1 引言

　　氮化硅(Si3N4)陶瓷刀具有很高的耐磨性、紅硬性，可以進(jìn)行高速切削摔竿、減少換刀次數(shù)及減少由于刀具磨損而造成的尺寸誤差。在數(shù)控機(jī)床少孝、加工中心線上應(yīng)用具有更明顯優(yōu)勢继低，大大提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

　　2 氮化硅陶瓷刀具的切削性能

　　高硬度

　　氮化硅陶瓷刀片的室溫硬度值已超過了最好的硬質(zhì)合金刀片的硬度而達(dá)到92.5～94HRA 韭山，這就大大提高了它的切削能力和耐磨性郁季。它可以加工硬度高達(dá)65HRC 的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵，免除退火加工所消耗的電力腻危。其優(yōu)良的耐磨性弹双，不僅延長了刀具的切削壽命，而且還減少了加工中的換刀次數(shù)雇法，從而保證切削工件時(shí)的小錐度和高精度战辨，尤其在用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行高精密連續(xù)加工時(shí)，可減少對刀誤差和因磨損引起的不可預(yù)測的誤差嗜吉，簡化刀具誤差補(bǔ)償莱火。

　　高強(qiáng)度

　　目前氮化硅陶瓷刀片的抗彎強(qiáng)度已達(dá)到750～1000Mpa ，超過了高速鋼熄自，與普通硬質(zhì)合金相當(dāng)驻碟。

　　抗高溫氧化性好

　　氮化硅陶瓷刀片的耐熱性和抗高溫氧化性特別好仪从，即使在1200～1450℃切削高溫時(shí)仍能保持一定的硬度和強(qiáng)度進(jìn)行長時(shí)間切削，因此允許采用遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硬質(zhì)合金刀具的切削速度實(shí)現(xiàn)高速切削卸禽。其切削速度比硬質(zhì)合金刀具提高3～10倍潜狭，因而能大幅度提高生產(chǎn)效率。實(shí)驗(yàn)證明洪稿，在眾多的陶瓷材料中谭央，Si3N4陶瓷具有最佳的耐熱性。

　　良好的斷裂韌性

　　斷裂韌性值是評價(jià)陶瓷刀片抗破損能力的重要指標(biāo)之一疟位，它與材料的組成瞻润、結(jié)構(gòu)、工藝等因素有關(guān)甜刻。Si3N4系列陶瓷刀片的斷裂韌性值優(yōu)于其他系列陶瓷刀片(達(dá)6～7MPam?) 绍撞，接近某些牌號的硬質(zhì)合金刀片，因而具有良好的抗沖擊能力罢吃，尤其在進(jìn)行銑楚午、刨、鏜削及其它斷續(xù)切削時(shí)尿招，更能顯示其優(yōu)越性矾柜。

　　抗熱震性強(qiáng)

　　陶瓷材料的抗熱震性是指其在承受急劇溫度變化時(shí)，評價(jià)其抗破損能力的重要指標(biāo)就谜。Si3N4 系列陶瓷刀片的抗熱震性能指標(biāo)DT 怪蔑，由于其強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低而高達(dá)600～800℃丧荐，明顯優(yōu)于其它系列陶瓷刀片(300～400℃) 缆瓣，因而在高強(qiáng)度斷續(xù)零件的毛坯加工方面，顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性能圣辩。

　　3 氮化硅陶瓷刀具的實(shí)際應(yīng)用

　　雖然我國陶瓷刀具的研究水平不比國外差啼厌，但實(shí)際應(yīng)用發(fā)展較慢。據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)匆罗，目前國內(nèi)陶瓷刀具占總刀具使用量的比例不超過1%终于。氮化硅陶瓷刀具是近年來才在生產(chǎn)中推廣使用的一種新型刀具。因此记辖，不論在刀具的幾何參數(shù)禁脏、切削用量以及使用技術(shù)方面，均缺乏成熟的經(jīng)驗(yàn)苗圃。陶瓷刀具的實(shí)際應(yīng)用是一項(xiàng)需要綜合各方面技術(shù)的系統(tǒng)工程谣泄，決不是只要買了陶瓷刀具換上就可以解決問題。加之陶瓷刀具本身所具有的物化特性、加工時(shí)的切削性能與普通刀具有著相當(dāng)大的差別褂圣，因此在應(yīng)用時(shí)去园，必須考慮以下幾個(gè)方面的問題。

　　對機(jī)床的要求

　　陶瓷刀具材料對沖擊和振動(dòng)載荷比較敏感懊悯。這是陶瓷刀具材料在耐沖擊和抗振性方面的最大弱點(diǎn)简烘。機(jī)床—工件—刀具工藝系統(tǒng)剛性弱是促使陶瓷刀具壽命降低或崩刃的主要原因。其中除工件和刀具本身的剛性因素外定枷，機(jī)床剛性愈小，則振動(dòng)愈大届氢，而刀具壽命也就愈低欠窒。這里需要特別指出，在分析機(jī)床剛性時(shí)退子，一定要注意機(jī)床—工件—刀具工藝系統(tǒng)剛性岖妄，而不是孤立的一臺(tái)機(jī)床的剛性，必須考慮工件寂祥、夾具荐虐、頂尖及刀具的剛性等。任何環(huán)節(jié)的剛性不足都將大幅度地降低陶瓷刀具的切削性能和效率丸凭。實(shí)踐證明福扬，適于陶瓷刀具加工的機(jī)床必須具有良好的剛性、足夠的功率和高的轉(zhuǎn)數(shù)惜犀。

　　分析國內(nèi)目前機(jī)床情況可以看出铛碑，中型機(jī)床在精、半精加工時(shí)這三方面都基本滿足要求势纺。對淬硬鋼或硬鎳鑄鐵等難加工材料的加工赦锰，由于其選用的切削速度較低，即使采用陶瓷刀具來加工演茂，其功率也是足夠的灼址，而在普通鋼材或鑄鐵粗加工時(shí)往往這三方面都不容易滿足。重型機(jī)床的剛性好件银，有足夠的轉(zhuǎn)速及功率肤轿，只要使用得當(dāng)，在重型工件的加工中轨来，采用陶瓷刀具的成功率往往比較高肢抚。

　　對被加工零件的要求

　　雖然陶瓷刀具對大多數(shù)鑄、鍛件不退火就能進(jìn)行毛坯撥荒加工基霞，但硬鑄件毛坯上的嚴(yán)重夾砂和砂眼將會(huì)引起許多不必要的打刀别主，增加了陶瓷刀具的消耗。如果能在切削加工前對毛坯進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚缜邢髑跋扔檬稚拜唽θ毕莶糠诌M(jìn)行清理色罚、修正碰缔，就會(huì)得到比較好的效果。

　　高速轉(zhuǎn)動(dòng)的高硬毛坯的任何一點(diǎn)毛邊都有可能打壞陶瓷刀具戳护，而從已車圓了的毛坯開始切削金抡，卻可以長期穩(wěn)定地切削。因此對于那些硬度高而形狀不規(guī)則的毛胚腌且，應(yīng)注意必須先倒角后再用陶瓷刀具切削梗肝。毛坯切入處的倒角，可避免陶瓷刀具剛接觸工件時(shí)承受過大的沖擊載荷铺董。毛坯切出處的倒角巫击，主要是為避免陶瓷刀具切離零件時(shí)被留下的一圈料邊打壞。

　　機(jī)床與被加工零件的情況要匹配精续，避免“小馬拉大車”等現(xiàn)象坝锰。

　　氮化硅陶瓷刀具合理幾何參數(shù)的選擇

　　雖然氮化硅陶瓷刀具是一種切削性能優(yōu)良的刀具，但是如果不能在使用中合理地選擇其幾何參數(shù)重付，仍然不能很好地發(fā)揮其作用顷级。所謂刀具的合理幾何參數(shù)，是指能保證粗加工或半精加工刀具有較高的生產(chǎn)率和刀具壽命涵店，精加工刀具能保證加工出符合預(yù)定尺寸精度和表面質(zhì)量的工件裁国，同時(shí)也具有較高的刀具壽命相應(yīng)的刀具幾何參數(shù)。

　　在選擇陶瓷刀具的合理幾何參數(shù)時(shí)卫跺，除要考慮刀具的一般規(guī)律外奇巍，同時(shí)也必須考慮某些屬于陶瓷刀具所特有的規(guī)律。氮化硅陶瓷刀具是一種硬而脆的刀具债烹，如何保證其使用的穩(wěn)定可靠含罪、不發(fā)生崩刃仍然是選擇氮化硅陶瓷刀具合理幾何參數(shù)的主要依據(jù);氮化硅陶瓷刀具的結(jié)構(gòu)，主要是機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具闪侨，所以必須結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來考慮選擇合理幾何參數(shù)惠服。

　　合理選擇切削用量

　　合理選擇切削用量，是充分發(fā)揮陶瓷刀具切削性能的基本問題之一挑明。切削用量直接影響加工生產(chǎn)率断猩、加工成本、加工質(zhì)量和刀具壽命沪翔。因?yàn)樘沾傻毒呔哂杏捕雀叻玖觥⒛湍バ院谩⒛蜔嵝愿叩葍?yōu)點(diǎn)以及脆性較大潮瓶、強(qiáng)度較低等缺點(diǎn)陶冷，所以必須充分考慮這些特點(diǎn)來選擇合適的切削用量，以達(dá)到提高生產(chǎn)率、保證加工質(zhì)量的目的埂伦。

　　切削深度ap的選擇

　　用陶瓷刀具加工時(shí)煞额，為了縮短加工時(shí)間，應(yīng)盡可能選擇較大的切削深度沾谜，以便在一次走刀后切去大部分余量膊毁。由于切削深度受機(jī)床功率和工藝系統(tǒng)剛性的限制，一般粗加工鋼和鑄鐵時(shí)基跑，允許的最大切削深度為2～6mm 婚温，通常取ap>1.5mm;精加工時(shí)取ap<0.5mm;加工淬硬鋼，一般都是半精加工或精加工媳否，余量和切削深度較小缭召。當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性比較差時(shí)，應(yīng)取較小的切削深度逆日，否則容易引起振動(dòng)，使刀片破損辐菩。

　　進(jìn)給量f的選擇

　　合理選擇進(jìn)給量是成功應(yīng)用陶瓷刀具的關(guān)鍵芭贬。進(jìn)給量主要受陶瓷刀片強(qiáng)度及工藝系統(tǒng)剛性的影響，精加工時(shí)還要受被加工表面粗糙度的影響处膛。

　　因?yàn)樘沾傻镀膹?qiáng)度比硬質(zhì)合金刀片低坚呜，所以進(jìn)給量也應(yīng)低些。一般可預(yù)選得小一些胆抓，通過實(shí)踐逐步增加闸虹。精車普通鋼和鑄鐵，進(jìn)給量f 取為0.10～0.75mm/r ;精加工取f=0.05～0.25mm/r 辽察，端銑時(shí)可取每齒進(jìn)給量af=0.1～0.3mm/z敌痴。加工淬硬鋼時(shí)隨硬度不同而選取不同的進(jìn)給量，一般車削取f=0.1～0.3mm/r ; 端銑取每齒進(jìn)給量af=0.05 ～0.15mm/z腰步。進(jìn)給量對刀具破損的影響比切削速度大溪臊，選取較小的進(jìn)給量，有利于防止或減少刀具的破損堆鸦，因此镊鹊，對于陶瓷刀具應(yīng)選用較小的進(jìn)給量和盡可能高的切削速度。

　　切削速度v的選擇

　　氮化硅陶瓷刀具適于高速切削烛芬。對一定的工件材料隧期，切削速度主要受機(jī)床功率限制。結(jié)合已選定的切削深度ap和進(jìn)給量f赘娄，如因機(jī)床功率不足仆潮，而使切削速度選得過低，則不僅不利于發(fā)揮陶瓷刀具的優(yōu)越性，而且容易發(fā)生崩刃鸵闪。應(yīng)當(dāng)適應(yīng)減少進(jìn)給量檐晕，甚至是切削深度，以便提高切削速度蚌讼。目前陶瓷刀具的切削速度辟灰，雖然有的國家最高到1500m/min ，但加工普通鋼和鑄鐵篡石，大多數(shù)仍然采用v=200～600m/min ; 加工硬度<65HRC 的鋼材時(shí)v=60～200/min ;銑削一般鋼和鑄鐵時(shí)v=200～500m/min ;銑削耐熱合金v=100～250m/min芥喇。

　　切削速度對切削屑形狀影響很大，特別在v=350～1500m/min 范圍內(nèi)凰萨，往往可以獲得良好的切削形狀继控，如在高速車削淬硬鋼時(shí)，可能形成酥化的易于碎斷的假帶狀切屑笤碍，而使切屑易于清理况饥。用陶瓷刀具作低速切削時(shí)，不但與硬質(zhì)合金刀具的切削性能相近支赖，而且容易引起工藝系統(tǒng)的振動(dòng)荸冒，使刀具發(fā)生崩刃。例如:在v<50m/min 時(shí)車削抗拉強(qiáng)度為800～850Mpa的鋼材访跪，陶瓷刀具很容易發(fā)生崩刃扬饰，甚至無法切削。在一定速度范圍內(nèi)高速切削時(shí)化威，切削溫度的升高班跟，能改變工件材料的性能，提高陶瓷刀具的韌性肪误，從而減少其破損板径，所以一般陶瓷刀具均采用干切削。而用陶瓷刀具斷續(xù)切削時(shí)郎闹，如果切削速度提高太多朝刊，溫差很大，產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致刀具破損蜈缤。

　　4 結(jié)語

　　使用復(fù)合氮化硅陶瓷刀具拾氓，可以解決難加工材料的切削加工問題，改變傳統(tǒng)的機(jī)械加工工藝底哥，提高加工效率咙鞍，節(jié)約工時(shí)及電力，同時(shí)可節(jié)約大量的生產(chǎn)硬質(zhì)合金刀具所需要的貴重金屬W趾徽、Co及Ti等续滋，因此推廣和應(yīng)用新型陶瓷刀具具有廣闊的發(fā)展前景翰守。

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