陶瓷刀具使用中应注意的问题

　　在美国，陶瓷刀具已占全部刀具市场份额的3 ～4 ，在日本该份额为8 ～10 ，在德国约为12 .

　　一、在一些特殊的加工过程中，陶瓷刀具所占的比例更大。

　　据估计，今后陶瓷刀具占整个刀具市场的份额可能增加到15 ～20 .我国陶瓷刀具的实际应用发展较慢，目前国内陶瓷刀具占总刀具使用量的比例不超过1 ，而且主要用于硬质合金刀具难以切削的工件的粗加工，在精密加工中应用比较少，这与国外大量应用于数控机床的情况相反。造成这种情况的原因一是人们错误认为陶瓷刀具性能不稳定二是在使用陶瓷刀具时没有很好地掌握其使用方法。

　　二、陶瓷刀具的特点与性能陶瓷刀具的品种、牌号很多，按主要成分大致可分为氧化铝（Al）系和氮化硅（Si）系，目前生产的陶瓷刀具95 属于Al系，其它多为Si系。

　　1 .陶瓷刀具的力学性能陶瓷刀具材料的力学性能是优良切削性能的根本所在。几种典型的陶瓷刀具的力学性能如表1所示。

　　系陶瓷刀具的切削性能及应用范围系陶瓷刀具是以氧化铝（Al）为主体的陶瓷材料Al系陶瓷刀具的硬度达HRA91～95 ，在高温下有较好的化学稳定性、耐磨性和耐热性，高温硬度高，在1200℃仍能进行切削（此时硬度为HRA80），如果加入一定的稳定剂及采用热压技术，可使刀具在高达1800℃高温下仍能保持硬度和耐磨性。月牙洼磨损率较低，且高温时刀具与工件间不产生化学反应，表面加工粗糙度小。

　　陶瓷刀具最初主要用于车削和精铣铸铁，目前Al系的陶瓷刀具主要用来加工各种铸铁（灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、冷硬铸铁、高合金耐磨铸铁等）和各种钢料（碳素结构钢、合金结构钢、高强度钢、高锰钢、淬硬钢等）也可以加工铜合金、石墨、工程塑料和复合材料。但由于铝元素会和一些其它元素发生化学亲合作用，Al陶瓷刀具不适宜于加工铝合金和钛合金。

　　陶瓷刀具可以用于制造包括滚刀、铰刀、成形车刀在内的各种刀具，不仅用于普通车床，而且作为稳定可靠的刀具应用于数控机床和自动生产线中。对于高精度、高硬度、大件切削有良好的效果。

　　牌号成分抗弯强度系TiC加金属基系基基，SiC晶须基系陶瓷刀具的切削性能及应用范围氮化硅系陶瓷刀具包括以Si为主体的刀具和）刀具。在众多的陶瓷材料陶瓷具有最佳的耐热性，这使得它即使在1200～1450℃切削高温时，仍能保持一定的硬度、强度进行长时间切削，因此允许采用远远高于硬质合金刀具的切削速度，实现高速切削，其切削速度可比硬质合金刀具提高3～10倍。

　　陶瓷刀具具有低密、高强、高硬的物理性能。

　　目前，Si陶瓷刀具的室温硬度值已超过了最好的硬质合金刀具的硬度而达到HRA92 .5～94 ，这就大大提高了它的切削能力和耐磨性，可以加工硬度高达HRC65的各类淬硬钢和硬化铸铁其抗弯强度，目前已达750～1200MPa ，超过了高速钢而与普通硬质合金相当Si系列陶瓷刀具的断裂韧性值，优于其他系机械工艺师2001 .6列陶瓷刀具达6～7MPam 1 2，接近某些牌号的硬质合金刀具Si系列陶瓷刀具的抗热震性能指标ΔT ，由于其强度高、较低热膨胀系数而高达600～800℃，明显优于其它系列陶瓷刀具（300～400℃），因而在高强度断续零件的毛坯加工方面，显示出独特的优越性能。

　　系陶瓷刀具的加工范围与Al系陶瓷刀具相似，但Si系陶瓷刀具不能加工产生长屑的钢系陶瓷刀具适合于加工灰铸铁，铸铁加工用的刀具有一半可以被Si系陶瓷刀具替代。其中Sialon陶瓷主要加工铸铁（含冷硬铸铁）与高温合金。

　　三、陶瓷刀具使用应注意的几个问题1 .系统刚性陶瓷刀具对冲击和振动载荷比较敏感，系统刚性弱是促使陶瓷刀具耐用度降低或引起崩刃的主要原因。系统刚性愈小，则振动愈大，而刀具耐用度也就愈低。系统刚性是指机床―夹具工件―刀具工艺系统的刚性。任何环节的刚性不足都将大幅度地降低陶瓷刀具的切削性能和效率。实践证明，适于陶瓷刀具加工的机床必须具有良好的刚性、足够的功率和高的转速。

　　1.重型机床的刚性好，有足够的转速及功率，采用陶瓷刀具的成功率往往比较高。中型机床在精、半精加工时因振动较小，使用陶瓷刀具也能较好地发挥效果，而粗加工时往往很难发挥陶瓷刀具的优越性。

　　2.防止零件对刀具造成大的冲击虽然陶瓷刀具可以对大多数铸、锻件不退火就进行粗加工，但硬铸件毛坯上的夹砂和砂眼常常会引起冲击，造成许多不必要的崩刀。因此在切削加工前对毛坯缺陷部分进行适当的清理、修正处理，可大大减少陶瓷刀具的破损。此外也要防止高速转动的高硬毛坯毛边对刀具的冲击，对那些硬度高而形状不规则的毛坯，应注意在切入和切出处先倒角再切削。切入处的倒角，可避免刀具接触工件时承受过大的冲击载荷切出处的倒角，主要是为防止刀具切离零件时被留下的一圈料边打坏。还要注意机床与被加工零件的情况要匹配，避免使用小功率机床加工大零件。

　　3 .合理的刀具几何参数刀具的合理几何参数，是指粗加工或半精加工时能保证刀具有较高的生产率和刀具耐用度，精加工时在具备较高的刀具耐用度的基础上保证加工出符合预定尺寸精度和表面质量的工件的刀具几何参数。在选择陶瓷刀具的几何参数时，必须考虑陶瓷刀具所特有的规律。相对而言，陶瓷刀具硬而脆，如何保证其使用稳定可靠、不发生崩刃是选择陶瓷刀具合理几何参数的主要依据。此外，陶瓷刀具的结构常常是机夹可转位刀具，必须结合其结构特点来选择其几何参数。一般说来，陶瓷刀具常采用零前角或负前角切削。

　　4 .合理的切削用量必须充分考虑陶瓷刀硬度高、耐磨性好、耐热性高等优点以及脆性较大、强度较低等缺点来选择合适的切削用量。进给量对刀具破损的影响很大，选取较小的进给量，有利于防止或减少刀具的破损陶瓷刀具适于高速切削，切削速度过低，不仅不利于发挥陶瓷刀具的优越性，而且容易发生崩刃较大的切削深度则可以缩短加工时间。总体说来，对于陶瓷刀具应选用较小的进给量和尽可能高的切削速度，切削深度在系统刚性和加工工艺允许前提下应尽可能选择较大值。

　　正确选择进给量是成功应用陶瓷刀具的关键。进给量大小主要受刀具强度、工艺系统刚性及被加工表面粗糙度的影响，因为陶瓷刀具的强度比硬质合金刀具低，所以进给量一般可预选得小一些，通过实践逐步增加。精车普通钢和铸铁，进给量f可取为0 .10～每齿进给量a不同而选取进给量。一般取车削f =0 .1～0 .3mm r端铣取每齿进给量a目前陶瓷刀具的切削速度已高达每分钟数千米，较高的切削速度，特别是在v =350～1500m min范围内，往往可以获得良好的切屑形状。如在高速车削淬硬钢时，可能形成酥化的易于碎断的假带状切屑而使切屑易于清理。陶瓷刀具作低速切削时，不但与硬质合金刀具的切削性能相近，而且容易引起工艺系统的振动，使刀具崩刃，甚至无法切削。一定范围内高速切削时，切削温度的升高能改变工件材料的性能，提高陶瓷刀具的韧性而减少其破损，所以一般陶瓷刀具均采用干切削。而陶瓷刀具断续切削时，如果切削速度提高太多，温差很大，产生的热应力会导致刀具破损。

      切削深度受机床功率和工艺系统刚性的限制，尽量一次走刀后切去大部分余量。一般粗加工钢和铸铁时，允许的最大切削深度为2～6mm ，通常取a mm 精加工取a 0 .5mm.加工淬硬钢一般都是半精加工或精加工，切削深度应较小。当工艺系统刚性较差时，取较小的切削深度，以免引起振动使刀具破损。

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