（一）刀具分類

刀具常按加工方式和具體用途，分為車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動線及數(shù)控機床刀具和鉸刀等幾大類型。

刀具還可以按其它方式進行分類，

如按所用材料分為高速鋼具、硬質合金刀具、具、立方氮化硼（CBN）刀具和金剛石刀具等；

按結構分為整體刀具、鑲片刀具、機夾刀具和復合刀具等；

按是否標準化分為標準刀具和非標準刀具等。

（二）常用刀具簡介

1車刀

車刀是金屬切削不使用簽名加工中應用廣的一種刀具。它可以在車床上加工外圓、端平面、螺紋、內孔，也可用于切槽和切斷等。車刀在結構上可分為整體車刀、焊接裝配式車刀和機械夾固刀片的車刀。機械夾固刀片的車刀又可分為機床車刀和可轉位車刀。機械夾固車刀的切削性能穩(wěn)定，工人不必磨刀，所以在現(xiàn)代生產中應用越來越多。

2孔加工刀具

孔加工刀具一般可分為兩大類：

一類是從實體材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花鉆、中心鉆和深孔鉆等；

另一類是對工件上已有孔進行再加工的刀具，常用的有擴孔鉆、鉸刀及鏜刀等。

3銑刀

銑刀是一種應用廣泛的多刃回轉刀具，其種類很多。按用途分有：

1）加工平面用的，如圓柱平面銑刀、端銑刀等；

2）加工溝槽用的，如立銑刀、T形刀和角度銑刀等；

3）加工成形表面用的，如凸半圓和凹半圓銑刀和加工其它復雜成形表面用的銑刀。銑削的生產率一般較高，加工表面粗糙度值較大。

4拉刀

拉刀是一種加工精度和切削效率都比較高的多齒刀具，廣泛應用于大批量生產中，可加工各種內、外表面。拉刀按所加工工件表面的不同，可分為各種內拉刀和外拉刀兩類。使用拉刀加工時，除了要根據(jù)工件材料選擇刀齒的前角、后角，根據(jù)工件加工表面的尺寸（如圓孔直徑）確定拉刀尺寸外，還需要確定兩個參數(shù)：

（1）齒升角af[即前后兩刀齒（或齒組）的半徑或高度之差]；

（2）齒距p[即相鄰兩刀齒之間的軸向距離]。

5螺紋刀具

螺紋可用切削法和滾壓法進行加工。

6齒輪刀具

齒輪刀具是用于加工齒輪齒形的刀具。按刀具的工作原理，齒輪分為成形齒輪刀具和展成齒輪刀具。常用的成形齒輪刀具有盤形齒輪銑刀和指形齒輪刀具等。常用的展成齒輪刀具有插齒刀、齒輪滾刀和剃齒刀等。選用齒輪滾刀和插齒刀時，應注意以下幾點：

（1）刀具基本參數(shù)（模數(shù)、齒形角、齒頂高系數(shù)等）應與被加工齒輪相同。

（2）刀具精度等級應與被加工齒輪要求的精度等級相當。

（3）刀具旋向應盡可能與被加工齒輪的旋向相同。滾切直齒輪時，一般用左旋齒刀。

7自動線與數(shù)控機床刀具

這類刀具的切削部分總的來說與一般刀具沒有多大區(qū)別不同情況，只是為了適應數(shù)控機床和自動線加工的特點，對它們提出了更高的要求。

數(shù)控刀具已形成三大系統(tǒng)：車削刀具系統(tǒng)，鉆削刀具系統(tǒng)和鏜銑刀具系統(tǒng)。

（三）常用刀具種類和應用

1.車刀

1

一般使用之車刀尖型式有下列幾種：

(1)粗車刀：主要是用來切削大量且多余部份使工作物直徑接近需要的尺寸。粗車時表面光度不重要，因此車刀尖可研磨成尖銳的刀峰，但是刀峰通常要有微小的圓度以避免斷裂。

(2)精車刀：此刀刃可用油石礪光，以便車出非常圓滑的表面光度，一般來說精車刀之圓鼻比粗車刀大。

(3)圓鼻車刀：可適用許多不同型式的工作是屬于常用車刀，磨平頂面時可左右車削也可用來車削黃銅。此車刀也可在肩角上形成圓弧面，也可當精車刀來使用。

(4)切斷車刀：只用端部切削工作物，此車刀可用來切斷材料及車度溝槽。

(5)螺絲車刀(牙刀)：用于車削螺桿或螺帽，依螺紋的形式分60度，或55度V型牙刀，29度梯形牙刀、方形牙刀。

(6)搪孔車刀：用以車削鉆過或鑄出的孔。達至光制尺寸或真直孔面為目的。

(7)側面車刀或側車刀：用來車削工作物端面，右側車刀通常用在精車軸的未端，左側車則用來精車肩部的左側面。

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因工件之加工方式不同而采用不同的刀刃外形，一般可區(qū)分為：

(1)右手車刀：由右向左，車削工件外徑。

(2)左手車刀：由左向右，車削工件外徑。

(3)圓鼻車刀：刀刃為圓弧形，可以左右方向車削，適合圓角或曲面之車削。

(4)右側車刀：車削右側端面。

(5)左側車刀：車削左側端面。

(6)切斷刀：用于切斷或切槽。

(7)內孔車刀：用于車削內孔。

(8)外螺紋車刀：用于車削外螺紋。

(9)內螺紋車刀：用于車削內螺紋。

2.孔加工刀具

高溫合金

一、高溫合金的概念、原理和分類

高溫合金一般是指能在600~1200℃的高溫下抗癢化、抗腐蝕、抗蠕變，并能在較高的機械應力效果下長期作業(yè)的合金資料。

高溫合金強調的不是耐受溫度指標，耐受溫度比高溫合金高的資料有很多，比如難熔合金、陶瓷及碳碳復合資料等。高溫合金底子的特性在于必定溫度下所具有的高強度。以一般的修建用鋼材為例，它在室溫下強度很高，但在修建焚燒時強度會急劇下降，從而導致修建坍塌。高溫合金的長處是，在600~1200℃的高溫下，它仍然能堅持極高的強度和硬度以接受較高的載荷。因而俄羅斯將其稱為熱強合金，而歐美稱之為超合金（superalloy）。

一般鋼材含有十多種化學元素，而高溫合金一般含有超越30-40種元素，高溫合金之所以能在高溫下堅持較高的強度和硬度首要原因在于這些元素在安排中發(fā)揮著強化金屬功能的效果。

高溫合金的分類有多種：1）按制造工藝分為變形高溫合金、鑄造高溫合金和粉末高溫冶金三類。2）按合金的首要元素分為鐵基高溫合金、鎳基高溫合金和鈷基高溫合金三類。3）按強化辦法分為固溶強化、時效強化、氧化物彌散強化和晶界強化等。

以工藝分類來看，變形高溫合金運用規(guī)劃廣，占比達70%，其次是鑄造高溫合金，占比20%。以合金首要元素來看，鎳基高溫合金運用規(guī)劃廣，占比達80%，其次為鎳-鐵基，占比14.3%，鈷基占比少，占比5.7%。

二、高溫合金展開進程及概略

高溫合金早誕生于20世紀初期的美國，被用作車站的防腐支架。從開端，高溫合金的研發(fā)進入了高速展開時期，鎳基高溫合金、鈷基高溫合金、鐵基高溫合金紛紛研發(fā)成功，并大量運用?，F(xiàn)在鎳基高溫合金是現(xiàn)代航空發(fā)起機、航天器和火箭發(fā)起機以及艦船和工業(yè)燃氣輪機的要害熱端部件資料（如渦輪葉片、導向器葉片、渦輪盤、焚燒室等），也是核反應堆、化工設備、煤轉化技能等方面需求的重要高溫結構資料。

高溫合金的展開首要閱歷了幾個階段：二十世紀40時代以前提出概念，40-50時代實現(xiàn)在噴氣發(fā)起機的運用，50-60時代在真空熔煉技能取得重大進展，60-70時代會集在合金化方面，70時代后首要在工藝研討方面，定向凝結、單晶合金、粉末冶金、機械合金化和陶瓷過濾等新工藝成為高溫合金展開的首要動力，其間定向凝結工藝制備的單晶合金尤為重要，在航空發(fā)起機渦輪葉片中運用尤為廣泛。二十世紀80時代以來，國內外廣泛展開數(shù)值模仿研討，取得了重要進展，并在此基礎上展開了顯微安排及冶金缺點猜測研討。

三、鎳基高溫合金

在整個高溫合金領域中，鎳基高溫合金占有特別重要的地位，與鐵基和鈷基合金比較，鎳基合金具有更好的高溫功能、良好的抗癢化和抗腐蝕功能。鎳基高溫合金是高溫合金中運用廣、高溫強度蕞高的一類合金。其首要原因，一是鎳基合金中能夠溶解較多合金元素，且能堅持較好的安排安穩(wěn)性；二是能夠構成共格有序的A3B型金屬間化合物[Ni3(Al,Ti)]相作為強化相，使合金得到有用強化，獲得比鐵基高溫合金和鈷基高溫合金更高的高溫強度；三是含鉻的鎳基高溫合金具有比鐵基高溫合金更好的抗癢化和抗燃氣腐蝕才能。能夠說，鎳基高溫合金的展開決定了航空渦輪發(fā)起機的展開，也決定了航空工業(yè)的展開。選用定向凝結技能制備出的鎳基單晶合金，其運用溫度已接近合金熔點的90%，成為今世先進航空發(fā)起機熱端部件不行替代的重要結構資料。

鎳基高溫合金含有十多種元素，增加合金元素對高溫合金的功能起要害的效果。以鑄造鎳基高溫合金為例，鑄造鎳基高溫合金以γ相為基體，增加鋁、鈦、鈮、鉭等構成γ’相進行強化，γ’相數(shù)量較多，有的合金高達60%；參加鈷元素能前進γ’相溶解溫度，前進合金的運用溫度；鉬、鎢、鉻具有強化固溶體的效果，鉻、鉬、鉭還能構成一系列對晶界發(fā)生強化效果的碳化物；鋁、鉻有助于抗癢化才能，但鉻下降γ’相的溶解度和高溫強度，因而鉻含量應低些；鉿改進合金中溫塑性和強度；為了強化晶界，增加適量的硼、鋯等元素。研討標明，GMR235鑄態(tài)合金的含碳量為0.18%時，高溫耐久壽數(shù)和抗拉強度蕞大，且具有較好的塑性，增加硼和鋯的合金耐久性明顯改進，合金的枝晶距離削減，碳化物的析出量削減且碳化物顆粒細化，從而改進各方面功能。

鎳基高溫合金是20世紀30時代后期開端研發(fā)的。英國于1941年首先出產出鎳基高溫合金Nimonic75；為了前進蠕變性又增加了鋁，研發(fā)出Nimonic80。美國于40時代中期，蘇聯(lián)于40時代后期，我國于50時代中期也研發(fā)出鎳基合金。

鎳基合金的展開包含兩個方面：合金成分的改進和出產工藝的改造。50時代初，真空熔煉技能的展開，為煉制含高鋁和鈦的鎳基合金創(chuàng)造了條件。初期的鎳基合金大都是變形合金。50時代后期，因為渦輪葉片作業(yè)溫度的前進，要求合金有更高的高溫溫度，可是合金的強度高了，就難以變形，乃至不能變形，于是選用熔模精細鑄造工藝，展開出一系列具有良好高溫強度的鑄造合金。60時代中期展開出功能更好的定向結晶和單晶高溫合金以及粉末冶金高溫合金。為了滿意艦船和工業(yè)燃氣輪機的需求，60時代以來還展開出一批抗熱腐蝕功能較好、安排安穩(wěn)的高鉻鎳基合金。在從40時代初到70時代末大約40年的時間內，鎳基合金的作業(yè)溫度從700℃前進到1100℃，平均每年前進10°C左右。

鎳基高溫合金按照制造工藝，可分為變形高溫合金、鑄造高溫合金、粉末冶金高溫合金。

3.1 變形高溫合金

變形高溫合金是高溫合金中運用廣的一類，占比到達70%。變形高溫合金首要選用常規(guī)的鍛、軋和揉捏等冷、熱變形手段加工成材。我國鎳基變形高溫合金以拼音字母GH加序號表明，如GH4169、GH141等。

變形高溫合金塑性較低，變形抗力大，運用一般的熱加工手段變形有必定困難，因而需求采納鋼錠直接軋制、鋼錠包套直接軋制和包套墩餅等新工藝來加工，也選用加鎂微合金化和彎曲晶界熱處理工藝來前進塑性。

變形高溫合金在航空發(fā)起機中至今仍然是首要用材。其間GH4169在我國航空發(fā)起機中已得到廣泛運用，被稱為高溫合金中的。其材質水平和加工工藝水平近年來得到明顯前進。GH4169合金的冶金產品有不同標準的鍛棒、熱軋棒、冷拉棒、板、帶、絲、管和鍛件，制造的零件有各類盤、轉子、環(huán)、機匣、軸、緊固件、彈性元件、阻尼元件等。

3.2 鑄造高溫合金

跟著運用溫度和強度的前進，高溫合金的合金化程度越來越高，熱加工成形越來越困難，必須選用鑄造工藝進行出產。另外，選用冷卻技能的空心葉片的內部雜亂型腔，只能選用精細鑄造工藝才能出產，因而鎳基鑄造高溫合金在實際出產運用中不行缺少。鑄造高溫合金運用也較為廣泛，占比約20%。國內的鑄造高溫合金以“K”加序號表明，如K1、K2等。

按結晶辦法，鑄造高溫合金又能夠分為多晶鑄造高溫合金、定向凝結鑄造高溫合金、定向共晶鑄造高溫合金和單晶鑄造高溫合金等4種類型。鑄造高溫合金的特點是：1）具有更寬的成分規(guī)劃。因為不用統(tǒng)籌變形加工功能，合金的規(guī)劃能夠會集考慮優(yōu)化其運用功能。2）具有更廣闊的運用領域。因為鑄造辦法具有的特別長處，可依據(jù)零件的運用需求，規(guī)劃、制造出近終型或無余量的具有任意雜亂結構和形狀的高溫合金鑄件。

刃口鈍化的刀具切削刃描摹上的微觀缺陷大幅縮減，刃口崩壞的幾率大幅下降，能夠延常刀具使用壽命50%-400%。因此，開展刀具刃口鈍化的研討對進步我國刀具產品的質量具有十分重要的含義?，F(xiàn)在，國外的刀具制造廠已廣泛選用刃口鈍化技能，從國外引入的數(shù)控機床或者生產線所使用的刀具，其刃口已全部經過鈍化處理，不只進步了工件外表質量，下降了刀具成本，一起也帶來了巨大的經濟效益。刀具鈍化辦法有振蕩鈍化、磨粒尼龍刷法鈍化、磁化法鈍化和立式旋轉鈍化等，立式旋轉鈍化進程實際上是渙散固體顆粒對刀具刃口效果的進程。

含磨粒的刀具刃口鈍化法具有重復性好、質量高和成本低一級特色，是現(xiàn)在首要選用的刀具刃口鈍化辦法，通過刀具和磨粒的相對運動實現(xiàn)刃口鈍化，磨粒多選用金剛石、CBN和碳化硅顆粒等?，F(xiàn)在，關于磨粒效果機理研討的比較少，首要有沖擊單顆磨粒、沖擊多磨粒磨損、刀具和切屑間存在磨粒、磨料水射流和半固著磨粒等，重點研討磨粒類型、磨粒尺寸和沖擊速度對外表的影響規(guī)則，而關于渙散磨粒對工件外表效果機理的研討更少。楊成虎研討了多粒子重復沖擊關于Cr12鋼的沖蝕磨損，選用實驗與有限元模仿相結合的辦法驗證了有限元模型能夠實在有效地模仿出沖蝕磨損的實際進程。利用非線性ABAQUS有限元軟件研討了磨粒沖蝕速率、沖蝕角和磨粒粒徑對刀圈資料(H13鋼)沖蝕磨損行為及殘余應力的影響規(guī)則。張偉等運用ABAQUS軟件樹立了塑性資料微切削進程的有限元模型，研討了磨粒沖蝕角度以及沖蝕速度對磨損率的影響，斷定了微切削模型的適用沖蝕角范圍。

為了取得合適的鈍化刃口形狀，進步切削進程的穩(wěn)定性，需求研討渙散固體磨粒對刀具刃口的鈍化機理。本文選用ABAQUS有限元軟件樹立了單磨粒和多磨粒對刀具刃口效果的防真模型，研討了單磨粒和多磨粒對刃口效果的能量、刃口形變、位移和磨粒速度改變等的影響規(guī)則，關于從微觀角度知道磨粒鈍化效果具有一定價值，為研討刀具刃口鈍化機理提供依據(jù)。

1  單磨粒鈍化刃口防真模型的樹立

依據(jù)立式旋轉鈍化法的基本特色，刀具在渙散固體磨粒中進行兩級行星運動，刀具刃口與渙散固體磨粒不斷進行磕碰沖擊，使得刀具刃口鈍化。刀具沿著一定的軌跡進行運動，而渙散固體磨粒的運動規(guī)則相對隨機。因此，渙散固體磨粒對刀具刃口的鈍化進程是十分復雜的。

作為非線性有限元處理工具，ABAQUS在處理復雜問題和模仿高度非線性問題上有極大優(yōu)勢。選用ABAQUS軟件樹立磨粒對刀具刃口鈍化的防真模型。

①刀具鈍化模型的簡化：因為磨粒相關于刀具刃口要小得多，能夠將刀具刃口看作無限大，底端固定不動，粒子向刀具刃口沖擊。

②磨粒：磨粒選用80目碳化硅，顆粒形狀設為球形。

③刀具：選用硬質合金刀具，刀具刃口尺寸設為0.5mm×0.25mm×0.1mm。

④網格劃分：將刀具刃口與磨粒觸摸部分的網格區(qū)域劃分得略細，磨粒的母線布置種子數(shù)目為10，挑選顯式線性三維應力單元C3D4。刀具刃口種子數(shù)目分別設為10和25，磨粒單元形狀為Tet（四面體），完成網格劃分。

⑤防真設置：觸摸屬性為Contact，沖擊速度設置為100m/s，核算剖析步時刻為5E-5s，設置20個剖析步，選用job模塊進行求解。

2  單磨粒鈍化刃口防真結果

(1)刀具刃口應力改變規(guī)則

單磨粒對刀具刃口效果的應力矢量云圖見圖1。由圖可知，碳化硅磨粒在沖擊刀具刃口時，刀具刃口外表會發(fā)生微小的變形，刃口遭到的應力巨細在觸摸區(qū)以圓弧狀向四周擴展，一起應力以觸摸點為中心向四周逐步衰減。刃口被沖擊的外表略微下凹，就像一個小球在地上砸出了一個坑相同。

圖1  單磨粒對刀具刃口效果的應力散布

(2)刀具刃口的沖擊區(qū)域與應力的關系

刀具刃口的沖擊區(qū)域與應力的關系見圖2。在刀具刃口沖擊區(qū)域內，越靠近磨粒沖擊點中心，刀具刃口應力越大；越遠離磨粒與刃口的沖擊區(qū)域，刀具刃口所受的應力越小。

(3)刀具刃口的位移改變規(guī)則

單磨粒對刀具刃口效果的位移曲線見圖3。在刀具刃口鈍化進程中，碳化硅磨粒與刃口的沖擊十分時間短。當碳化硅磨粒從0時刻開端運動且當時刻到達7.5E-06s時，碳化硅磨粒的位移到達蕞大。爾后，磨粒開端反彈。

圖2  到效果點中心的間隔所對應的應力關系

圖3  刀具刃口的位移改變規(guī)則

(4)單磨粒速度改變規(guī)則

磨粒在與刃口觸摸時，與刃口之間的效果速度逐步減小，隨后反彈（見圖4）。

圖4  磨粒速度改變規(guī)則

3  多磨粒防真模型的樹立及結果

選用三顆磨粒重復沖擊，研討多磨粒對刀具刃口的鈍化。邊界條件與資料參數(shù)及邊界的界定與單磨粒模型共同。沖擊速度為300m/s，多磨粒對刀具刃口鈍化的防真模型見圖5。

圖5  多磨粒對刀具刃口效果的防真模型

(1)刀具刃口的應力散布

圖6為地一顆磨粒對刀具刃口沖擊的應力云圖。由圖可知，在地一剖析步t=2.5003E-06s時，刀具刃口無太大改變，受磨粒沖擊的中心遭到的應力蕞大，蕞大應力值為2238MP；當?shù)诙w磨粒對同一位置進行沖擊后，刀具刃口所受應力區(qū)域顯著增大，所產生的蕞大應力值為2341Mpa；當?shù)谌w磨粒沖擊刀具刃口時，刀具刃口遭到的應力效果區(qū)域進一步增大，蕞大應力值為2440Mpa，較前兩次沖擊有所進步。

圖6  地一顆磨粒沖擊刀具刃口的應力散布

(2)磨粒速度改變規(guī)則

多磨粒沖擊刀具刃口的速度改變規(guī)則見圖7。在0s時，地一顆磨粒開端與刀具刃口磕碰，隨后磨粒速度開端下降，直至越過零點成為負值。磨粒速度為負是因為磨粒發(fā)生了回彈，磨粒對刀具刃口產生磨損。在1.0E-5s、2.0E-5s時，第二顆磨粒、第三顆磨粒分別與刀具刃口效果，效果方式和地一顆磨粒相同。

圖7  三顆碳化硅磨粒速度改變規(guī)則

刀具刃口在三顆磨粒沖擊下的位移曲線見圖8。地一顆碳化硅磨粒在對刀具刃口沖擊后會構成一個的沖蝕坑，接著第二顆、第三顆磨粒重復沖擊，沖蝕坑不斷增大，多磨粒的沖擊會使沖蝕坑越來越大。

圖8  刀具刃口遭到重復沖擊的位移改變

(4)多磨粒對刀具刃口效果的能量改變規(guī)則

刀具刃口鈍化的進程也是能量交換的進程。因為刀具刃口與渙散固體磨粒不斷地沖擊磕碰，在鈍化進程中發(fā)生了磨粒動能和刀具刃口內能的交換，其能量改變見圖9。

圖9  刀具刃口鈍化的能量改變

由圖9可知，碳化硅磨粒在觸摸刀具刃口后速度開端下降，約在2E-05s時到達蕞低。磨粒的動能因為速度的減小而減小，大約在2E-05s時到達蕞低。一起，刀具刃口內能因為磨粒的沖擊呈現(xiàn)出接連上升趨勢，二者能量曲線基本對稱，磨粒所消耗的動能基本轉化成為刀具刃口內能，使得刀具刃口進行鈍化。

小結

選用ABAQUS有限元剖析軟件樹立了磨粒對刀具刃口沖擊的防真模型，研討了磨粒沖擊刀具刃口時磨粒速度、刃口應力、刃口位移和能量等的改變規(guī)則。首要定論如下：

(1)當單磨粒對刀具刃口進行鈍化時，刀具刃口的應力在沖擊區(qū)域以圓弧狀向四周擴展。碳化硅磨粒與刃口的沖擊十分時間短，磨粒從零時刻開端運動，當時刻到達7.5E-06s時，碳化硅磨粒的位移到達蕞大，爾后，磨粒開端反彈。

(2)當多碳化硅磨粒對刀具刃口進行不斷沖擊時，受力區(qū)域不斷增大，刀具刃口所受應力增大，沖蝕坑不斷增大。