金屬陶瓷刀片的特點及加工范圍

一、金屬陶瓷的性能

    在機械加工過程中，切削加工是工業生產中*基本、*普通和*重要的方法之一，它直接影響工業生產的效率、成本和能源消耗。提高加工效率，將會帶來巨大的社會、經濟效益。近年來，陶瓷刀具產業取得了快速的發展，現代陶瓷刀具材料多為復合材料。目前應用于刀具的陶瓷材料主要為氧化鋁系、氮化硅系、硼化鈦系和金屬陶瓷等系列。而其中的金屬陶瓷基復合材料是上世紀三十年代逐漸發展起來的一種新型材料。由于金屬陶瓷具有硬度高、耐磨性好、導熱性好等優良的綜合性能而被廣泛用作工具材料。以下是金屬陶瓷刀具的圖片。

二、金屬陶瓷刀具的發展歷程

    金屬陶瓷用于切削刀具*早始于上世紀二十年代對TiC化合物的實驗研究，上世紀五十年代，TiC-Mo-Ni金屬陶瓷首次作為刀具材料用于鋼的高速精密切削。它雖然具有與硬質合金不相上下的高強度和高硬度，但其韌性比較差。為了提高金屬陶瓷的韌性，改善其切削性能，上世紀七十年代人們*終開發出了一種韌性很高的細顆粒TiC-TiN基金屬陶瓷。從那時以來，金屬陶瓷在刀具開發中的應用日趨廣泛。

三、金屬陶瓷刀片的特點及加工范圍

    金屬陶瓷刀具在硬質合金行業中一般是指TiCN/TiC/TiN為硬質相，添加Co或Ni作為粘接相，在很多場合中，添加元素周期表地IVB、VB及VIB族金屬中的一種以上的氮化物、碳化物及碳氮化物作為添加劑以增強金屬陶瓷的力學、高溫性能的一種刀具。

    金屬陶瓷刀片的特點：（1）硬度高；（2）與被加工工件材料的親和力低，不易產生積屑瘤；（3）化學穩定性好；（4）耐熱性，耐磨性好。

    適合加工范圍：金屬陶瓷刀具適合加工各種鋼件和鑄鐵件的半精加工和精加工，當切削深度在2.5mm以下，每轉進給量在0.25mm/r以下，每齒進給量在0.2.mm/齒以下時，金屬陶瓷刀具具有出色的切削性能。加工以上材質的金屬陶瓷刀具都可以提供穩定的刀具壽命和良好的表面光潔度。但在斷續切削領域不適合金屬陶瓷刀具，容易發生刀片破損現象。

    注意：從加工材料硬度來講，金屬陶瓷刀具主要適合半精加工和精加工硬度為HRC45以下的鋼件和鑄鐵件，對于HRC45以上的難加工材料（如高硬度鑄鐵軋輥，高鉻鑄鐵，高溫合金等材料）還是選擇立方氮化硼刀具或陶瓷刀具比較好。

四、金屬陶瓷刀具、陶瓷刀具和立方氮化硼刀具三種材質性能和應用對比

    （1）從刀具材料的發展與切削加工高速化的關系進行對比（如下圖）：在加工黑色金屬領域中：立方氮化硼刀具＞陶瓷刀具＞金屬陶瓷刀具。

    （2）從加工工件的硬度進行對比：立方氮化硼刀具（加工硬度在HRC45以上）＞陶瓷刀具（加工硬度在HRC40-HRC55之間的精加工）＞金屬陶瓷刀具（加工硬度在HR45以下的半精加工和精加工）。

    （3）從不同刀具材料的切削速度和硬度來講：立方氮化硼刀具＞陶瓷刀具＞金屬陶瓷刀具（在加工黑色金屬領域）；如立方氮化硼刀具BN-S30材質可以在1700m/min以上高速銑削灰口鑄鐵發動機缸體；而高濃度的立方氮化硼刀具牌號如BN-K1可以加工硬度HRC79的碳化鎢。

    （4）從刀具材料韌性來講：金屬陶瓷＞立方氮化硼（CBN）＞陶瓷刀具(如下圖)；其中一些特例如下，如我國研制的非金屬粘合劑立方氮化硼刀具由于韌性優異，可以對高硬度高合金零件毛坯進行粗加工，且能承受斷續切削。

五、金屬陶瓷刀片的典型應用：

    （1）車削的金屬陶瓷刀具：NS9530和涂層GT9530，其抗崩損性和耐磨性好，提高了刀具壽命，適合半精加工和精加工，其GT9530更適合高速加工。這兩種全新的刀片材質即能應用于正前角和負前角刀片，也能應用于左手或右手刀片。

    （2）銑削的金屬陶瓷刀具：陶瓷刀具PFK-HN刀盤加工HT250的壓縮機箱體，以Vc=800m/min,Fz=0.16,ap=3mm的加工參數粗銑表面，使用了HNGX100521-T型陶瓷刀片，每個刀片的切削刃數從先前的8個增加到12個。即使加工時間超過150分鐘，陶瓷刀片僅在刀刃上出現很小的磨損。

    （3）金屬陶瓷也可制成鉆頭與滾刀。如金屬陶瓷滾刀，υc=600m/min，約是硬質合金滾刀的10～20倍，加工表面粗糙度值Rmax為2μm。 

    （4）車削加工時，需要采用與切削相適應的斷屑臺；銑削或端銑加工時，選用適當的刀具幾何形狀至關重要。

五、總結

    也有學者提出，無論從內部組織來講，金屬陶瓷刀片仍然歸于硬質合金刀具大類，而不歸于陶瓷刀具，而立方氮化硼刀具，氮化硅刀具，氧化鋁陶瓷刀具從材料學角度均可歸為陶瓷刀具材料；且從應用角度和刀具性能來講，金屬陶瓷刀具在一定領域確實比涂層硬質合金刀具更具優勢。未來，高精度高效率加工已成為一種發展趨勢，無論是在汽車工業還是通用加工領域，用戶對于產品零件質量要求的不斷提高，以及金屬陶瓷刀片在各個領域的應用和消耗潛力的與日俱增，這將會帶動金屬陶瓷行業的進一步

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