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)。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量和尺寸精度也大大提高。由于高速鋼和硬質合金的價格比較昂貴,刀具出現(xiàn)焊接和機械夾固式結構。1949~1950年間,美國開始在車刀上采用可轉位刀片,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,在硬質合金或高速鋼刀具表面涂覆碳化鈦或氮化鈦硬質層。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;螺紋加工刀具包括絲錐、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、錐齒輪和拉刀等;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。按切削運動方式和相應的刀刃形狀,刀具又可分為三類:通用刀具如車刀、刨刀、銑刀(不包括成形的車刀、成形刨刀和成形銑刀)、鏜刀、鉆頭、擴孔鉆、鉸刀和鋸等;成形刀具這類刀具的刀刃具有與被加工工件斷面相同或接近相同的形狀,如成形車刀、成形刨刀、成形銑刀、拉刀、圓錐鉸刀和各種螺紋加工刀具等;特殊刀具加工一些特殊工件,如:齒輪,花鍵等用的刀具。如、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪刨刀和錐齒輪銑刀盤等
對刀具進行涂層是機械加工行業(yè)前進道路上的一大變革,它是在刀具韌性較高的基體上涂覆一層、二層乃至多層具有高硬度、高耐磨性、耐高溫材料的薄層(如TiN、TiC等),使刀具具有全面、良好的綜合性能。未涂層高速鋼的硬度僅為62~68HRC(760~960HV),硬質合金的硬度僅為89~93.5HRA(1300~1850HV);而涂層后的表面硬度可達2000~3000HV以上。在工業(yè)生產(chǎn)中,使用涂層刀具可以提高加工效率、加工精度、延命、降低成本。近30余年來,刀具涂層技術迅速發(fā)展,涂層刀具得到了廣泛應用。涂層高速鋼刀具和涂層硬質合金刀具已占全部刀具使用總量的50%以上。在西歐,由于資源匱乏和機械加工的化,以及數(shù)控技術進步及難加工材料增多,涂層刀具正以驚人的發(fā)展速度被動式向前挺進。西方工業(yè)發(fā)達國家使用的涂層刀具占可轉位刀片的比例已由1978年的26%上升到2005年的90%,新型的數(shù)控機床所用的刀具中80%左右是涂層刀具
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構。硬質合金材料及涂層應用增多。細顆粒、超細顆粒硬質合金材料是發(fā)展方向;納米涂層、梯度結構涂層及全新結構、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。
金剛石涂層刀具的硬度高、耐磨性好、摩擦系數(shù)低等優(yōu)點,現(xiàn)階段金剛石涂層是石墨加工刀具的選擇,也能體現(xiàn)石墨刀具的使用性能;金剛石涂層的硬質合金刀具的優(yōu)點是綜合了天然金剛石的硬度和硬質合金的強度及斷裂韌性;但是在國內(nèi)金剛石涂層技術還處于起步階段,還有成本的投入都是很大的,所以金剛石涂層暫時不會有太大發(fā)展。不過我們可以在普通刀具的基礎上,優(yōu)化刀具的角度,選材等方面和改善普通涂層的結構,在某種程度上是可以在石墨加工當中應用的。金剛石涂層刀具和普通涂層刀具的幾何角度有本質的區(qū)別,所以在設計金剛石涂層刀具時,由于石墨加工的特殊性,其幾何角度可適當放大,容削槽也變大,也不會降低其刀具鋒口的耐磨性;對于普通的TiAlN涂層,雖然比無涂層的刀具其耐磨有顯著的提高,但比起金剛石涂層來說,在加工石墨時它的幾何角度應適當放小,以增加其耐磨性。刀具表面處理技術又有了新發(fā)展,移動菠菜發(fā)布的國外新消息:利用固態(tài)的納米結構硼原子團對刀具表面進行改性處理,可較大幅度提高刀具壽命。對金剛石涂層來說,世界上眾多的涂層公司均投入大量的人力和物力來研究開發(fā)相關涂層技術,但是為止,國外成熟而又經(jīng)濟的涂層公司僅于歐洲;PARA作為一款的石墨加工刀具,同樣采用世界的涂層技術對刀具進行表面處理,以確保加工壽命的同時,刀具的經(jīng)濟實用。
刀具刃口鈍化技術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