数控陶瓷刀具的合理化选用方法

　　进入21世纪以来，随着制造技术的全球化趋势，制造业的竞争更加激烈，对制造技术必然带来巨大挑战，首当其冲的是切削刀具的变化，主要体现在刀具的切削性能大幅度提高，以适应高速、高效、高精度、多功能、硬质和干式切削技术要求。但国内很多工厂企业仍然习惯地按普通机床用刀具模式来选择数控刀具材料，造成切削加工生产率低下、切削加工成本增加，致使对数控机床大量投资并未达到预期效果。随着我国加入WTO，且世界模具制造业有向亚洲及我国转移的趋势，我国要成为制造业大国和强国，如何正确选用刀具、充分发挥刀具的性能，显得格外重要。数控陶瓷刀具因其良好的切削性能，已广泛应用于钢、铸铁及其合金和难加工材料的切削加工。

1．陶瓷刀具的性能特点

　　(1)硬度高、耐磨性能好其硬度达到93~95HRA，最佳切削速度可比硬质合金刀具高2～10倍，所以可用于高速切削和硬切削。

　　(2)耐高温、耐热性好陶瓷刀具在1200℃以上仍能进行切削，Al₂O₃陶瓷刀具抗氧化性能特别好，所以陶瓷刀具能实现干切削，省去切削液，更有利于环境保护。

　　(3)化学稳定好陶瓷刀具不与金属产生粘结，可减小刀具的粘结磨损。

　　(4)摩擦系数小可降低切削力和切削温度。

　　(5)原料丰富陶瓷刀具的主要原料Al₂O₃、SiO₂、碳化物等是地壳中最丰富的元素，价格低，对发展陶瓷刀具十分有利。

2．陶瓷刀具材料的合理选用

　　陶瓷刀具具有良好的切削性能，应用十分广泛。但陶瓷刀具不是万能的，不同种类的陶瓷刀具有着不同的应用范围。

　　(1)A1203基陶瓷刀具的选择Al₂O₃ 基陶瓷刀具具有良好的耐磨性、耐热性，高温化学稳定性好，不易与铁元素发生相互扩散或化学反应，可用于对钢、铸铁及其合金的切削加工。但因其含有铝、钛(TiC)元素，用这类刀具加工钛及其合金或铝及其合金时存在较大的亲和力，所以不适合于加工铝和钛及其合金。同时由于在高温下(超过1170℃时)，陶瓷会产生相变，使陶瓷表面产生了张应力，从而诱发裂纹的产生与扩散，导致磨损的加剧，所以Al₂O₃ 基陶瓷刀具不适合于温度较高的高速或超高速成形切削。

　　(2)Si₃N₄基陶瓷刀具的选择Si3N。基陶瓷刀具的断裂韧度和热裂性高于Al₂O₃ 基陶瓷刀具，在铸铁和镍基合金的切削加工中得到广泛应用。但由于Si3N。和Fe之问存在较大亲和力以及Si和Fe之间的相互扩散，Si₃N₄ 基陶瓷刀具不适合纯铁和碳钢等材料的高速切削。

3．陶瓷刀具几何角度的正确选择

　　(1)前角γ₀和倒棱尺寸的选择陶瓷刀具材料抗压强度高，故陶瓷刀具一般采用负前角进行切削，通常随工件材料硬度的不同，前角γ₀ =-5°～10°。而陶瓷刀具脆性相对较大，为了强化切削刃，一般需要磨出负倒棱。对于一般钢和铸铁的连续切削，可取较小的倒棱角和宽度，通常取b_γ 1=0.1～0.2mm、γ₀₁ <-20°；加工高硬度材料时多取b_γ 1 =0.2—0.3mm、γ₀₁=-20°～-30°。表1为陶瓷刀具在切削加工中的应用实例。

　　(2)后角α₀的选择陶瓷刀具的后角一般为α₀ =5° ～12° 。车削高硬度铸铁和淬硬钢时，由于高硬度的工 件对刀具后刀面的摩擦较大，如果选取用后角太小，刀具会迅速磨损甚至崩刃，因此一般选择较大的后角，α₀ =8°~10°；端铣淬硬钢时，为了保证刀具切削刃的强度和防止刀具破损，一般选择较小的后角，α₀ =5°~6°。

　　(3)主偏角圮。的选择主偏角Kr的大小主要根据工艺系统的刚度来选择，其原则是有利于减小振动，一般为Kr =30°~75°。车削细长轴时，为了减小背向力F。和变形，应选择较大的主偏角Kr =45°~75°；加工各种喷涂和喷焊材料时，为了减小刀具磨损，增加切削刃与加工面的接触宽度，改善散热条件，应选择较小的主偏角Kr  =25°～30°。

　　(4)刃倾角λ_s 的选择陶瓷刀具加工钢和铸铁，尤其是切削高硬度材料和断续切削时，均采用负刃倾角，一般为λ_s =0°~-10°。