與硬金屬刀具相比测捐，全陶瓷刀具的加工效率可以提高八倍棵逊。

　　材料科學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)進步和繼續(xù)發(fā)展不斷促進對高難度工件加工的能力和效率急鳄。采用鎳基合金材料可以極大提高汽輪機的整體效用扛门。由鎳基合金材料構(gòu)成的單晶汽輪機斗輪配備有一個復(fù)雜的冷卻槽與陶瓷隔熱層系統(tǒng)鸠信，它將在高達1450℃的溫度條件下投入使用。這種獨特的機械和耐熱性能卻向機械加工提出了極大的要求论寨。僅在加工一件噴氣推進裝置上星立，就需耗用大約3000件轉(zhuǎn)位刀片，相對而言葬凳，對一輛轎車的制造绰垂，則平均卻只需耗用兩件轉(zhuǎn)位刀片。

實現(xiàn)更高的切削速度

　　鎳基合金材料的耐熱性高火焰、導(dǎo)熱性差劲装，因此可造成切削表面的溫度很高。這會促使切削材料變軟塘憨。由于在其微結(jié)構(gòu)中含有易磨損的碳化物卢女，在溫度和機械過負荷的情況下，刀具往往容易失靈士到。經(jīng)涂層的硬金屬刀具只在20m/min以下的切削速度作業(yè)時留绞，工作穩(wěn)定。各種試驗表明辰诱，通過采用陶瓷材料切削哩啼，切削速度有望提高30～50倍。關(guān)鍵性的因素是陶瓷具有優(yōu)越的耐熱性能拱缆。因此馒易，可以在切削流程中，把溫度提升到足夠高，使工件材料變軟砖军，變得容易被切削辱甫。由此可以跨入到高速切削（HSC）技術(shù)領(lǐng)域。與采用陶瓷材料的轉(zhuǎn)位刀片相匹配的銑刀在市場上已有供應(yīng)蒋令，這種刀具還可用在汽輪機斗輪的粗加工上锅锨。但是，出于設(shè)計方面的原因恋沃，刀具的最小規(guī)格仍有所限制。目前商用最小刀具的直徑為32mm必指。針對要求更小刀具直徑或復(fù)雜的切削輪廓面的加工任務(wù)囊咏，除了采用硬金屬刀具和HSS刀具之外，還可以采取研磨工藝和線切割工藝塔橡。

　　把現(xiàn)代陶瓷切削材料的切割能力引用到這些應(yīng)用場合上來梅割，已成為位于柏林的Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik（IPK）研究機構(gòu)的研究重點。早在2006年葛家，第一批陶瓷銑刀試驗樣品在Fraunhofer-Allianz高效陶瓷公司的“Cercut”項目中問世户辞。這些刀具在試驗性應(yīng)用中獲得了成功。鑒于刀具制造廠商和用戶予以的積極反響癞谒，聯(lián)合機構(gòu)將繼續(xù)向前推進業(yè)已展開的研發(fā)工作底燎。

推進全陶瓷刀具的研發(fā)

　　在2008年1月，“制造全陶瓷帶柄刀具工藝（Tech-Volk）”項目啟動弹砚。此后双仍，項目小組全力以赴地投入到對切削外形與應(yīng)用場合相適應(yīng)的全陶瓷銑刀的研發(fā)工作中。由于項目中的各合作單位都有各自不同的優(yōu)勢和工作重心虫棚，因此辽画，整個工藝流程環(huán)節(jié)可以得到通盤的考慮。從陶瓷坯料的生產(chǎn)黔琢、磨削策略應(yīng)用和磨削刀具的加工阀恳，直至現(xiàn)代化HSC加工中心對具體工件的切削應(yīng)用，工件材料的品種范圍涵蓋了鎳基鍛造合金（如Nimonic 90）和鑄造合金（如MAR M247）等寻癌。

　　為了能夠適應(yīng)復(fù)雜的HSC銑削工藝的負荷狀況薇榨，切削材料必須要滿足一些特殊的要求。切削過程中斷可導(dǎo)致刀刃邊緣很高的負荷變換和溫度波動酷匹。在一定的時間間隔中镇锣，刀刃可能不處于切入狀態(tài)，此時刀刃的表面溫度會比心層內(nèi)部的溫度更容易冷卻下來硼琢。由于存在熱膨脹狀態(tài)差異一宁，在刀具邊緣區(qū)域會形成拉應(yīng)力，從而很容易致使裂紋產(chǎn)生。陶瓷對拉應(yīng)力更為敏感距痪，因此允瞧，面對這種機理，陶瓷顯得尤為脆弱蛮拔。對于這種切削材料來說述暂，采用干式加工變得非常必要，因為冷卻潤滑將會加劇刀具的冷卻效果建炫，對刀具的使用狀態(tài)將造成額外的負面影響畦韭。采用經(jīng)碳化硅觸須強化的Al2O3和SiAlON，其內(nèi)部成分和結(jié)構(gòu)就決定了此類材料具有阻止裂紋生成肛跌、提高斷裂韌性的特點艺配。這兩種切削陶瓷材料作為轉(zhuǎn)位刀片，已經(jīng)被投放到市場上衍慎，并在使用中表現(xiàn)良好转唉。

　　給人希望的后續(xù)發(fā)展主要是指所謂的分級陶瓷的生產(chǎn)。對此稳捆，通過后續(xù)加工赠法，可以有針對性地改變這種材料的強度特性。如同鋼材通過淬火處理一樣乔夯，對陶瓷也可以制成耐磨性強的邊緣部位和不易斷裂的心層區(qū)域猴宾。

　　在全陶瓷研發(fā)過程之前，即對這兩種陶瓷材料作為轉(zhuǎn)位刀片的使用特性允纬，進行了分析铜部。其間，對材料的耐磨特性也進行了研究和評價氯也。通過在工件上進行力學(xué)測定并結(jié)合FEM模擬試驗猾晨，可以實現(xiàn)對刀具設(shè)計的詳細分析。從實際試驗中所獲得的認知與數(shù)字測定的負荷極限相輔相成饮估。由此肃径，可以識別出那些不利于陶瓷強度特性的負荷狀況。同時墙目，也考慮到了不同刀具形狀所具有的不同的自振動特性精者。通過對刀具和工藝流程的有針對性的設(shè)定，不僅可以極大降低刀具的磨損程度胰绢，提高使用壽命杰笛，而且也極大改善了工件表面的幾何形狀質(zhì)量。

　　對于一家研究結(jié)構(gòu)來說切省，很關(guān)鍵的一點便是它擁有得天獨厚的好條件最岗，即在自家的高精密磨床上制造刀具帕胆，隨后也在刀具測量設(shè)備上測量刀具，并在動力性強的HSC加工中心上對刀具進行測試般渡。由此可以達到很短的研發(fā)周期和對工藝流程的深度認知懒豹。

切削速度可達600m/min且工藝穩(wěn)定

　　以往的銑刀直徑為4～8mm。其外形輪廓適合于端面加工和圓周加工驯用。其間在雙刃外形的基礎(chǔ)上脸秽，也對最多擁有十刃的精細刀具進行了研制和測試。最大切削速度可達600m/min蝴乔，最大進給速度可達10000mm/min记餐，且工藝穩(wěn)定。為了測定陶瓷刀具的能力和經(jīng)濟性薇正，對陶瓷刀具和硬金屬刀具進行了對比性試驗剥扣。加工任務(wù)為銑槽，所選用刀具的直徑為4mm铝穷。在標準行程和單位時間的切削體積方面，對市場上常見的涂層和無涂層硬金屬刀具與所研發(fā)的陶瓷刀具進行了對比佳魔。迄今為止的結(jié)果表明讳蜂，采用全陶瓷銑刀的生產(chǎn)效率可以提高八倍。在這里惧仪，工藝流程的匹配至關(guān)重要两猛。僅僅依靠提高切削速度，并不能獲得真正的成功蠕艳。研究結(jié)果同時也表明椭肝，陶瓷刀具的潛力尚未得到充分發(fā)揮。

　　很高的工藝流程溫度造成切削下的材料粘附在刀具和工件上磺则。除了工件材質(zhì)和切削參數(shù)之外玩困，切削材質(zhì)也是非常重要的。目前正在探索有效避免切屑粘附的技術(shù)工藝牧俩。另一個工作重點在于對磨削加工對刀具邊緣質(zhì)量和表面質(zhì)量的影響的研究脉鼻。此外，通過流體研磨工序妨迈，促使刀具變得圓潤和平滑度姑。可以實現(xiàn)對刀片邊緣和表面特征的有針對性的調(diào)整呈枉。在項目的后續(xù)執(zhí)行中趁尼，除了繼續(xù)研發(fā)刀具的幾何外形、優(yōu)化刀具生產(chǎn)之外猖辫，特別要把刀具的使用和普及列為重中之重酥泞。

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