陶瓷刀具在机械加工中的应用.doc

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1、陶瓷刀具在机械加工中的应用导读：陶瓷作为继高速钢，硬质合金，涂层硬质合金刀具之后的一种高硬度刀具材料；陶瓷刀具的材料已有氧化铝—金属系陶瓷、氧化铝—碳化物陶瓷、氧化铝—碳化物金属陶瓷、氧化铝—氮化物金属陶瓷及最新研究成功的氮化硼陶瓷（即CBN刀具）。正如，华菱超硬材料工程师所言，从材料学角度讲，陶瓷刀片包含超硬刀具中的立方氮化硼刀片，从金属切削角度，立方氮化硼刀片性能又比传统陶瓷刀片性能高出一个数量级，和金刚石刀具统称为超硬刀具。毋庸置疑，随着数控机床加工及自动化生产线的普及，陶瓷刀片和涂层硬质合金刀片，超硬刀具（立方氮化硼和金刚石刀具）将成为以后刀具市场的主流。国内

2、外陶瓷刀具的发展1，从陶瓷刀具的研发技术角度来讲：日本陶瓷刀片在产品种类、产量及质量上均具国际先进水平。美国在氧化物—碳化物—氮化物陶瓷刀具研制开发方面一直占世界领先地位。我国陶瓷刀具开发应用也取得了许多重大成果。我国从1953年开始研制和使用陶瓷刀具，南京电瓷厂与中科院冶金陶瓷研究所、一机部工具研究所、山东工业大学、上海硅酸盐研究所、清华大学等单位，先后研制出氧化铝陶瓷，氧化铝＋碳化物陶瓷和氮化硅基陶瓷，使陶瓷刀片的性能和质量均大大提高。2，从陶瓷刀具的应用技术来讲：日本年产陶瓷刀片350万片，占可转位刀具刀片的9％，欧洲工业发达的国家，陶瓷刀片的生产量以每年20％

3、的速度增长，尤其在汽车制造业中使用的比例最大，如联邦德国科隆福特汽车厂，在27万刀片中陶瓷刀片为9万多片，占34％。用于数控机床的刀具中，陶瓷刀片占40％左右。美国福特汽车公司陶瓷刀具使用量占到40％；苏联年产陶瓷刀片达50―60万片；在我国，陶瓷刀具目前主要应用于硬质合金刀具很难加工的领域，如石家庄水泵厂加工耐磨铸铁和硬镍铸铁，在车加工工序60％是陶瓷刀具，年消耗量1万片以上；成都量具刃具厂每年用陶瓷刀具来加100万支钻头毛坯外圆。据统计，全国每年生产陶瓷刀片几十万片以上。但是只有很少部分用于汽车和航天航空领域的高速切削中，这与我国机械制造领域的现状和工业母机现代化

4、的普及率有关，不过，目前来看，氧化铝基刀具牌早已有20多个，氮化硅基已有10多个牌号，立方氮化硼刀具，以我国华菱超硬材料公司为例，立方氮化硼刀具有将近12个牌号，这些已经涵盖了普通钢、铸铁、淬硬钢、高锰钢、镍基高温合金、粉末冶金烧结件、玻璃钢和各种工程塑料等难加工材料。陶瓷刀具的性能优势硬质合金刀片的硬度在89~94HRA，相当于71~76HRC，对于HRC40以上的淬火钢加工时硬质合金刀片容易烧刀造成磨损块且加工效率低，陶瓷刀片由于脆性太大、容易崩刀，PCBN刀具的硬度一般为HV3000~5000，精HV硬度换算HRC相当于HRC95-100，对于HRC50以上高硬

5、度淬火工件高速加工降低成本来讲最为经济划算。目前，PCBN刀具经黑色金属加工领域，是耐磨性最高的刀具材料，经过论证，立方氮化硼刀片的寿命一般是硬质合金刀片和陶瓷刀片的几倍到几十倍，而且随着研究的进步，PCBN刀具适应各种高硬度复杂材料的加工，华菱HLCBN新研制的PCBN刀具牌号BN-K10，可以加工HRC70以上硬度的碳化钨，在国内尚属首例；但同时，PCBN刀具相对于硬质合金材料刀片，其脆性大是不争的事实，针对立方氮化硼刀片硬而脆的弱点，华菱超硬HLCBN曾推出的适合断续切削和重载粗加工立方氮化硼刀片牌号，以华菱超硬BN-S20牌号数控刀片为例，它不仅可以断续切削淬

6、硬钢，也可以大余量切除工件的淬硬层，但前提是并没有牺牲刀具的耐磨性，这是与市场上的PCBN刀具最大的不同。随着各种新型的难加工材料在产品中大量应用，传统的硬质合金刀具已难以满足生产需要，而陶瓷刀具则以其优异的耐热性、耐磨性、良好的化学稳定性和高性价比而受到了人们的青睐。尤其是在高速切削领域和难加工材料方面，显示出了传统刀具无法比拟的优势。因此，“随着现代陶瓷刀具材料性能的不断改进，今后它将与涂层硬质合金刀具、金刚石和立方氮化硼等超硬刀具一起成为高速切削、干切削和硬切削的三种主要刀具。陶瓷刀具的种类及使用：氧化铝（Al2O3）基陶瓷具有良好的耐磨性、耐热性，且其高温化学

7、稳定性好，不易与铁元素之间发生相互扩散或化学反应，其耐磨性和耐热性均高于氮化硅（Si3N4）基陶瓷刀具，所以Al2O3基陶瓷刀具的应用范围最广，适于对钢材、铸铁及其合金的高速切削加工；加工钢优于Si3N4基陶瓷刀具；但它不宜用来加工铝合金、钛合金和钽合金，否则容易产生化学磨损。　　氮化硅（Si3N4）基陶瓷刀具的断裂韧性和抗热振性高Al2O3基陶瓷刀具，最适于断续加工铸铁和高温合金等材料，一般不宜用来加工产生长切屑的钢材（如正火和热轧状态），用Si3N4基陶瓷刀具切削45号钢时的刀具磨损比切削灰铸铁时高得多。赛阿龙（Sialon）陶瓷最适于加工各种铸