隨著現(xiàn)代科技發(fā)展，各種高強度、高硬度工程材料越來越多地被采用，這給切削加工帶來了很大困難。傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具難以勝任或根本無法實現(xiàn)對這類材料加工，而陶瓷刀具有很高耐磨性、紅硬性，可以實現(xiàn)對多種難加工材料(淬硬鋼、冷硬鑄鐵、鎳基高溫合金等) 進(jìn)行高速切削，生產(chǎn)效率比普通硬質(zhì)合金刀具高3～8倍。根據(jù)我們使用情況，對性能優(yōu)越陶瓷刀具進(jìn)行分析并與普通刀具進(jìn)行對比，優(yōu)化了加工工藝參數(shù)。
1 陶瓷刀具切削性能
   使用Si3N4基系列陶瓷刀具，其優(yōu)點如下:
     高硬度:該種刀片室溫硬度值已超過了最好硬質(zhì)合金刀片硬度而達(dá)到92.5～94HRA，我們用它來加工硬度高達(dá)65HRC 各類淬硬鋼無限冷硬鑄鐵軋輥，免除了退火所消耗電力，減少了換刀次數(shù)。因磨損極小，從而保證了徑向尺寸一致性。
高強度:該刀片抗彎強度目前已達(dá)到了750～1000MPa，其抗壓強度大于高速鋼而與普通硬質(zhì)合金相當(dāng)。
   高抗高溫氧化性:刀片耐熱性抗高溫氧化性特別好，經(jīng)我們實測，1100～1250℃切削時，仍能保持一定硬度強度進(jìn)行長時間切削，故可實現(xiàn)高速切削加工，切削速度可比硬質(zhì)合金提高3～8倍。眾多陶瓷材料，尤以Si3N4陶瓷耐熱性最好。
   良好斷裂韌性:斷襲韌性值評價陶瓷刀具抗破壞能力重要指標(biāo)之一。Si3N4系列刀片斷裂韌性值，優(yōu)于其他陶瓷刀片，斷續(xù)切削時完全可與普通硬質(zhì)合金媲美。
高抗熱震性:Si3N4系列抗熱震性能指標(biāo)ΔT為600～800℃，明顯優(yōu)于其它種類陶瓷刀片(350～450℃) 。
2 刀片牌號選用及適用范圍
   根據(jù)不同加工需要，使用了以下幾種陶瓷刀具，其性能亦有所不同，見表1。表1 Si3N4系列陶瓷刀片牌號及特性 陶瓷系列及牌號 密度(g/cm3) 硬度(HRA) 抗彎強度(MPa) 用途 特長
FD05
   (Si3N4) 3.14 92.5 1000 HRC<62鑄鐵粗加工、斷續(xù)切削、強力大走刀切削 抗熱震性特好，強度好，抗沖擊性好，但不適于切削高強鋼
FD01
(Si3N4+TiC) 3.44 93.5 800 HRC≤65高合金鑄鐵、合金鋼、高錳鋼粗加工 耐高溫性能好，耐磨性好，強度略低
FD04
(Si3N4+TiC) 3.9 94 750 HRC<65鑄鐵精加工、高速精銑。 高速切削性能特好，可以v≤1000m/min時精銑灰鑄鐵
FD04
(Si3N4+Al2O3+TiC) 3.85 93.5 800 加工高硬鑄鐵、球墨鑄鐵、淬硬鋼及Ni基高溫合金 耐高溫性能好，適于鑄鐵大進(jìn) 給量加工
FD22 4.75 94 800 精加工65HRC淬、合金鑄鐵 耐磨性特好，可實現(xiàn)淬硬鋼以車代磨或以銑代磨

3 使用注意事項
  切削試驗:使用不同切削速度、切削深度等要進(jìn)行試驗并記錄數(shù)據(jù)，選出最佳刀具牌號。
  對機床要求:為了最大限度地減小震動，所用機床必須具有良好剛性、足夠功率高轉(zhuǎn)速，要充分考慮到機床—工件—刀具工藝系統(tǒng)剛性，任何環(huán)節(jié)剛性不足都將大幅降低陶瓷刀具切削性能效率，切忌使用那些年久失修、傳動間隙過大機床。
對被加工件要求:
毛坯應(yīng)切削前清除夾砂砂眼缺陷，減少打刀情況。
    零件“切入”、“切出”處均應(yīng)倒角:對于硬度高而形狀不規(guī)則坯料，必須先倒角后再用陶瓷刀具切削(倒角時可用硬質(zhì)合金刀具低速下進(jìn)行) ，此項不可忽視。
    合理選擇刀具幾可參數(shù):陶瓷刀具一種硬而脆刀具，如何保證其使用穩(wěn)定可靠而不崩刃選擇合理幾何參數(shù)主要依據(jù)。表2我們實踐探索出來較為合理幾何參數(shù)值。表2 陶瓷車刀幾何參數(shù)推薦值 幾何參數(shù) 符號 推薦值 加工條件
前角 γ0 +5°～+10° 車削鋼σb<690MPA
-5° 車削調(diào)質(zhì)鋼σb690>MPA(50HRC以下)或鑄鐵(硬度220HB以下)  #p#分頁標(biāo)題#e#
-10° 車削55HRC以上淬硬鋼或350～450HB以上鑄鐵
主后角 α0 5°～10° 車削一般鋼及鑄鐵
主偏角 κ 30° 機床—工件—刀具系統(tǒng)剛性特好  
45° 機床—工件—刀具系統(tǒng)剛性相當(dāng)好  
60°～75° 機床—工件—刀具系統(tǒng)剛性不太好  
刀尖圓弧半徑 r(mm) 1～2 一般粗加工
0.5～1.6 一般半精加工
0.2～0.5 精加工
表3 陶瓷刀具常用切削量推薦值 工件材料與工序 刀片牌號 切削速度
(m/min) 進(jìn)給量
(mm/r) 切削深度
(mm)
冷硬鑄鐵
HS≤80 粗車 FD01 20～55 0.5～1 0.5～5
精車 FD03 35～75 0.1～0.5 0.1～0.5
冷硬鑄鐵
HS=80～90 半精車 FD01
FD04 10～25 0.1～0.2 0.2～3
淬硬鋼
50～63HRC 粗車 FD01
FD22 30～50 0.1～0.45 ≤3
精車 FD22 40～90 0.05～0.2 ≤0.8  
淬硬鋼
60～65HRC 粗車 FD01
FD22 20～40 0.1～0.25 ≤3  
精車 FD22 35～80 0.05～0.2 ≤0.8
    合理選擇切削用量:粗加工時，加工質(zhì)量不主要問題，提高生產(chǎn)率、降低成本關(guān)鍵：而精加工時，首先要保證加工質(zhì)量，其次才提高生產(chǎn)率降低成本。目前國內(nèi)外沒有陶瓷刀具切削用量定型數(shù)據(jù)可查，大多數(shù)根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)經(jīng)驗而定。我們根據(jù)使用情況，統(tǒng)計出合理參數(shù)推薦值，見表3。
4 陶瓷刀具生產(chǎn)應(yīng)用實例
   軋輥表面硬度56HRC以上。與使用硬質(zhì)合金刀具加工相比，使用陶瓷刀具切削速度可提高3倍，生產(chǎn)時間縮短了45%～70%，節(jié)約刀具費用大于28%。由于生產(chǎn)時間縮短，相應(yīng)地節(jié)約了電力工時，效益可觀。
    冶金設(shè)備制造，經(jīng)常遇到高錳鋼件，但長期以來一直因為其特別嚴(yán)重加工硬化而被視為切削加工禁區(qū)。采用陶瓷刀具后，順利解決了高錳鋼襯板加工難題。
齒輥加工，我們曾對材質(zhì)為40Cr24Ni20齒輥采用YT8刀具加工。因工件硬度高達(dá)50HRC以上，且該材質(zhì)特點耐磨耐高溫，YT8刀具12min內(nèi)就磨鈍，導(dǎo)致無法使用。采用陶瓷刀具后，可連續(xù)高速切削2h以上，可見工效之高。