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C 刀具应用

UTTING TOOLS APPLICATION

如低碳钢，低合金钢，不锈钢的精加工 ; 三是对 纳米 TiN 改性 TiC 基金属陶瓷刀具的基础
于有断续车削的精加工是否合适。 成分主要有 :TiC、TiN、WC、Ni、Co、Mo、C。
TiC、TiN 及 WC 是金属陶瓷刀具的硬质相，Ni
2.金属陶瓷刀具磨损的原因及对机床 为主要的粘结相，由于 Co 具有比 Ni 更高的韧性
的要求 和硬度，与硬质相润湿好，能减少合金孔隙度，

金属切削加工是工业生产中最基本、最广 故以 Co 取代部分 Ni 可使金属陶瓷具有高硬度和
泛、最重水平直接关系到机械加工的效率、产品 高强度的良好匹配。而 Mo 能显著改善液态金属
的质量和制造要的工艺，它直接影响工业生产的 对硬质相的润湿性，烧结时能抑制碳化物相晶粒
效率及成本消耗。金属切削刀具作为切削加工的 的长大，对烧结后金属陶瓷的性能影响也很大。
基础装备之一，其发展的成本，对机械制造技术 所制备的金属陶瓷刀片主要有三角形和正方形，
的发展速度起着关键性的作用。随着新刀具材料 该刀片主要用于车削加工。纳米改性金属陶瓷刀
如陶瓷、人造金刚石、立方氮化硼、涂层硬质合 具材料的力学性能介于 WC 基硬质合金和非金属
金等的相继出现，金属切削及刀具技术作为现代 陶瓷之间，其硬度比 WC 基硬质合金高，但比非
制造技术的基础工艺及装各也进入了以发展高速 金属陶瓷低 ; 而其抗弯强度则要比 WC 基硬质合
切削，开发新的切削工艺、加快刀具结构变革为 金低，高于非金属陶瓷。
特征的发展新阶段。 铸铁材料为脆性材料，切屑为崩碎切屑，切
通常刀具的失效形式分为磨损和破损两类。 削时冲击力大，切屑与前刀面的接触面积小，单
已有的研究表明，金属陶瓷刀具切削加工时的磨 位压力大，因此刀具易受冲击 ; 切削速度比钢低，
损与所加工的工件材料和切削条件密切相关，在 否则刀具会由于崩刃而不能使用。由不同刀具材
不同的切削条件下加工不同的工件材料时，占主 料的磨损对比试验结果表明 : 在所选切削条件下，
导地位的磨损机制有所不同。从根本上看，决定 纳米改性金属陶瓷刀具的切削性能不如 YG8 刀
金属陶瓷刀具磨损的主要原因是其力学性能和微 具好。纳米改性金属陶瓷刀具切削灰铸铁时，使
观结构。陶瓷材料所固有的脆性是导致其磨损的 用寿命不如切钢时高，纳米改性金属陶瓷刀具的
主要原因。从材料的微观结构上看，金属陶瓷刀 切削性能在切削铸铁时比 YGS 刀具材料切削性
具磨损的基本现象是材料的断裂及转移，因此， 能要差，因此纳米改性金属陶瓷刀具材料在加工
裂纹的形成与扩展对金属陶瓷刀具的磨损产生重 灰铸铁时优势不大。
要影响。由于金属陶瓷材料为复相结构，在晶界 由于纳米改性金属陶瓷刀具表现出较好的导
存在气孔和杂质等缺陷，并且各相之间存在热胀 热性能，因此这类刀具在加工不锈钢这类导热性
失配和弹性模量的差别。 差、韧性好的难加工工件材料时，也有很好的切
晶界气孔的存在会导致应力集中，气孔作为 削性能。在高速切削时表现出良好的切削性能，
裂纹源将诱导晶界裂纹，裂纹扩展至气孔时与气 因此纳米改性的 Ti(C, N) 基金属陶瓷刀具不失为
孔连接，其结果加速了裂纹的扩展。弹性模量与 一种理想的用于高速切削加工的刀具，而且随着
热胀失配产生的过大残余应力会导致材料在未受 此类刀具的强韧性的不断提高，使用范围会不断
载荷时就产生开裂，气孔率的增加使金属陶瓷刀 扩大。在纳米改性的金属陶瓷刀具的制备中，由
具的耐磨性能大大降低。 于纳米粉的添加量占整个材料成分的比例较少 ,
在常规材料中加入纳米粉体可制备出纳米复 因此刀具的成本提高不大，其性能价格比和未加
相陶瓷材料，同时可提高材料的强度和韧性。研 纳米的金属陶瓷刀具相比则有较大提高。
制的纳米改性金属陶瓷刀具材料，是添加 TiN 的 陶瓷刀具材料对冲击和振动载荷比较敏感。
Ti( C, N)基金属陶瓷， 其中TiN是纳米级的微粉。 新一代的陶瓷刀具材料虽然在耐冲击和抗振性方

·76· 第06期 数控机床市场