陶瓷刀具的發(fā)展歷程
19世紀末以前,切削刀具都是用碳鋼制造的,耐熱性在200~250℃以下,切削速度很低,切削鋼時僅為6~10m/min,切削鑄鐵時為3~5m/min。 其后,出現(xiàn)了合金工具鋼、高速工具鋼和硬質(zhì)合金,刀具的耐熱性達850~1000℃,切削速度可增高至600~800m/min以上。隨著機械制造業(yè)的不斷發(fā)展,硬質(zhì)合金刀具的耐熱性已日益滿足不了切削速度不斷增長的需要,于是人們把目光轉(zhuǎn)向陶瓷刀具。
雖然早在1912~1913年,英國和德國己出現(xiàn)了氧化鋁陶瓷刀具,但其在生產(chǎn)上的應(yīng)用則始于1950年。由于其強度、韌性低,較長期內(nèi)僅限于做連續(xù)切削精加工用,且切削速度和進給量都較低。直到1968年才出現(xiàn)第二代陶瓷刀具——復(fù)合氧化鋁刀具,在強度和韌性上較之氧化鋁刀具有了明顯提高,可以在較高的速度和較大的進給量下切削各種工件,得到了較廣泛的應(yīng)用。
70年代末80年代初國際上出現(xiàn)了第三代陶瓷刀具——氮化硅陶瓷刀具,這類陶瓷刀具有比復(fù)合氧化鋁刀具更高的韌性、抗沖擊性、高退強度和抗熱震性。我國自70年代中就開始研究氮化硅陶瓷刀具,隨著對高溫結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域研究的不斷深入,使氮化硅陶瓷的性能有了很大提高,從而使氮化硅陶瓷刀具在我國迅速發(fā)展起來。
陶瓷刀具的應(yīng)用前景和局限性
陶瓷刀具材料已被認為是效率最高、最有發(fā)展前途的刀具材料。陶瓷刀具可以實現(xiàn)以車代磨、以銑代拋的高效“硬加工技術(shù)”以及“干切削技術(shù)”,提高零件加工表面質(zhì)量。隨著各種新型陶瓷刀具材料的使用,必將促進高效機床及高速切削技術(shù)的發(fā)展,而高效機床、高速切削技術(shù)的推廣與應(yīng)用以及陶瓷刀具更環(huán)保,更省時、省電,從而帶來經(jīng)濟與環(huán)境的雙效益。
可以預(yù)見,新型陶瓷刀具對切削加工朝著高速、高效、高精度方向發(fā)展將產(chǎn)生很大推動作用,它的推廣應(yīng)用將給金屬切削加工工藝帶來變革,改變傳統(tǒng)的刀具材料和切削技術(shù),節(jié)省工時、電力、機床占用臺數(shù)和生產(chǎn)面積30%~70%,節(jié)省戰(zhàn)略性貴重金屬,從而帶來巨大的經(jīng)濟效益。
但陶瓷刀具的使用仍然具有一定的局限性,那就是與其他刀具比起來,陶瓷刀具的斷裂韌性不足,而斷裂韌性是評價其抗破損能力的重要指標之一。在進行銑、刨、鏜削及其他斷續(xù)加工時,刀片材料的斷裂韌性更為重要。為此,陶瓷刀具有必要通過適當(dāng)手段提高其硬度、抗彎強度及斷裂韌性。
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