硬質工具の科学的知識です

工具は机械製造で切削加工に用いる工具で、切削工具ともいいます。広義の切削工具には工具も含まれ、研削具も含まれます。ほとんどの刃物は機械用ですが、手用のものもあります。机械製造に使われる工具は基本的に金属材料を切削するためのものであるため、「工具」という言葉は一般的に金属切削工具と理解されています。木材を削るための刃物は木工刃物と呼ばれます。

刃物の発展は人類の進歩の歴史の上で重要な位置を占めています。中国では紀元前28 ~ 20世紀には、すでに黄銅錐や紫銅の錐、ドリル、ナイフなどの銅の刃物が登場していました。戦国時代後期(紀元前三世紀)には、浸炭の技術を習得したことで、銅製の刃物が作られました。ドリルやのこぎりは、現代のノコギリやドリルに似ています。

しかし、刃物が急速に発展したのは18世紀後半、蒸気機関などの机械の発展に伴いました。1783年、フランスのルネが初めてフライス盤を作りました。1792年イギリスのモズレーが糸錐と板歯を作りましたねじつきダイヤが発明された最初の文献は1822年ですが、商品として生産されたのは1864年まででした。

その時の工具は全体の高炭素工具鋼で製造して、使うことができる切削速度は約5メートル/分です。一八六八年にイギリスのムーシャがタングステンを含む合金工具鋼にしました。1898年アメリカのタイラーとですホワイトは高速鋼を発明しました1923年、ドイツのシュレーテルが硬質合金を発明しました。

合金工具鋼を採用する時、工具の切削速度は約8メートル/分に向上し、高速鋼を採用する時、更に2倍以上向上し、硬質合金を採用する時、更に2倍以上向上し、切削加工した工作物の表面品質と寸法精度も大いに向上します。

高速鋼と硬質合金の価格が比較的に高価なため、工具は溶接と机械挟固式の構造が現れます。1949年から1950年の間に、米国で旋盤刃が採用され始め、間もなくフライス盤や他の刃物に応用されました。1938年、ドイツのデグサ社がセラミック刃物に関する特許を取得しました。1972年、アメリカのge社がポリ結晶ダイヤモンドとポリ結晶立方窒化ホウ素刃を製造しました。これらの非金属工具材料は工具をより高速に切削することができます。

1969年、スウェーデンのサントヴィック製鉄所は化学気相堆積法による炭化チタンコーティング硬質合金刃の特許を取得しました。1972年、アメリカのボンサとラグランは、硬質合金や高速度鋼の工具の表面を炭化チタンや窒化チタンの硬質層でコーティングする物理気相堆積法を開発しました。コーティング法は基体材料の高強度と靭性と、表層の高硬度と耐摩耗性を結合して、この複合材料がより良い切削性能を持っています。

工具はワークの加工面の形によって5種類に分けることができます。各種の外面の刃物を加工して、旋盤ナイフ、カンナ、フライス盤ナイフ、外面にヤスリなどを引きます;穴加工ナイフ、ドリルを含んで、穴を広げてドリル、ボーリングナイフ、ヒンジと内部の表面はナイフなどを引っ張ります;ネジ加工ツール、糸錐、歯、自働開合ネジカッター、ネジ旋盤とネジフライス盤などを含みます;歯車加工ナイフ、ローラー、歯を刺すナイフ、歯を剃るナイフ、ベベル歯車加工ナイフなどを含みます;ナイフを切断して、歯嵌めの丸鋸、帯のこぎり、弓のこぎり、切断旋刀とノコギリのフライス盤などを含みます。また、組み合わせ刃物もあります。

切削運働方式と刃の形によって、工具はさらに3種類に分けることができます。汎用工具、例えば旋刀、カンナ削り、フライスミル(成形の旋刀、成形カンナ削りと成形フライスミルを含みません)、中ぐり刀、ドリル、穴を広げるドリル、ヒンジ刀とのこぎりなど;成形工具、このような工具の刃は被加工ワーク断面と同じまたはほぼ同じ形状を持っています。例えば、成形旋刀、成形カンナ、成形フライス盤、プル、円錐ヒンジと各種のねじれ加工工具など;展成刃物は展成法で歯車の歯面あるいは類似のワークを加工します。例えば、ローラー、歯抜きナイフ、歯剃ナイフ、ベルギアカンナとベルギアフライス盤などです。

各種の刃物の構造はすべてはさみ部分と作業部分からなっています。全体の構造の刃物の部分と仕事の部分はすべて刀体の上でします;歯をはめ込む構造の刃物の作業部分(歯や刃)はボディにはめ込みます。