切削加工与刀具技术的历史

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1、切削加工与刀具技术的历史进展与展望于启勋(北京理工大学机械与车辆工程学院北京100081)桂育鹏(北京市技术交流站北京100052)田玉顺(北京出版社北京100011)摘要介绍了中国远古时期石器时代铜器时代铁器时代的切削加工与刀具技术当时中国领先于全世界在近代从第一次工业革命以后中国在这方面变得落后阐述了欧美各国和俄罗斯在切削加工技术机床设备和切削机理方面的发展解放后中国的切削加工与刀具技术有了很大的进步工件与刀具双方交替发展是推动切削加工与刀具技术向前发展的原动力关键词切削加工刀具技术发展史刀

2、具材料机床切削机理0前言切削加工是机械制造中最基本的加工方法之一它在国民经济中占有重要地位切削工具为刀具刀具用坚硬的材料制成并具有锋利的切削刃切削加工的任务是利用刀具切除被加工对象毛坯上的多余材料从而得到形状精度和表面质量都符合预定要求的表面现代的切削加工及其刀具是由古代切削加工原始的带刃工具和兵器发展演变而来的本文将阐述古代近代和中国解放后切削加工与刀具技术发展的状况1古代的切削加工和刀具在切削加工方面我国有着悠久的历史旧石器时代距今约170万年的云南元谋猿人就使用过石砍砸器距今约50~60万

3、年的北京猿人在与大自然搏斗的过程中制造和使用了各种带刃的石器如砍砸器刮削器和尖状器(图1)由图1可见砍砸器右部圆秃可作砸用左部有锋刃可作砍用刮削器和尖状器上则均具有明显的锋利刃部这些古老的原始工具虽然十分粗糙但它是一切人为加工的开始也是研究切削加工起源和发展的宝贵历史资料到了新石器时代生产工具有了很大进步石刀石斧(图2)石锛石镰等都已制造得相当精致刀体比较匀称刃部锋利适用有凸刃凹刃圆刃等在石器上能打出圆度较高的孔这是钻孔技术的开端当时人类已能根据不同的加工对象和需要制作形状和用途各异的切削工具出

4、土文物表明新石器时代的人类曾把坚硬的石片镶嵌在骨把上制成了夹固式的石刃骨刀(图3)石器时代的切削工具多为石质和骨质加工对象也多为非金属材料(如石材木材兽骨等)一个原始的切削加工过程已经具备了三个基本要素刀具(带刃部的工具)被加工对象(生产或生活用品)切削运动(人用手握持住刀具与被加工对象并给予一定的力和运动方向)刀具的发明和切削加工的应用在人类历史上具有十分重要的意义历史学家认为刀和火的发现和应用是两项伟大的发明它是人类登上历史舞台的重要标志1(1)砍砸器(约为原大的1/2)(2)刮削器(约为原

5、大的2倍)(3)尖状器(约为原大的2倍)图1砍砸器刮削器和尖状器(周口店北京猿人遗址出土)图2新石器时代的石刀石斧(南京北阴阳营及江苏淮安青莲岗出土)图3新石器时代的石刃骨刀(甘肃永昌鸳鸯池出土)从青铜器时代开始出现金属切削加工的萌芽早在齐家文化时期(公元前2000年)已用天然铜制造器具从商代到春秋时期已经有了相当发达的青铜冶铸业出现了各种青铜工具图4所示为商代的青铜钻图5为春秋时代的青铜刀锯锉这些刀锯锉的结构和形状已经类2似于现代的切削工具它们的加工对象已经不限于非金属材料而包括了金银铜等金属

6、材料可以想象当时这些切削工具发挥了多么大的作用说明人类已有了很大的进步图4商代的青铜钻(郑州二里冈出土)图5春秋时代的青铜刀锯锉(河南汲县山彪镇出土)商代还会制作过铁刃铜钺(图6)铁刀系用陨铁锻造制成镶嵌在铜质钺体上曾对河北藁城出土的铁刃铜钺进行过化验刃口的基体为铁含碳0.35%含镍1.76%另外还含铜锡铝钴钛硅铅等元素所以刃部材料实际上是一种含有多种合金元素的钢材图6商代的铁刃铜钺(河北藁城出土)石刃骨刀和铁刃铜钺都是我国古代的杰出创造说明当时已经认识到刀具刃部的重要作用认识到刀刃和刀体可以分

7、别采用不同的材质刀刃取稀缺贵重的坚硬材料刀体取价值较低但韧性较好的材料这种思想认识至今对现代的切削加工和切削刀具仍有指导意义青铜器时代的大量出土文物表明当时的兵器生产工具和生活用品在制造过程中大都要经过切削加工磨削加工或研磨磨削和研磨实质上也是一种切削加工春秋战国时期我国发明了生铁冶铸技术比西欧要早1000余年渗碳淬火和炼钢技术的发明为制造坚硬锋利的工具提供了有利的条件铁质工具的出现使切削加工进入了一个新阶段这一时期出土的切削工具分工比较细致许多青铜器上出现了用金属刀具刻镂的纹饰和钻孔的痕迹春秋

8、中晚期有一部手工艺专著考工记它是我国现存的一部最早的工程技术著作上面记载了各种兵器生产工具和生活用品的制作规范介绍了关于战车的制造工艺简述了木工金工等30个专业的技术知识这本书指出材美工巧是制成良器的必要条件所谓材美是3指采用优良的材质工巧是指采取合理先进的加工工艺由此可见这一时期已能比较熟练地掌握各种加工方法包括一部分切削加工秦始皇陵墓兵马俑坑中出土的文物表明当时的实战兵器很多有剑矛戈钺殳镞吴钩等制作十分精致刀刃至今锋利如初光亮无锈有的兵器表面还镀过铬经化验铜剑的成分除以铜为主外含锡21.38