陶瓷刀具材料的选择.pdf

陶 瓷 刀 具 材 料 的 选 择 合肥工业大学 安徽 2 3 0 0 0 9 刘志峰 I 一 随着冉 瓷刀具材料 的种类增 多及 应用面 的扩 大 如 何选 择适 宜的陶瓷材料就变得非常现实和重要 针 对这些问题 本文讨论 了陶瓷刀具材料的选择 并提出 了正 确使用 陶瓷刀具材料 的建议 以便为指导 实际应 用提 供参 考依据 一 陶瓷刀具材料的种类 1 氧化铝系陶瓷材料 氧化铝系陶瓷是以 A1 Oa 为主体的陶瓷材料 它 包括 以下几类 1 纯 A 1 O 陶 瓷 这类 陶瓷包括 纯 A I O a 陶瓷和 以 A l O 为主体 添加少量玻璃氧化物 Mg O Ni O Ti O C r O a 等 经冷压烧结而 成的陶瓷 这类陶瓷抗 弯强度较 低 抗 冲击能 力差 切削过 程 中易产 生微崩 刃 但其高温性能很 好 适用于高速小进给 半精 加工铸 铣和钢 材 如 国产的 Am AmF 日本的 W8 0 等 目前 这类陶瓷很少用于切削刀具材料 2 氧化物 碳化物系 陶瓷 它是将一 定百分 比的 碳化 物 T WC T a C N C MO C 等 添 加剜 Al Os 中经热 压 烧结 而 成 其 中以 A1 O T i C使 用最 多 A O a 中 加入 T i C后可提高其强度和抗 冲击性能 这 类陶瓷适用 于高 速蛆精加工耐 密铸铁 淬硬 钢及高强 度钢等难加工 材料 如 M1 6 S G4等就属 于此粪陶 瓷 以氧化 镀 氧化锫 氧 化钛 为基的 陶瓷 化学 稳定 性好 可解决 A l 0 不能加工铝及铜合金的难题 常用 于切州软质的有色金属 g 氧化物 碳 化物一金 属系陶瓷 它是在氧化 物 一 碳 化物陶瓷 中加入金属粘结剂 Ni Mo C o W 等 经 热压烧结而成 金属的加入改善了A1 Oa 与碳化物的 粘结强度 可 用于加工淬火钢 合金钢 高锰钢 拎 硬铸 铁 镍基和钻基台金以及玻璃纤维 塑料夹层材料等非 金属材料 如 L T 5 5 A G2 A T6等即为这类材料 2 彝他物系陶瓷材料 1 S i N一 陶 瓷 这类陶 瓷与氧化铝 基陶瓷相 比具 有良好的耐热性和抗冲击性能 其耐热性高达 1 3 0 0 1 4 0 0 C 高于一般陶瓷可进行高速切削 其抗热冲击性 能比A1 O 陶瓷高 1 2 倍 有良好的抗崩刃性 因此 这 类陶 瓷不仅能进行谇硬 钢 拎 硬铸铁等材 料的精加 工和半精加工 而且还 可用于钢基硬质合金 镍基合 金 玻璃钢材料 的精加 工和部分粗加工 还可 用于一般 机械制遣 1 9 9 7年第 1 O期 T 6 7 争 陶瓷不能胜任的有硬皮铸件毛坯的切削 2 组合 s i N一 陶瓷 是 在 s i a N一 陶瓷 的基础 上 为 改 善其性能 对其晶界相进行强化而得到 的 如控制 原 料 一s i a N 并在 S i a N 一 基体中添加适量的金属碳化物 陶瓷 可使其抗弯强度提高 s o 抗冲击韧性和硬度 有明显提高 3 A 1 O a s N 系陶瓷材料 这种 陶瓷是 以硬 度高 抗振性 好的 s N 为硬 质 相 以 A1 Oa 为耐 密相经热压烧结 而成 呈单 相组织 常被称为 S Mo n陶瓷 它具有很 高的硬度和抗弯强度 其抗氧化能力 化学稳定性 抗蠕变能力和耐 磨性 都 比 s s N 高 因此有 良好的抗机械冲击性能 良好的高温 性能和耐热冲击能力 此 外 还有一种 S i N A1 O T i C的热 压 S i a l o n陶瓷刀具材 料 这类陶 瓷适 用于 软 硬基铁 基合 金 镍 基合金 钛合金 硅 铝合 金等材 料的 加工 4 新型陶瓷 刀具材料 除上述基 本类 型陶 瓷材 料之外 近 几年 通过 陶瓷 改性 增韧等方法研究开发了许多新型陶瓷刀具材料 比较有代表性的有晶须加强陶瓷及蓝电陶瓷等 品颓 加强 陶瓷 这类 陶瓷刀具中的长 S i C品须 增强了其韧性和导热率 比纯 A O 和混合 A1 O 高 得多 基体刀 片材料的高硬度再加上 S iC晶须的高强 度 使得晶须加强 A 1 O 陶瓷可加工热处理台金 钢 模 具钢 有焊接表层 表面硬化件厦硬铸铁等工件材料 如 美 国 Gr e e n L e a f公 司 生产 的 wG一 3 0 0晶 须加 强 A l t O 陶瓷 刀具 可车削 加工硬度 为 4 5 6 5 HR C的材 料 效 率为未豫 层硬质合 盒的 8倍 是棘层硬质合盒的 4 倍 目前 晶须加强 瓷所存在的同题是它不能有效 地切削 软的铁 紊体材 料 其解决方法之一是不用晶须 而采用相变增韧的陶瓷刀具材料 通过增加或减小能 量使分 子的结构 发生变化 2 蓝色陶瓷t 一般来说 热压陶瓷呈黑色 拎压陶 瓷呈 白色 但事 实井非 如此 如美国Va l e n l t e生产 了一 种冷 压的黑色 陶瓷刀具 另外 日本 的 Ky o c e r a工程 陶 瓷公司生产 的 AZ 5 0 0 0 A 1 Oa z r Ot 拎压 陶瓷刀具呈 蓝色 这是 因为加 入了特殊 的强化剂 这种 刀片 比该公 司以前 生产的 Al O 类陶瓷刀具硬度高 且比Al O Ti c热 压陶 瓷刀具的断 裂韧 性高 其抗 弯强度 可与 s i N 相 比 韧 性超过 了传 统的拎 压陶瓷刀 具 而 冲击 一 7 维普资讯 制造工艺 f o J 0 韧性埠有多 木变 这是由于该种刀 具材料晶粒尺寸 极其微小的缘故 它可在 8 3 8 2 3 m mi n 的遵度下车 削碗锕 合金钢及硬度为 3 8 H R C的工具钢 也 可在 1 8 3 9 4 m rai n的速度 下车 削灰铸铁 球墨 铸铁 及可 锻铸铁 3 O O HB 二 陶瓷刀具材料的选择及使用 1 陶 瓷刀具材料 的选择 目前 陶瓷刀 具材料种类数量繁多 物理一机 槭性 能变化较大 应用范围不断拓宽 给其合理选择带 来了 一 定 困难 而且 某一 类陶 瓷刀具材料 由于其成份及 物 一 机性 能的差 别 只 能适 用于某一范 围工件材 料的 加 工 困此 陶瓷刀具材 料的选择应根据 其成 份和性能 按加 工材 料特性和 加工要求 合理选择 不同类 型牌 号 的陶 瓷材料 以充分发 挥其效能 表 1 和表 2 分别给 出 了陶瓷刀具的选择及推荐应用条件 衰 l 陶瓷刃具的选 择 工件材料 工 序 第一选择 第二 选择 蛆车 热压 冷压 钢件 半精车 砖压 热压 3 5 HR C 芈精车 砖压 热 压 精 车 砖压 热 压 半精车 S i a l o n或热压 热 压或 S i l l o a 灰铸锤 粗 车 S i a l o a 热 压 粗铣 S i Mo n 热 压 精铣 S i Mo n 热 压 粗车 S i a l a a S iMo n 半精车 S i a l a n 热压 镇基合金 精车 热压 S a l a n 铣削 S i a lo n S a l o n 2 陶瓷 刀具的正确使用 除选择合理 陶瓷 材料 外 正确 使 用也 是陶 瓷刀具 能否充分发挥其性 能的关键 因素之一 通过 生产实践 的总结 陶 瓷刀具的正 确使 用应 注意 以下诸方面 1 采用尽 可能高的切削速 度及正 方 形或圆 形可 转位 刀片 2 推荐采用商刚性 高转速 大功率的机床 安全 夹紧装置及 刚性大 的工 件 对工序 数 目多或 加工 周期 短的工序应设计 机 床卡 盘和刹车装 置l 同 时机 床要有 较 高处理能力的切屑输送装置 3 采用陶瓷刀具时应注意加工膜序 在切 削刃的 切 入点 建议磨出倒棱或减小进给量 零 件上的空刀槽 及槽 型要适 合陶瓷刀具加工 4 合理确定切削参数 防止不正 确应 用 5 除某些情况外 用纯 A os 或混合 A o 陶瓷 刀具加 工高 温合金时应避 免使用玲却渡 表 2 陶瓷刃具的推荐应用条件 建 议 陶瓷种类 工件材料 蜘酎条 件 车 铣 断续车 氧化物陶瓷 帮 Al 2 锌铁 轻载超高建精加工 氧化物陶瓷 钢 高速小剜中等进皓精 3 5 H R C 加工 需 要高Il I 性 装 Ak O 3 7 a O 俦铁 置 无嚣辟却 中建到高连 剜中等 氧化硅 铸铁 进给的粗加工 加工过 系陶瓷 程中可厨也可不用降 却j 袁 娓台陶瓷 高 台叠 高速小进拮精加工 轻 津止钢 微断续切削 无需辟却 A I 2 0 3 T iC 淬止帱铣 涟 晶须加强 高龃合叠 中建到高建 习中等 淬止锕 进培的粗加工 也可连 A l 2 a 陶瓷 俦铁 行断续切刹 6 先应使甩陶 瓷刀具加工可切削性好的材料 如 灰铸铁 或碳 索锕 待 取得经验后 再着 手解决难 加工 材料或复杂工 件的加工 用陶瓷刀具加工的 毛坯材料要求材质均 匀 不 得有制造缺陷 如缩孔 变形 裂纹 金 相组织不均匀 等 8 应解决好陶瓷刀具 的斯屑问题 否卿切屑缠绕 在 工件 刀具上会导致 刀 口崩缺 通 常采 用刀片断 屑器 或 卷屑槽或 负侧棱 配合适当的切 逮及进 给量达到 稳 定可靠 断屑的目的 其 成功地应 用起着 重要 作用 一 方面应在生产 中 大 力推 广这 种高性能 高效率的加工刀具 另一方而必 须正确使 用和合理设计 参考文献 1 艾 萧虹 陶瓷刀具切削加工 北京 机械工业出版社 l 9 8 8 2 P a u h M No a k e r W h e n Ce r a mi c s Ma k e S e ine Ma n u t ur l n g En g ine e r i n g 1 9 9 3 3 陆l海钰 国外陶瓷刀具的发展与应用概况 刃具研究 1 9 9 6 2 垢辑和平 T 旬一 X 硬 质 合 金 可 转 位 立 铣 刀 日本 日立工具甚 司近年来推 出了一种 可转位硬质 合 叠 口立铣刀 井获 日本硬质