切削技術(shù)發(fā)展史

切削技術(shù)發(fā)展史1古代的切削加工切削加工是機(jī)械制造中最基本的加工方法之一，它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位.切削加工的任務(wù)是利用刀具切除被加工對(duì)象上的多余材料，從而得到形狀、精度和表面質(zhì)量都符合預(yù)定要求的表面.切削加工所用的工具叫刀具，刀具一般用堅(jiān)硬的材料制成,并具有鋒利的切削刃.現(xiàn)代的金屬切削加工及其刀具,也是由當(dāng)時(shí)具有世界領(lǐng)先地位的中國(guó)古代切削加工、原始帶刃工具和兵器發(fā)展演變而來(lái)的.在切削加工和金屬切削加工方面,我國(guó)有著悠久的歷史.舊石器時(shí)代，距今約170萬(wàn)年的云南元謀猿人就使用過(guò)石砍砸器.距今約50?60萬(wàn)年的北京猿人，在與大自然搏斗的過(guò)程中，制造和使用了各種帶刃的石器，如砍砸器、刮削器和尖狀器?？吃移饔也繄A禿，可作砸用;左部有鋒刃，可作砍用.刮削器和尖狀器上則均具有明顯的鋒利刃部.這些古老的原始工具雖然十分粗糙，但它是一切人為加工的開(kāi)始,也是研究切削加工起源和發(fā)展的寶貴歷史資料.到了新石器時(shí)代，生產(chǎn)工具有了很大進(jìn)步.石刀、石斧、石錛、石鐮等都已制造得相當(dāng)精致刀體比較勻稱(chēng)，刃部鋒利適用，有凸刃、凹刃、圓刃等.在石器上能打出圓度較高的孔，這是鉆孔技術(shù)的開(kāi)端.當(dāng)時(shí)人類(lèi)已能根據(jù)不同的加工對(duì)象和需要，制作形狀和用途各異的切削工具.出土文物表明，新石器時(shí)代的人類(lèi)會(huì)把堅(jiān)硬的石片鑲嵌在骨把上,制成了夾固式的石刃骨刀。.石器時(shí)代的切削工具，多為石質(zhì)和骨質(zhì),加工對(duì)象也多為非金屬材料(如石頭、木頭、獸骨等).一個(gè)原始的切削加工過(guò)程，已經(jīng)具備了3個(gè)基本要素:(1)刀具;(2)被加工對(duì)象;(3)切削運(yùn)動(dòng).刀具的發(fā)現(xiàn)和切削加工的應(yīng)用，在人類(lèi)歷史上具有十分重要的意義.歷史學(xué)家認(rèn)為，刀和火的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用是兩項(xiàng)偉大的發(fā)明，它是人類(lèi)登上歷史舞臺(tái)的重要標(biāo)志.春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，我國(guó)發(fā)明了生鐵冶鑄造技術(shù)，比西歐要早1800年以上.滲碳、淬火和煉鋼技術(shù)的發(fā)明,為制造堅(jiān)硬鋒利的工具提供了有利的條件.鐵質(zhì)工具的出現(xiàn),使切削加工進(jìn)入了一個(gè)新階段.這一時(shí)期出土的切削工具，分工比較細(xì)致.許多青銅器上，出現(xiàn)了用金屬刻鏤的紋飾和鉆孔的痕跡.春秋中晚期，有一部手工藝專(zhuān)著《考工記》,它是我國(guó)現(xiàn)存的一部最早的工程技術(shù)著作.其上面記載了各種兵器、生產(chǎn)工具和生活用品的制作規(guī)范，介紹了關(guān)于戰(zhàn)車(chē)的制造工藝，簡(jiǎn)述了土木、金工等30個(gè)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)知識(shí).這本書(shū)指出“材美工巧”是制成良器的必要條件.所謂“材美”，是指采用優(yōu)良的材質(zhì)；“工巧”，是指采取合理、先進(jìn)的加工工藝.由此可見(jiàn),這一時(shí)期已能比較熟練地掌握各種加工方法，包括一部分切削加工。2近代的切削加工公元1750?1900年這段歷史時(shí)期內(nèi)，機(jī)械工程迅猛發(fā)展，它是從別的工程中分離出來(lái)，成為一個(gè)獨(dú)立的工程和學(xué)科.切削加工在這一時(shí)期內(nèi)也得到迅速發(fā)展.1847年，英國(guó)在伯明翰成立了機(jī)械工程師協(xié)會(huì)，而美國(guó)則到1880年才成立了機(jī)械工程師協(xié)會(huì).機(jī)械工程和切削加工的發(fā)展，是和從英國(guó)開(kāi)始的工業(yè)革命密切相關(guān)的.當(dāng)時(shí)，蒸汽機(jī)的出現(xiàn)和紡織工業(yè)、采礦工業(yè)、軍事工業(yè)的興起，對(duì)加工技術(shù)不斷提出新的要求.每一種新產(chǎn)品的發(fā)明和設(shè)計(jì)，必須解決相應(yīng)的加工技術(shù),才能付諸實(shí)現(xiàn).社會(huì)的需要，推動(dòng)著機(jī)械制造（包括切削加工）技術(shù)迅速提高.1776年，瓦特成功地制成第1臺(tái)新的蒸汽機(jī)，遇到的最大困難是汽缸的鏜孔加工.由于加工方法落后，汽缸與活塞之間空隙較大，漏汽嚴(yán)重,即使填滿(mǎn)了布、皮革或油脂也無(wú)濟(jì)于事.幸而鐵器制造商威爾金森幫助瓦特解決了汽缸加工的問(wèn)題.威爾金森于1775年制造了1臺(tái)炮管鉆孔機(jī)，可以加工直徑達(dá)72mm的內(nèi)孔，并使誤差不超過(guò)1mm.它的刀桿有5m長(zhǎng).經(jīng)過(guò)改裝成為臥式鏜床,可以加工蒸汽機(jī)的汽缸并滿(mǎn)足精度要求.于是，瓦特的蒸汽機(jī)才得以順利制成.威爾金森對(duì)瓦特幫助很大,他為瓦特鑄造和加工汽缸達(dá)20年之久.從威爾金森和瓦特的合作過(guò)程可以很清楚地看到，提高工藝水平和加工技術(shù)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的發(fā)明和設(shè)計(jì)是非常重要的.3工件與刀具的交替發(fā)展及其動(dòng)力在切削加工過(guò)程中，刀具與工件有著對(duì)立和統(tǒng)一的關(guān)系.當(dāng)一方有了進(jìn)展或提出新的問(wèn)題時(shí)，經(jīng)常推動(dòng)另外一方的發(fā)展與前進(jìn).一般來(lái)說(shuō)，由于生活、生產(chǎn)或戰(zhàn)爭(zhēng)的需要,工件一方的情況經(jīng)常發(fā)生變化.例如,工件材料的機(jī)械性能（如強(qiáng)度、硬度）不斷提高、產(chǎn)品的品種和批量逐漸增多、加工精度的要求日益提高、工件的結(jié)構(gòu)及形狀不斷復(fù)雜化和多樣化等.這樣，就不斷向刀具提出更新、更高的要求.當(dāng)?shù)毒卟荒軡M(mǎn)足這些要求時(shí),就促使人們改進(jìn)刀具，提高其性能，以適應(yīng)新的情況.刀具性能提高了,反過(guò)來(lái)推動(dòng)工件進(jìn)一步發(fā)展，接著工件又推動(dòng)刀具繼續(xù)前進(jìn).剛剛發(fā)明高速鋼時(shí),刀具材料對(duì)于當(dāng)時(shí)加工的需要大體上是適應(yīng)的.然而,進(jìn)入20世紀(jì)以后,作為主要工件材料的各種合金鋼和鑄鐵,其機(jī)械性能日益提高.尤其是20世紀(jì)中葉以來(lái)，各種高強(qiáng)度鋼、高錳鋼、不銹鋼、高硬耐磨鑄鐵、高溫合金、鈦合金,以及各種非金屬材料、復(fù)合材料等難加工材料相繼出現(xiàn)，高速鋼刀具加工這些材料時(shí)效率又嫌太低，或者根本切不動(dòng).于是，人們又改進(jìn)高速鋼的化學(xué)成分與熱處理方法，提高高速鋼的切削性能，出現(xiàn)了很多新型高速鋼，如含鉆、高釩超硬高速鋼等.另外又利用高硬度的高溫碳化物和金屬粘結(jié)劑，經(jīng)粉末冶金工藝制成硬質(zhì)合金.本世紀(jì)20年代至30年代初，先后制成鉆鎢類(lèi)和鎢鈦鉆類(lèi)硬質(zhì)合金,并逐步用于生產(chǎn).硬質(zhì)合金刀具加工某些金屬的效率，可比高速鋼提高4?10倍.而且硬質(zhì)合金硬度很高,可以切削高速鋼所加工不了的材料.但是，硬質(zhì)合金脆性較大，可加工性又差，因此只能在部分加工范圍內(nèi)代替高速鋼使用.隨后，又出現(xiàn)了陶瓷、立方氮化硼、人造金剛石等更為先進(jìn)的刀具材料，它們的硬度和耐磨性又超過(guò)了硬質(zhì)合金.然而，這些新刀具材料都因?yàn)檫^(guò)脆，加上價(jià)格昂貴、或?qū)δ承┘庸で闆r不適應(yīng)等原因，直到最近它們的使用面還不夠廣.目前，切削加工仍處在大量使用高速鋼與硬質(zhì)合金的時(shí)代,高速鋼材料約占全部刀具的40%?50%,硬質(zhì)合金約占50%?60%.用硬質(zhì)合金、陶瓷等先進(jìn)刀具材料，可以切削硬度達(dá)HRC60以上的淬硬鋼和冷硬鑄鐵，也能夠解決其它各種難加工材料的加工問(wèn)題.正因?yàn)槿绱?這些難加工材料才能夠用于工業(yè)生產(chǎn).而在19世紀(jì)或20世紀(jì)初，要加工這些材料,是根