氮化硅陶瓷刀具切削性能及应用

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1、1引言           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、加工中心线上应用具有更明显优势，大大提高了生产效率和产品质量。       2氮化硅陶瓷刀具的切削性能      氮化硅陶瓷      图片由肯纳金属(Kennametal)提供      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的硬度而达到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，免除退火加工所

2、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，尤其在用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。      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。      抗高温氧化性好              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的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

3、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。      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6～7MPam?)，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。      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

4、抗破损能力的重要指标。Si3N4系列陶瓷刀片的抗热震性能指标DT，由于其强度高、热膨胀系数低而高达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。      3氮化硅陶瓷刀具的实际应用          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

5、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。       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。这里需要特别指出，在分析机床刚性时，一定要注意机床—工件—刀具工艺系统刚性，而不是孤立的一台机床的刚性，

6、必须考虑工件、夹具、顶尖及刀具的刚性等。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数。           分析国内目前机床情况可以看出，中型机床在精、半精加工时这三方面都基本满足要求。对淬硬钢或硬镍铸铁等难加工材料的加工，由于其选用的切削速度较低，即使采用陶瓷刀具来加工，其功率也是足够的，而在普通钢材或铸铁粗加工时往往这三方面都不容易满足。重型机床的刚性好，有足够的转速及功率，只要使用得当，在重型工件的加工中，采用陶瓷刀具的成功率往往比较高。      对被加工零件的要求 

7、            虽然陶瓷刀具对大多数铸、锻件不退火就能进行毛坯拨荒加工，但硬铸件毛坯上的严重夹砂和砂眼将会引起许多不必要的打刀，增加了陶瓷刀具的消耗。如果能在切削加工前对毛坯进行适当的处理，如切削前先用手砂轮对缺陷部分进行清理、修正，就会得到比较好的效果。            高速转动的高硬毛坯的任何一点毛边都有可能打坏陶瓷刀具，而从已车圆了的毛坯开始切削，却可以长期稳定地切削。因此对于那些硬度高而形状不规则的毛胚，应注意必须先倒角后再用陶瓷刀具切削。毛坯切入处的倒角，可避免陶瓷刀具刚接触工件时承受过大的冲击载荷。毛坯切出处的倒角，主要是为避免陶瓷刀具

8、切离零件时被留下的一圈料