氮化硅陶瓷刀具的性能

氮化硅陶瓷刀具的性能姓名：何健楠學(xué)號(hào)：3108007699摘要：氮化硅陶瓷材料是新型刀具材料，其優(yōu)良的切削性能解決了超硬材料的加工難題，它的使用提高了生產(chǎn)效率，降低了加工成本，有廣泛的應(yīng)用前景。本文介紹了氮化硅陶瓷刀具的切削性能、切削用量的選擇及應(yīng)用。關(guān)鍵字：氮化硅陶瓷刀具；切削加工；性能Abstract:Asanewtypetoolmaterial,theexcellentcapabilitiesofsiliconnitrideceramicscuttingtoolsraveloutmanycuttingproblemsofsuoerhardmaterials.Theuseofitimprovestheproductivityandreducesthecuttingcostgreatlylthasabroadforegroundofapplications.Thecuttingperformances,thechoicesofmachiningparaetersandtheusesofsiliconnitrideceramicscuttingtoolsareintroduced.Keywords:siliconnitrideceramicscuttingtools;machining.performanee0引言陶瓷刀具具有優(yōu)良的耐熱性、 耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性和高硬度，可以加工硬度高（約HRC65）的各種材料，在高速切削領(lǐng)域和難加工材料方面顯示了傳統(tǒng)刀具無法比擬的優(yōu)勢(shì)。一氮化硅（Si3N4）陶瓷刀具由于純Si3N4陶瓷刀具在切削長切屑金屬（如軟鋼）時(shí)極易產(chǎn)生月牙磨損，所以新一代Si3N4陶瓷刀具全是復(fù)合S3N4陶瓷刀具。（1）S3N4—TiC—Co復(fù)合陶瓷刀具其韌性好玩抗彎強(qiáng)度高于純 Si3N4陶瓷刀具，硬度略有升高；熱導(dǎo)率也比純S3N4陶瓷刀具高，所以在實(shí)際應(yīng)用中比較廣泛。（2） Si3N4晶須增韌陶瓷刀具通過在S3N4基體中加入一定量的碳化物晶須，從而提高陶瓷刀具的斷裂韌性。（3） S3N4—AI2Q—Y2Q復(fù)合陶瓷刀具以S3N4為硬質(zhì)相、Al2O3為耐磨相，并添加少量的助燒結(jié)劑，YO經(jīng)熱壓燒結(jié)而成，常稱賽?。╯ialon）二氮化硅陶瓷刀具的優(yōu)點(diǎn)1、 硬度高，一般為HRA93-94.因此耐磨性好.可加工傳統(tǒng)刀具難以加工或根本不能加工的高硬材料，例如硬度達(dá)HRC65的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵。因而可免除退火加工所消耗的電力；并因此也可提高工件的硬度，處長機(jī)器設(shè)備的使用壽命；2、不僅能對(duì)高硬度材料進(jìn)行粗、精加工，也可進(jìn)行銑 肖U、刨削、斷續(xù)切削和毛坯拔荒粗車等沖擊力很大的加工；

3陶瓷刀片切削時(shí)與金屬摩擦力小?切削不易粘接在刀片上?不易產(chǎn)生積屑瘤?加上可以進(jìn)行高速切削.所以在條件相同時(shí).工件表而粗糙度比較低。4、刀具耐用度比傳統(tǒng)刀具高幾倍甚至幾十倍，減少了加工 中的換刀次數(shù)，保證被加工工件的小錐度和高精度；5、耐高溫.紅硬性好.可在1200T切削.所以陶瓷刀具的切削速度可以比硬質(zhì)合金高很多。可進(jìn)行高速切削或?qū)崿F(xiàn)“ 以車、銑代磨”，切削效率比傳統(tǒng)刀具高3-10倍，達(dá)到節(jié)約工時(shí)、電力、機(jī)床數(shù)30—70%或更高的效果;6、氮化硅陶瓷刀具主要原料 是自然界很豐富的氮和硅?用它代替硬質(zhì)合金.可節(jié)約大量W,Co,Ta和Nb等重要的金屬。三氮化硅陶瓷刀具切削用量的選擇氮化硅陶瓷刀具具有良好的耐磨性和耐熱性，切削用量對(duì)刀具磨損的影響比硬質(zhì)合金刀具小。生產(chǎn)效率，保證加工質(zhì)量。(1)切削深度三氮化硅陶瓷刀具切削用量的選擇氮化硅陶瓷刀具具有良好的耐磨性和耐熱性，切削用量對(duì)刀具磨損的影響比硬質(zhì)合金刀具小。生產(chǎn)效率，保證加工質(zhì)量。(1)切削深度ap的選擇：可能選擇較大深度受機(jī)床功最大切削深度硬鋼時(shí)，一般疋-種切削性能優(yōu)良的刀具，合理的選擇切削用量，可以提高用陶瓷刀具加工的切削深度，以便在一次走刀后率和工藝系統(tǒng)剛性的限制，一般為2?6mm通常取ap>1.5mm都是半精加工或精加工，余量和時(shí)，為了縮短加工時(shí)間，應(yīng)盡切去大部分余量。由于切削粗加工鋼和鑄鐵時(shí)，允許的精加工時(shí)取ap<0.5mm；加工淬切削深度較小。當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性比較差時(shí)，應(yīng)選取較小的切削深度，否則容易引起振動(dòng)，使刀片破損(2)進(jìn)給量f剛性比較差時(shí)，應(yīng)選取較小的切削深度，否則容易引起振動(dòng)，使刀片破損(2)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。影響，精加工時(shí)還要受被加硬質(zhì)合金刀片低，所以進(jìn)給逐步增加。精車普通鋼和鑄進(jìn)給量主要受陶瓷刀片強(qiáng)度及工藝系統(tǒng)剛性的工表面粗糙度的影響。因?yàn)樘沾傻镀膹?qiáng)度比量也應(yīng)低些。一般可預(yù)選得小一些，通過實(shí)踐鐵，進(jìn)給量f選取為0.100.75mm/r;精加工選取f=0.05?0.25mm/r，端0.3mm/z。加工淬硬鋼時(shí)根據(jù)硬度不同而選0.3mm/r;端銑選取每齒進(jìn)給量，選取較小的銑時(shí)可選取每齒進(jìn)給量af=0.1取不同的進(jìn)給量，一般車削選取 f=0.1af=0.05?0.15mm/z。進(jìn)給量對(duì)刀具破損的影響比切削速度大進(jìn)給量，有利于防止或減少刀具的破損，因此的進(jìn)給量和盡可能高的切削速度。，對(duì)于陶瓷刀具應(yīng)選用較小(3)切削速度v的選擇：氮化硅陶瓷刀具適 于高速切削。對(duì)一定的工件材料，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,如因機(jī)床功率不足，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。應(yīng)當(dāng)適應(yīng) 減少進(jìn)給量，甚至是切削深度，以便提高切削速度。目前陶瓷刀具的切削 速度，雖然有的國家最高到1500r/min，但加工普通鋼和鑄鐵，大多數(shù)仍然采用v=200?600m/min；加工硬度V65HRC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。切削速度對(duì)切削屑形狀影響很大，特別在v=350?1500m/min范圍內(nèi)，往往可以獲得良好 的切削形狀，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，而使切屑易于清理。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，而且容易引起工藝系統(tǒng)的 振動(dòng)，使刀具發(fā)生崩刃。例如：在v<50m/min

時(shí)車削抗拉強(qiáng)無法切削。在料的性能，提采用干切削。大，產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致刀具 破損。使用復(fù)合氮化硅陶瓷刀具，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)WCo及Ti等時(shí)車削抗拉強(qiáng)無法切削。在料的性能，提采用干切削。大，產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致刀具 破損。使用復(fù)合氮化硅陶瓷刀具，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)WCo及Ti等［1］。度為800?850MPa的鋼材，陶瓷一定速度范圍內(nèi)高速切削時(shí)，切高陶瓷刀具的韌性，從而減少其而用陶瓷刀具斷續(xù)切削時(shí)，如果破損。刀具很容易發(fā)生崩刃，甚至削溫度的升高能改變工件材破損，所以一般陶瓷刀具均切削速度提高太多，溫差很加工工藝，提高加工效率，合金刀具所需要的貴重金屬四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)良的刀用中合理地選理幾何參數(shù)，命，精加工刀也具有較高的參數(shù)時(shí)，除要所特有的規(guī)律穩(wěn)定不發(fā)生崩化硅陶瓷刀具考慮選擇合理擇其幾何參數(shù)，仍然不能很好地是指能保證粗加工或半精加工刀具能保證加工出符合預(yù)定尺寸精刀具壽命相應(yīng)的刀具幾何參數(shù)?？紤]刀具的一般規(guī)律外，同時(shí)也。氮化硅陶瓷刀具是一種硬而脆刃仍然是選擇氮化硅陶瓷刀具合的結(jié)構(gòu)主要是機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，幾何參數(shù)。具，但是如果不能在使發(fā)揮其作用。所謂刀具的合具有較高的生產(chǎn)率和刀具壽度和表面質(zhì)量的工件，同時(shí)在選擇陶瓷刀具的合理幾何必須考慮某些屬于陶瓷刀具的刀具，如何保證其使用的理幾何參數(shù)的主要依據(jù)；氮所以必須結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來使用陶瓷刀具具有較為理想切削性能的刀具幾何參數(shù)為：前角ro=-8?-5o，后角a=2?8o，主偏角kr=15?45o，刃傾角￡s=-10?Oo，刀尖圓弧半徑r=0.6?0.9nm。五淡化陶瓷刀具的應(yīng)用高錳鋼（含錳量為11%?18%勺合金鋼）是一中常用的耐磨鋼，高錳鋼的原始硬度和屈服強(qiáng)度一45號(hào)剛相近，其強(qiáng)度較高。塑性大，韌性強(qiáng)，是一種難切削的材料。切削時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)下列問題：（1）切削時(shí)，蘇醒變形大，加工硬化嚴(yán)重，致使切削力很大，車削時(shí)的切削力比45號(hào)鋼要大60%（2）且學(xué)歷的增大時(shí)單位功率增大，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的熱量增多，而高錳鋼的熱導(dǎo)率查，容易導(dǎo)致切削區(qū)的溫度高，是刀具磨損嚴(yán)重，降低刀具的壽命。（ 3）高錳鋼塑性大，切削時(shí)容易形成屑瘤和鱗刺，表面質(zhì)量難以保證，而且膨脹系數(shù)大，在切削是的高溫下，容易膨脹和變形。氮化硅陶瓷刀具在加工高錳鋼時(shí)刀具耐用度是硬質(zhì)合金的 6倍，能避免在加工中換刀，造成加工表面出現(xiàn)刀痕。而且在高溫下 硬度也很高，抗彎強(qiáng)度變化小。氮化硅陶瓷刀具在高溫下仍保持高硬度和強(qiáng)度，使它能容易加工高硬度的鋼、高強(qiáng)度鋼等難加工的材料。氮化硅陶瓷刀具材料的化學(xué)惰性大，與被加工材料的金屬親合力小，具有良好的抗粘結(jié)性和抗氧化性，一幫不會(huì)發(fā)生擴(kuò)散磨損，其摩擦系數(shù)低，切削過程中不易發(fā)生積屑瘤，能夠改善被加工表面的粗糙度，提高工件的表面質(zhì)量⑶。六結(jié)語陶瓷刀具材料是一種非常有前