陶（táo）瓷刀具在（zài）航空零件切削加工中的應用
2013-5-15 來源： 作者：
陶（táo）瓷材料是21世（shì）紀最有希望、最有（yǒu）競爭力的刀具材料，它的發展將有可能引起（qǐ）切削加工領域（yù）的（de）又一次革命。雖然我們在嚐試（shì）過程（chéng）中獲得了（le）一些經驗，但還需要進一步試驗拓寬加工材料的（de）品種，隻（zhī）有掌握好陶瓷刀具的性（xìng）能，才（cái）能更好地應用於高溫合金（jīn）的加（jiā）工。
在航空發動機製造行業（yè），材料性能不斷提升，難加工（gōng）材料（高溫合金）的數控加（jiā）工技術已經成為行業內（nèi）普遍關注的問題。陶瓷刀具材料具有硬度高、耐磨性能和耐熱性能（néng）好（hǎo）、化學穩定性優良、不易與金屬產生粘結的特點，已成為高速（sù）切削高溫合金的主要刀具材料之一。而且陶瓷刀具的最佳切削速度比硬質合金（jīn）刀具高8~10倍，能夠大幅度提高切削效率。當前，新型陶瓷刀具不斷出現，有專家（jiā）預計，在世界範圍內陶瓷刀具在機械加工（gōng）刀具中所占（zhàn）比重將達15%~20%.它的發展將可能引起切削加工領域的又一（yī）次革命。
高溫合（hé）金（主要指（zhǐ）鎳基或鈷基合金（jīn））在高溫下具有優良的穩定性和防蠕變性，GH4169常溫下硬度高（可達HRC35~47），韌性很好。但與普通鋼件相比，其機械加工性（xìng）能較差，切削過程需要消耗更多（duō）的能量（liàng）。
21世（shì）紀初，我們公司開始大量購進數控設備，逐（zhú）步淘汰了普通機床，可轉（zhuǎn）位硬質合（hé）金刀具逐步取代了傳統的焊接刀具，生產效（xiào）率得到前所未有的（de）提高。
近10年來，應（yīng）用硬質合金刀具加工鈦（tài）基、鎳基和鈷基高溫合金（jīn）得到廣（guǎng）泛普及，硬質合金材料在低於600℃的工作溫度下所表現出（chū）來的高硬度及高韌性使之成為切削高溫合金及鈦合金非常理想的的刀具。但硬質合金刀具有（yǒu）一個致（zhì）命的弱點，其熔點約為1200℃，當切削區（qū）溫度高於800℃時，刀刃的強度和硬度會大幅下降，磨損加劇，甚至（zhì）難以完成正常切削。因（yīn）此，應用硬質合金刀具切（qiē）削高溫合金材料時，為避免切削區溫度過高，線速度（dù）隻能維持在40m/min左右（yòu）。對加工餘量（liàng）較大的零件，由於緩慢的切削速度，金屬去除率很低，占（zhàn）機時間很長，生產成本大大（dà）增加，這使得現代數控機床（chuáng）的潛力遠沒有（yǒu）發揮出來。隨著新型發（fā）動機性能不斷提高，新（xīn）材（cái）料（liào）不斷湧現，硬質（zhì）合金刀具已經（jīng）很難適應。因此，尋找一種更加理想的切削刀具已成為當務之急。
發達國（guó）家的航空發動機企業（如美國GE公司、英（yīng）國羅·羅公司（sī））早在20年前就開始用采陶瓷刀具加工高溫合（hé）金材料。陶（táo）瓷材料最大特點就是熔點高（2000℃以上），1200℃時硬度不會下（xià）降很多，是一種非常理想的取代硬質合金刀具實現高速（sù）切削的材料。而在我國，由於（yú）種種原因，此（cǐ）類刀具的使用還未廣泛普及（jí）。
切削（xuē）加工中的切屑成型是一種典型的大（dà）變形過程，涉及到（dào）材料非線性、幾何非（fēi）線性以及邊界（jiè）非線性（xìng）問題，在高速切削過程中還涉（shè）及到（dào）熱力藕合問題。
著名切削專家皮斯潘尼和莫詹（zhān）特（Piisnen&Merchant）早在1945年提出的切屑形成（chéng）機（jī）理中指出：在剪切（qiē）力（切削力）的作用（yòng）下，剪切麵附近的晶界開始被撕裂變（biàn）形，與基體分離形成切屑，並產生（shēng）大量的熱量。實際上，約80%的切削熱由此（cǐ）產生。
應（yīng）用陶瓷刀具實現高速（sù）切削的核（hé）心就是要充分利用陶瓷材料的高溫特性，提高切削速度，使切削熱量不斷聚積，切（qiē）削區溫（wēn）度升（shēng）高，軟化切（qiē）屑，使切（qiē）削變得很容易。盡管陶瓷材料與硬質合金材料（liào）相比，其韌性與耐磨性（xìng）相差很多，但其高溫穩定性是硬質合金刀具遠達不到的。因此，提高線速度是增加切削區溫（wēn）度最有（yǒu）效的方法（fǎ）。理論上說，陶瓷刀具的切（qiē）削速度和金屬去除率應是硬質合金刀具的5~10倍甚至更多。
刀具商在推廣時隻提出陶瓷刀具適合加工HRC55以上的材料，而對於小於HRC55的材料未（wèi）見（jiàn）相應（yīng）的（de）報道。本文針對小於HRC55的材料的加工談一點自己的體會。
由於長（zhǎng）時間使用硬質合金刀具，操作者已習慣於低速切削，而這種適合硬質合金的加工方式恰恰是陶瓷刀具加工中的最大禁忌。在使用陶（táo）瓷刀具時（shí），出（chū）於安全考慮，操作者總是不敢提高轉速，甚至希望（wàng）在普通車床（chuáng）上使用陶（táo）瓷刀具。以（yǐ）往陶瓷刀具使用過程中遇到的大部分問題都是由於切削速度不足而造成的。
投稿箱（xiāng）：
如果（guǒ）您有機床行業（yè）、企業（yè）相關新聞（wén）稿件發表，或進行資（zī）訊（xùn）合作，歡迎聯係本網編輯（jí）部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
如果（guǒ）您有機床行業（yè）、企業（yè）相關新聞（wén）稿件發表，或進行資（zī）訊（xùn）合作，歡迎聯係本網編輯（jí）部， 郵箱：skjcsc@vip.sina.com
更多本專題新聞
名企推薦
專題（tí）點擊前十
| 更多
