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1、40工具技术氮化硅陶瓷刀具的切削性能及其应用杜国臣 陈 营山东潍坊学院摘 要:阐述了氮化硅陶瓷刀具的切削性能及其在实际应用中应该注意的问题,为在机械加工行业中推广应用陶瓷刀具作了初步的探讨。关键词:氮化硅, 陶瓷刀具, 切削性能, 参数选择CuttingAbilityandApplicationofSi3N4CeramicCuttingToolsDuGuochenChenYingAbstract:ThecuttingabilityofSi3N4ceramiccuttingtoolsandthequestionsthat
2、weshouldpayattentiontoinpracticeusingarediscussedtoextendtheceramiccuttingtools’useinmechanicalmachiningindustry.Keywords:Si3N4,ceramiccuttingtools,cuttingability,parameterselection214 良好的断裂韧性1 引言断裂韧性值是评价陶瓷刀片抗破损能力的重要氮化硅(Si3N4)陶瓷刀具有很高的耐磨性、红硬指标之一,它与材料的组成、结构、工艺等因素有
3、关。性,可以进行高速切削、减少换刀次数及减少由于刀Si3N4系列陶瓷刀片的断裂韧性值优于其他系列陶具磨损而造成的尺寸误差。在数控机床、加工中心瓷刀片(达6～7MPam1/2),接近某些牌号的硬质合金线上应用具有更明显优势,大大提高了生产效率和刀片,因而具有良好的抗冲击能力,尤其在进行铣、产品质量。刨、镗削及其它断续切削时,更能显示其优越性。215 抗热震性强2 氮化硅陶瓷刀具的切削性能陶瓷材料的抗热震性是指其在承受急剧温度变211 高硬度化时,评价其抗破损能力的重要指标。Si3N4系列陶氮化硅陶瓷刀片的室温硬度值已超过
4、了最好的瓷刀片的抗热震性能指标△T,由于其强度高、热膨硬质合金刀片的硬度而达到9215～94HRA,这就大胀系数低而高达600～800℃,明显优于其它系列陶大提高了它的切削能力和耐磨性。它可以加工硬度瓷刀片(300～400℃),因而在高强度断续零件的毛高达65HRC的各类淬硬钢和硬化铸铁,免除退火加坯加工方面,显示出独特的优越性能。工所消耗的电力。其优良的耐磨性,不仅延长了刀3 氮化硅陶瓷刀具的实际应用具的切削寿命,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,尤其在用数虽然我国陶瓷刀具的研究水平不
5、比国外差,但控机床进行高精密连续加工时,可减少对刀误差和实际应用发展较慢。据有关资料报导,目前国内陶因磨损引起的不可预测的误差,简化刀具误差补偿。瓷刀具占总刀具使用量的比例不超过1%。氮化硅212 高强度陶瓷刀具是近年来才在生产中推广使用的一种新型目前氮化硅陶瓷刀片的抗弯强度已达到750～刀具。因此,不论在刀具的几何参数、切削用量以及1000Mpa,超过了高速钢,与普通硬质合金相当。使用技术方面,均缺乏成熟的经验。陶瓷刀具的实213 抗高温氧化性好际应用是一项需要综合各方面技术的系统工程,决氮化硅陶瓷刀片的耐热性和抗高
6、温氧化性特别不是只要买了陶瓷刀具换上就可以解决问题。加之好,即使在1200～1450℃切削高温时仍能保持一定陶瓷刀具本身所具有的物化特性、加工时的切削性的硬度和强度进行长时间切削,因此允许采用远远能与普通刀具有着相当大的差别,因此在应用时,必高于硬质合金刀具的切削速度实现高速切削。其切须考虑以下几个方面的问题。削速度比硬质合金刀具提高3～10倍,因而能大幅311 对机床的要求度提高生产效率。实验证明,在众多的陶瓷材料中,陶瓷刀具材料对冲击和振动载荷比较敏感。这Si3N4陶瓷具有最佳的耐热性。是陶瓷刀具材料在耐冲击和抗振
7、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收稿日期:2002年12月刀具寿命降低或崩刃的主要原因。其中除工件和刀©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.2003年第37卷№941具本身的刚性因素外,机床刚性愈小,则振动愈大,据;氮化硅陶瓷刀具的结构,主要是机夹可转位刀而刀具寿命也就愈低。这里需要特别指出,在分析具,所以必须结合其结构特点来考虑选择合理几何机床刚性时,一定要注意机床—工件—刀具工艺系参数。统刚性,而不是孤
8、立的一台机床的刚性,必须考虑工314 合理选择切削用量件、夹具、顶尖及刀具的刚性等。任何环节的刚性不合理选择切削用量,是充分发挥陶瓷刀具切削足都将大幅度地降低陶瓷刀具的切削性能和效率。性能的基本问题之一。切削用量直接影响加工生产实践证明,适于陶瓷刀具加工的机床必须具有良好率、加工成本、加工质量和刀具寿命。因为陶瓷刀具的刚性、足够的
