簡介： 金屬切削加工是工業生產中最基本、最廣泛、最重水平直接關系到機械加工的效率、產品的質量和制造要的工藝，它直接影響工業生產的效率及成本消耗。金屬切削刀具作為切削加工的基礎裝備之一，其發展的成本，對機械制造技術的發展速度起著關鍵性的作用。隨著新刀具材料如陶瓷、人造金剛石、立方氮化硼、涂層硬質合金等的相繼出現，金屬切削及刀具技術作為現代制造技術的基礎工藝及裝各也進入了以發展高速切削，開發新的切削工藝、加快刀具結構變革為特征的發展新階段。
　　
　　關鍵字：陶瓷刀具 夾具
　　
　　1 新型陶瓷刀具的切削性能
　　在切削過程中，判定刀具切削性能的優劣，往往從刀具切削部分的材料、兒何形狀和刀具結構方面進行分析，而刀具材料的分析則以傳統的硬質合金為主要的研究對象。隨著現代工業技術的不斷發展，傳統的硬質合金刀具很難勝任或根本無法實現對某些高強度、高硬度材料的加工，而陶瓷刀具由于具有很好的耐磨性、紅硬性，適干加工高硬材料。即使在1200～1350℃的高溫下仍能繼續切削，且與金屬親和力小，切屑不易粘刀，不易產生積屑瘤，加工表面粗糙度值小。它還可以進行高速切削，減少換刀次數和由于刀具磨損而引起的尺寸誤差，大大提高生產率和產品質量，因而受到人們的重視。
　　根據國外有關資料報道，陶瓷刀具在工業發達國家的發展應用非常快，有的已達到刀具總構成比的10%以上。美國用熱壓陶瓷刀具加工冷硬鑄鐵(HRC66)和高溫合金時，采用的切削用量很高( v=610m/min，ap=6mm，s=0.5mm/r) 大大地提高了生產率。我國雖然在陶瓷刀具的研究水平上不比外國差，但實際應用發展較慢，據1994年以前的有關材料報道，當時，國內陶瓷刀具占總刀具的比例不超過1%，與國外大量應用于汽車工業及數控機床的情況正好相反，還主要用于加工水泵、軋輥等硬質合金刀具難以切削工件的粗加工，在精密加工中應用比較少。
　　
　　早在20世紀70年代的中后期，清華大學就成功研制廠氮化硅(Si3N4)陶瓷刀具，并在國際上最先實現了 用熱壓(Si3N4)陶瓷刀具，對多種難加工材料(淬硬鋼、冷硬鑄鐵、熱介石墨，玻璃鋼等)進行多種工序(車、銑、螺紋車削、絲桿挑扣等)的加工應用，引起了國內外學術界的關注和興趣，美國科學雜志和其他國家的一些著名雜志都曾報道和肯定這一成果，如今，“清華方大”研制的復合氮化陶瓷刀具具有很高的硬度和強度，以及優良的耐磨性、紅硬性和抗氧化性。其陶瓷刀片的室溫硬度值達到HRA92.5～94 抗彎強度已達到750～1000MPa ，即使在1200～1450℃ 的切削溫度下仍然可以進行切削。切削速度比硬質合金提高3～10 倍，切削耐用度提高1O～100倍，切削效率提高3～10倍，可加工硬度高達HRC65的超硬材料，價格也比國外的便宜。清華方大的陶瓷刀片1991年曾獲北京國際博覽會金杯獎，其部分陶瓷刀片的牌號及性能列于上表。
　　　　
　　2 新型陶瓷刀具切削工件的優點
　　陶瓷刀具有許多優點，雖然所適應的加工材料及切削速度范圍要比一般硬質合金刀具大得多，但是，隨著被切削零件情況的變化，其切削性能也會出現較大的變化，因此，必須針對所切削零件的材料特性及結構情況來優選最佳的陶瓷刀片型號。目前，FD01陶瓷刀片已成為許多工廠粗加工各類高硬合金鑄鐵、冷硬鑄鐵的主要刀具，但是FD01陶瓷刀片在切削高硬合金鋼材料時，由于出現長切屑導致前刀面月牙洼磨損，使其崩刃。同時因為FD01不導電，不能用電火花線切割刀片的形狀，限制了使用范圍。在增加了碳化物及其它成分以后出現的FD03復合Si3N4陶瓷刀片，強度雖稍有降低，但耐磨性增加，因而適用于高速切削。為了適應精加工淬硬鋼件而研制的Al2O3-TiCN 金屬陶瓷刀片FD22，已達到了新的水平。用FD22金屬陶瓷刀片切削40Cr淬硬鋼時．耐用度大大優于其它陶瓷刀片。切削時間較長，磨鎖較少。例如：使用FD22金屬陶瓷刀具精車淬硬至HRC58～63的86CrMoV7鋼軋輥時，在v=60m/min、f=0.2mm/r和ap=0.8mm時，切削路程Lm15420m，加工表面粗糙度Ra1.6μm下，完全滿足以精車代粗磨的要求。因此，采用新型陶瓷刀具，能提高加工效率，大幅度節約加工工時及電力，可獲得較大的經濟效益，可節約大量貴重金屬W、Co及Ti等。而且傳統的硬質合金刀具的生產要消耗大量的地球上稀缺的戰略金屬W、Co、Ti等，而陶瓷刀具是以地殼中最豐富的元素硅(Si)等為原料，因此，陶瓷刀具具有廣闊的應用前景。
　　
　　3 新型陶瓷刀具的應用分析
　　由于陶瓷刀具具有耐用性、高硬度、化學穩定性好的性能，因此，適用于干切削加工鑄鐵和悴火鋼，以及適于現代高速切削工藝的要求。制造業是產生環境污染的主要根源，而利用現有刀具材料的優勢探索干切削新工藝，是未來金屬切削發展的趨勢之一。近年來，特別是工業發達國家，非常重視干式切削，為了貫徹環保政第，更是大力研究、開發和實施這種新型加工方法。長期以來，應用切削液一直是提高刀具壽命和加工質量的重要工藝因素，但也導致了生態環境的惡化，而且也增加了制造成本。根據美國企業的統計，在冷卻加工系統中，切削液占總成本的14%～16%，刀具成本占2 %～4%。因此，美國、德國、日本等經濟發達國家都非常重視干式加工的研究。據測，一般情況下，如減少切削液的使用可以節省10%～15%的加工成本。歐洲的工業界在大批量生產中，約有10～15%的切削加工已經采用了干式切削。因此，未來切削加工的發展方向是盡量少用切削液。干式切削刀具設計時，應該考慮刀具的幾何角度、刀具材料、刀片涂層等，而陶瓷和金屬陶瓷刀具具有耐熱性、高溫硬度、化學穩性好的特點，因此，適合于干式切削鑄鐵和淬硬鋼。隨著金屬切削技術的發展，零件的毛坯制造精度的提高，實現零件的少無切削加工已是現代制造技術的一種發展趨勢。采用陶瓷刀具可以實現以車代磨，減少工序，縮短工藝路線，提高生產率，特別是對一些滾動軸承內外環的加工效果更好。陶瓷刀具在使用和刃磨時，應根據工件材料與加工方式的不同，通過實驗，正確選擇陶瓷刀具牌號及刀具的幾何參數。一般選擇較大的刀尖圓弧半徑(r=1.2～2.0mm) ，較大的倒棱角度(25～35°)；刀刃一般采用人造金剛石砂輪，在普通工具磨床上刃磨，砂輪粒度可選18 0～240#，刀具刃口不能出現鋸齒口，刃磨粗糙度不低于Ra=1.6μm，用金剛石油石研磨膏修研，在高速大進給切削或沖擊力大的粗加工時，機床要有足夠的功率和剛性，刀具應修磨出負倒棱。陶瓷刀具切入被加工材料前要緩慢進給，防止初始崩刀。
　　　　　
　　4 結語
　　陶瓷刀具具有非常高的耐磨性，它比硬質合金有更好的化學穩定性，可在高速條件下切削加工并待續較長的時間，比用硬質合金刀具平均提高效率3～10 倍。它可以實現以車代磨、以銑代拋的高效“硬加工技術”以及“干切削技術”，提高零件加工表面質量。實現干式切削．對控制環境污染和降低制造成本有廣闊的應用前景。可以預見，新型陶瓷刀具對切削加工朝著高速、高效、高精度方向發展將產生很大推動作用，它的推廣應用將給金屬切削加工工藝帶來變革，改變傳統的刀具材料和切削技術，節省工時、電力、機床占用臺數和生產面積30%～70%，節省戰略性貴重金屬，從而帶來巨大的經濟效益。