用陶瓷刀具改變加工思路

陶瓷刀具非常適合加工淬硬鋼、耐熱合金或高溫合金。操作者往往錯誤地沿用硬質(zhì)合金的加工方式，他們需要解開這種“硬質(zhì)合金情結(jié)”，轉(zhuǎn)而考慮陶瓷刀具加工的特殊要求：根據(jù)加工材料選擇合適的刀片形狀以及機床、刀桿和夾具的剛性。

　　高溫是硬質(zhì)合金加工的主要敵人，因此，大部分操作者會降低切削速度并且增加進給率，當情況不好時會進一步降低主軸轉(zhuǎn)速。但是這種最適合硬質(zhì)合金的加工方式恰恰是陶瓷刀具加工中的最大禁忌，因為陶瓷刀具加工中遇到的大部分問題都是由于切削速度不足和進給率過大而導(dǎo)致的。

　　高溫對陶瓷的作用不同于硬質(zhì)合金。在切削過程中被切削的材料在刀具前刀面上的剪切區(qū)域被推離，切削熱也在此區(qū)域積聚。隨著切削速度的增加，剪切區(qū)域所產(chǎn)生的熱量無法在短時間內(nèi)被廢屑帶走，從而會形成高溫并產(chǎn)生軟化效應(yīng)。

　　硬質(zhì)合金的熔點約為1199℃，高溫很容易造成硬質(zhì)合金刀片基體的變形和損壞。所以降低切削速度往往就可以保證硬質(zhì)合金刀片的合理壽命。而陶瓷材料的熔點高達1999℃，因此，高速加工中產(chǎn)生的高溫對陶瓷刀片反而有利。陶瓷刀片的最合適的切削速度遠高于硬質(zhì)合金刀片的速度，高速切削時產(chǎn)生的高溫效應(yīng)會使被加工材料軟化，從而大大降低了切削時的阻力。因此，在同等條件下選擇相對于硬質(zhì)合金刀片來說更脆弱的陶瓷刀片，可以輕易達到硬質(zhì)合金刀片同樣的切削效果。有時使用陶瓷刀具可以把材料去除率從每分鐘數(shù)百英尺提高到每分鐘數(shù)千英尺。

　　合適的切削速度和進給率的搭配會在剪切區(qū)域制造一個理想的、適合陶瓷刀片的環(huán)境。但降低主軸轉(zhuǎn)速會使刀具產(chǎn)生火花——導(dǎo)致刀片和刀具的失效。

　　陶瓷刀片的材質(zhì)、涂層或非涂層，都是基于氮化硅或者氧化鋁的基體。氮化硅母基的陶瓷刀具一般具有良好的韌性，比較適用于可鍛鑄鐵、球墨鑄鐵以及其他難加工鑄鐵和高硬度合金的車、銑粗加工。以氮化硅為母基的陶瓷刀具除了非常適合加工鑄鐵之外，還適合加工硬度低于HRC65的鋼件材料，可應(yīng)用在車削軋輥以及因為速度太低而無法使用晶須增強型陶瓷的高溫合金加工中。在鑄鐵的車、銑加工時，1524m/min的表面線速度可以得到最經(jīng)濟的刀具壽命。

　　以氧化鋁為母基的陶瓷具有很好的耐磨損性，硬度適中，是最經(jīng)濟的陶瓷刀具材料，但應(yīng)避免應(yīng)用于斷續(xù)、碰撞或者高硬度材料的加工。氧化鋁基陶瓷多用于灰鑄鐵的半精加工和精加工。這種材質(zhì)的高耐壓強度使其非常適用于鑄鐵的鏜孔加工。但是以氧化鋁為母基的陶瓷抗熱沖擊性能比較差，因而不適合在加工中使用冷卻液。

　　新型的含有碳化硅（SiC）單晶體或晶須的增強型的氧化鋁母基陶瓷具有高熔點、高強度以及很好的化學(xué)穩(wěn)定性、抗磨損性和抗熱沖擊性．晶須提高了陶瓷材料的抗斷裂強度。

　　晶須增強型陶瓷月片很少像傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀片那樣出現(xiàn)毀滅性的瞬間破裂或毀壞，通常晶須增強型陶瓷刀片只會以一種可預(yù)見的損壞模式被逐漸地磨損。

　　晶須增強型陶瓷的強度比其他陶瓷材料更高，而且非常適合于加工高溫合金以及類似材料，如硬化鋼、高硬度的鑄鐵、等離子噴涂及焊接表層的加工等。如使用晶須增強型陶瓷加工高鎳合金，界面溫度可達到982℃，材料去除率可以達到硬質(zhì)合金刀具的10倍以上。晶須增強型陶瓷的高強度使得其非常適用于斷續(xù)車、銑加工以及沖模/模具的加工。

　　由于具有良好的抗熱沖擊性，晶須增強型陶瓷刀具可用于干切、濕切或斷續(xù)冷卻而不用擔心崩刀或者產(chǎn)生熱裂。

　　帶涂層的晶須增強型陶瓷非常適合那些需要較長刀具壽命的、連續(xù)的半精和精加工以及類似的輕度和中等強度加工。帶涂層的陶瓷刀具的壽命是非涂層陶瓷刀具的3倍，但不適用于惡劣條件下的加工，如銑削及斷續(xù)切削。

　　鈦金屬的加工不推薦使用陶瓷刀具，鈦的燃點很低，而陶瓷刀具加工中必然會產(chǎn)生高溫，這樣很容易引起火災(zāi)。

　　刀桿的剛性與機床的剛性同等重要。在高生產(chǎn)量的環(huán)境下，陶瓷刀片必須被裝夾在可以避免刀片產(chǎn)生微小移動的專門的刀桿上。在懸伸較長的車削中，刀桿的剛性顯得尤為重要。大懸伸在高速切削中更容易使刀桿產(chǎn)生微小的偏轉(zhuǎn)，而偏轉(zhuǎn)會導(dǎo)致振動而破壞陶瓷刀具。因此陶瓷刀片用刀桿的懸伸長度應(yīng)該盡量縮短，因為刀桿偏轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的力會隨懸伸的長度成立方倍數(shù)增長，也就是說如果其他條件不變，刀桿的懸伸增加1倍，刀桿的偏轉(zhuǎn)會增加到以前的8倍。

　　鏜孔刀桿通常比外圓車刀桿具有更大的長徑比，因此使用重金屬及硬質(zhì)合金鏜刀桿是合理的�？偟膩碚f，加工鎳基合金可以使用3倍長徑比的鋼制鏜刀或5倍長徑比的重金屬鏜刀(如重金屬防振刀桿)以及7倍長徑比的硬質(zhì)合金鏜刀。