緊是否可靠。當把離心力作為主要載荷計算刀體強度時,由于刀具形狀的復雜性,用經(jīng)典力學理論計算得出的結(jié)果誤差很大,常常不能滿足安全性設計的要求。為了在刀具設計階段對其結(jié)構(gòu)強度在離心力作用下的受力和變形進行定性和定量的分析,可通過有限元方法計算不同轉(zhuǎn)速下的應力大小,模擬失效過程和改進設計方案。高速銑刀有限元計算模型中包括刀體、刀體座、刀片和夾緊螺釘。計算刀體(包括螺釘、刀片等零件質(zhì)量)的彈性變形,再對分離出的刀座作詳細分析,把所獲得的刀體彈性變形作為邊界條件加到刀座分離體;然后由切出的刀座、刀片、螺釘及無質(zhì)量的摩擦副組成刀片夾緊系統(tǒng)的模型,進行夾緊的可靠性分析。有限元模型能模擬刀片在刀座里的傾斜、滑動、轉(zhuǎn)動以及螺釘在夾緊時的變形,可計算出在不同轉(zhuǎn)速下刀片位移和螺釘受力的大小。