氮化硅陶瓷刀具性能及应用

(源自慧聪网)氮化硅(Si3N4)陶瓷刀具有很高的耐磨性、红硬性,可以进行高速切削、减少换刀次数及减少由于刀具磨损而造成的尺寸误差。在数控机床、加工中心上应用具有更明显优势,可大大提高生产效率和产品质量。

1．氮化硅陶瓷刀具的切削性能

(1)高硬度氮化硅陶瓷刀片的室温硬度值已超过了最好的硬质合金刀片硬度,达到92.5～94HRA,这就大大提高了它的切削能力和耐磨性。它可以加工硬度高达65HRC的各类淬硬钢和硬化铸铁,可节省退火加工所消耗的电力。其优良的耐磨性不仅延长了刀具的切削寿命,而且还减少了加工中的换刀次数,从而保证切削工件时的小锥度和高精度,尤其是用于数控机床进行高精密连续加工时,可减少对刀误差和因磨损引起的不可预测的误差,简化刀具误差补偿。

(2)高强度目前氮化硅陶瓷刀片的抗弯强度已达到750～1000MPa,超过了高速钢,与普通硬质合金相当。

(3)良好的抗高温氧化性氮化硅陶瓷刀片的耐热性和抗高温氧化性特别好,即使在1200～1450℃切削高温时仍能保持一定硬度和强度,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。其切削速度比硬质合金刀具提高3～10倍,因而能大幅度提高生产效率。实验证明,在众多的陶瓷材料中,Si3N4陶瓷具有最佳的耐热性。

(4)良好的断裂韧性断裂韧性值是评价陶瓷刀片抗破损能力的重要指标之一,它与材料的组成、结构、工艺等因素有关。Si3N4系列陶瓷刀片的断裂韧性值优于其他系列陶瓷刀片(达6～7MPam1/2),接近某些牌号的硬质合金刀片,因而具有良好的抗冲击能力,尤其在进行铣、刨、镗削及其它断续切削时,更能显示其优越性。

(5)抗热震性强陶瓷材料的抗热震性是指其在承受急剧温度变化时,评价其抗破损能力的重要指标。Si3N4系列陶瓷刀片由于强度高、热膨胀系数低,抗热震性能指标△T高达600～800℃,明显优于其它系列陶瓷刀片(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。

2．氮化硅陶瓷刀具的实际应用
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虽然我国陶瓷刀具的研究水平不比国外差,但实际应用发展较慢。据有关资料报导,目前国内陶瓷刀具占总刀具使用量的比例不超过1%。氮化硅陶瓷刀具是近年来才在生产中推广使用的一种新型刀具。因此,不论在刀具的几何参数、切削用量以及使用技术方面,均缺乏成熟的经验。陶瓷刀具的实际应用是一项需要综合各方面技术的系统工程,决不是只要买了陶瓷刀具换上就可以解决问题。加之陶瓷刀具本身所具有的物化特性、加工时的切削性能与普通刀具有着相当大的差别,因此在应用时,必须考虑以下几个方面的问题。

2.1对机床的要求

陶瓷刀具材料对冲击和振动载荷比较敏感,这是陶瓷刀具材料在耐冲击和抗振性方面的最大弱点。机床—工件—刀具工艺系统刚性弱是促使陶瓷刀具寿命降低或崩刃的主要原因。其中除工件和刀具本身的刚性因素外,机床刚性愈小,则振动愈大,而刀具寿命也就愈低。需要特别指出,在分析机床刚性时,一定要综合考虑机床—工件—刀具工艺系统的刚性,而不是孤立地考虑机床的刚性,必须同时考虑工件、夹具、顶尖及刀具的刚性等。

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