陶瓷刀具的应用

刀具陶瓷与工件材料匹配

不同种类的陶瓷刀具有着不同的应用範围,故须正确选择刀具陶瓷的种类与牌号,使其与被加工材料相“匹配”。氧化铝(Al2O3)基陶瓷适于加工各种钢材(素结构钢、合金结构钢、高强度钢、高锰钢、淬硬钢等)和各种铸铁,也可加工铜合金、石墨、工程塑料和复合材料；加工钢优于Si3N4基陶瓷刀具；但不宜用来加工铝合金和钛合金,否则容易产生化学磨损。Si3N4基陶瓷加工範围与氧化铝基陶瓷类似,最适于高速加工铸铁和高温合金,一般不宜用来加工产生长切屑的钢料(如正火和热轧状态)。赛阿龙(Sialon)陶瓷最适于加工各种铸铁(灰铸铁、球墨铸铁、冷硬铸铁、高合金耐磨铸铁等)和镍基高温合金,不宜用来加工钢料。

选择合理的刀具几何参数

目前,刀具陶瓷的一些新品种在强度和韧性方面有了较大的提高,但毕竟是脆性材料,抗弯强度较低而抗压强度高。为了充分发挥陶瓷刀具材料抗压强度高的特点,陶瓷刀具一般采用负前角。但倒棱后的刀具使切削力增加,故加工刚性差的工件时不应磨出负倒棱。

选择合理的切削用量

陶瓷刀具有良好的耐热性与耐磨性,故切削用量对刀具磨损的影响要比硬质合金刀具小。因此,切削时应根据被加工工件材料的性质,在机床功率、工艺系统刚性和刀片强度允许前提下,尽量选用较大的背吃刀量和切削速度进行切削,以充分发挥高温性能好的特点。例如,常州柴油机厂用装有Si3N4刀片(SM牌号)的机夹面铣刀(直径250mm,齿数7个)铣削HT200汽缸盖下平面(160mmX134mm)时的切削用量为:切削速度471m/min,背吃刀量(吃深)3mm,进给速度是300-1180mm/min,工效比硬质合金面铣刀高2.5~10倍。由于进给量对刀具破损的影响最为敏感,所以开始切削时的进给量应先取得小些,通过试切逐步增加,一直到刀具不出现破损。陶瓷刀具工作时通常是干式切削,如用湿式切削,刀具寿命较长。但在刀具切入工件前就应浇注切削液直到切削完毕为止,切削液必须连续供给,不能时断时续,否则容易引起刀具破损或崩刃。同理,在切削过程中还应尽量避免中途停车或变换切削用量。

陶瓷刀具的结构与刃磨

目前陶瓷刀具的结构大多采用机夹可转位刀片的结构形式。刀片的形状有三边形、正方形、棱形和圆形等。刀片夹紧必须牢固可靠,夹紧力方向应使刀片紧靠定位面。

陶瓷刀具的刃磨应在工具磨床上用夹具的刃磨,以保证刃磨质量。刃磨陶瓷刀具目前大多采用树脂结合剂的金刚石砂轮,粗磨选用80/100~100/120粒度号,精磨、细磨用170/200~325/400粒度,浓度为75%~100%。

选择合适的机床设备

使用陶瓷刀具的机床必须为高刚度、大功率和高转速,这样才能充分发挥它的性能,取得好的经济效益。此外,机床精度要好,装夹工件的夹具和夹紧装置必须可靠,以免加工时产生振动,使陶瓷刀具破损。必须指出,目前生产中不少机床设备还不能满足陶瓷刀具的加工要求,所以陶瓷刀具的潜力未能得到充分发挥,今后随着数控机床(NC)和加工中心(MC)等高效设备应用的增多,必将进一步推动陶瓷刀具的使用。

陶瓷刀具的前景

陶瓷刀具是最有发展潜力的高速切削刀具,在生产中有美好的应用前景,目前已引起世界各国的重视。在德国约70%加工铸件的工序是用陶瓷刀具完成的,而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%-10%。近几年来,中国陶瓷刀具的发展也十分迅速,品种增多,性能提高。中国开发的陶瓷与硬质合金的复合刀片,其工作表面既有陶瓷材料高的硬度与耐磨性,而基体又有硬质合金较好的抗弯强度,故能承受冲击负荷,并解决了陶瓷刀具镶焊困难等问题,为推广使用陶瓷刀具创造了条件。尤其是近几年国内外开发的新品种,尽管至今生产还未形成规模,但因性能优异,有广泛的用途,今后必将迅速发展。可以预料,随着高速切削、干式切削和硬切削应用的增多,今后必将促进陶瓷刀具的发展与使用。

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