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C 刀具应用

UTTING TOOLS APPLICATION

金属陶瓷材料异军突起

切削加工刀具挑战未来 ( 下 )

■ 文 / 肖永清

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3.金属陶瓷刀的发展是切削加工领域
的又一次革命
陶瓷材料是 21 世纪最有希望、最有竞争力
的刀具材料，它的发展将有可能引起切削加工领
域的又一次革命。虽然人们在尝试过程中获得了
一些经验，但还需要进一步试验拓宽加工材料的
品种，只有掌握好陶瓷刀具的性能，才能更好地
应用于高温合金的加工。
在航空发动机制造行业， 材料性能不断提升，
难加工材料（高温合金）的数控加工技术已经成
为行业内普遍关注的问题。陶瓷刀具材料具有硬 使切削热量不断聚积，切削区温度升高，软化切
度高、耐磨性能和耐热性能好、化学稳定性优良、 屑，使切削变得很容易。尽管陶瓷材料与硬质合
不易与金属产生粘结的特点，已成为高速切削高 金材料相比，其韧性与耐磨性相差很多，但其高
温合金的主要刀具材料之一。而且陶瓷刀具的最 温稳定性是硬质合金刀具远达不到的。因此，提
佳切削速度比硬质合金刀具高 8~10 倍，能够大 高线速度是增加切削区温度最有效的方法。理论
幅度提高切削效率。 上说，陶瓷刀具的切削速度和金属去除率应是硬
早在 20 年前发达国家的航空发动机企业就 质合金刀具的 5~10 倍甚至更多。
开始用采陶瓷刀具加工高温合金材料。陶瓷材料 金属陶瓷材料在钢材切削中具有优异耐磨
最大特点就是熔点高，1200℃时硬度不会下降 性、高韧性和良好的抗塑性变形能力，促进了金
很多，是一种非常理想的取代硬质合金刀具实现 属陶瓷的发展。目前，在欧美日市售的金属陶瓷
高速切削的材料。而在我国，由于种种原因，此 绝大部分均是以 Ti(C,N) 基为基础的金属陶瓷。
类刀具的使用还未广泛普及。切削加工中的切屑 瑞典山特维克公司开发了的无镍金属陶瓷，它具
成型是一种典型的大变形过程 , 涉及到材料非线 有环保、耐冲击、耐磨和抗塑变特性，主要应用
性、几何非线性以及边界非线性问题 , 在高速切 于软钢材、不锈钢和铸铁的精加工、超精车、高
削过程中还涉及到热力藕合问题。 速小切深，实现高光洁度表面和严格尺寸公差。
应用陶瓷刀具实现高速切削的核心，就是要 目前，作为功能材料的金属陶瓷发展主要集中以
充分利用陶瓷材料的高温特性，提高切削速度， 下几个方面 : 一是超细晶粒和纳米级金属陶瓷。

·72· 第08期 数控机床市场