對(duì)燃油經(jīng)濟(jì)性好的燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的需求持續(xù)增加，導(dǎo)致傳統(tǒng)的耐熱超合金材料正被新型超韌性高溫和耐磨合金取代。新型材料的需求旺盛使加工這些材料的刀具需求同步增長(zhǎng)。

       需要快速切削這些材料的制造商認(rèn)識(shí)到，僅靠傳統(tǒng)的加工指導(dǎo)原則已不能使其保持競(jìng)爭(zhēng)力。刀具制造商卻深諳這些加工難點(diǎn)，適時(shí)推出了具有高生產(chǎn)效率和良好成本效益的刀具選擇：陶瓷復(fù)合材料刀具。

       陶瓷復(fù)合材料具有優(yōu)異的高溫性能和高強(qiáng)度。這種性能使陶瓷復(fù)合材料成為一種高生產(chǎn)率和高穩(wěn)定性的刀具材料，能夠承受加工耐熱高溫超合金和其它難加工材料的苛刻切削條件。

       晶須增強(qiáng)陶瓷刀具

       最廣為人知的切削耐熱超合金的陶瓷復(fù)合材料是晶須增強(qiáng)陶瓷。晶須增強(qiáng)陶瓷刀具在30年前已經(jīng)出現(xiàn)，并以其10倍于硬質(zhì)合金刀具的生產(chǎn)效率迅速占領(lǐng)市場(chǎng)。當(dāng)時(shí)，由于缺乏晶須增強(qiáng)的支持，陶瓷刀具在切削耐熱超合金時(shí)顯得力不從心。此后，隨著晶須增強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用，陶瓷刀具在加工難加工材料時(shí)展現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。

       近10年出現(xiàn)的涂層晶須增強(qiáng)陶瓷比非涂層晶須增強(qiáng)陶瓷進(jìn)一步提升了加工效率和降低了生產(chǎn)成本。像涂層硬質(zhì)合金刀具一樣，涂層晶須增強(qiáng)陶瓷刀片增強(qiáng)了抗高溫和耐磨損性能，從而進(jìn)一步提升了生產(chǎn)效率，延長(zhǎng)了刀具壽命。

       將非涂層晶須增強(qiáng)陶瓷刀具升級(jí)為涂層刀具，切削速度可平均提高20%～40%。根據(jù)涂層刀具的不同材質(zhì)，進(jìn)給速度可提高20%，刀具壽命可延長(zhǎng)50%～100%。在很多應(yīng)用場(chǎng)合，涂層刀具的加工表面光潔度更好，切削長(zhǎng)度相比非涂層刀具也更長(zhǎng)。

       使用陶瓷復(fù)合材料刀具并不是將刀片安裝到刀桿刀窩并啟動(dòng)機(jī)床運(yùn)行按鈕那樣簡(jiǎn)單。用戶必須掌握這些刀具的性能提升、精確測(cè)量和刀具磨損調(diào)整的基本知識(shí)。

       正確使用方法

       晶須增強(qiáng)陶瓷刀片由細(xì)晶氧化鋁與被稱作晶須的碳化硅晶體制成。Al2O3是一種抗高溫、抗磨損的材料，但缺乏足夠強(qiáng)度，因此其切削性能不穩(wěn)定。就像在水泥中加入鋼筋，玻璃鋼中加入纖維一樣，通過(guò)增加碳化硅晶須，Al2O3的強(qiáng)度能得到提高且性能穩(wěn)定。晶須增強(qiáng)后的陶瓷刀具較之傳統(tǒng)硬質(zhì)合金刀具可以更高的速度切削。

       高切削速度對(duì)于耐熱超合金的塑化或軟化至關(guān)重要。塑化后的材料才可一層層地被高效去除。但是，塑化過(guò)程會(huì)在切削區(qū)域產(chǎn)生大量熱量。切削熱量需要有效排除，才能使母材的微觀結(jié)構(gòu)不受影響。因此，合理平衡切削速度和進(jìn)給速度并保持正確的平均切屑厚度（ACT）就很必要，這樣才能將大量的切削熱通過(guò)切屑帶走。

       將進(jìn)給速度用ACT來(lái)描述，而不用每轉(zhuǎn)進(jìn)給或每齒進(jìn)給，這是因?yàn)榍行己穸葧?huì)因進(jìn)給速度及其它很多因素的變化而改變。例如，圓刀片的ACT與切深有關(guān)，因?yàn)榍猩罡淖儠?huì)使刀具的有效主偏角變化，使切屑變厚或減薄。

       使用直線刃刀片時(shí)，ACT與刀具相對(duì)零件的方向有關(guān)，也就是與主偏角有關(guān)。使用帶主偏角的刀具加工有很多益處，例如可防止陶瓷刀具產(chǎn)生缺口，但此時(shí)重要的是要調(diào)整編程進(jìn)給速度以避免切屑變厚并確保可預(yù)測(cè)的刀具磨損方式。

       晶須增強(qiáng)陶瓷刀片ACT的經(jīng)驗(yàn)值為0.002″～0.004″(0.05mm～0.10mm)。此值可保證切屑維持適當(dāng)?shù)慕孛娲笮∫詭ё咴诘毒吆凸ぜ缑骈g因高切削速度而產(chǎn)生的大量熱量。

       切屑過(guò)薄將不能帶走足夠熱量，其結(jié)果是熱量會(huì)傳遞給母材。此外，切屑過(guò)薄將引起刀具與工件磨擦而非刀具切削工件，并加快后刀面磨損使刀具提前失效。切屑過(guò)厚的作用正相反，將導(dǎo)致刀片承受的壓力增加而使刀片崩刃或斷裂。

       根據(jù)被切材料的成分，需適當(dāng)調(diào)整切削速度和進(jìn)給速度。此外，需要特別值得注意的是被切削材料的硬度，硬度高的材料需用較低的切削速度來(lái)使母材塑化到一定程度后，才能被有效去除。

       相變?cè)鲰g陶瓷刀具

       一種新型的，在車(chē)削和銑削耐熱超合金時(shí)獲得青睞的陶瓷復(fù)合材料是相變?cè)鲰g陶瓷。這種陶瓷的強(qiáng)度幾乎是晶須增強(qiáng)陶瓷的兩倍，可在陶瓷刀具的切削速度下以硬質(zhì)合金刀具的進(jìn)給速度進(jìn)給。此外，與其它陶瓷復(fù)合材料刀具相比，強(qiáng)度增加的相變?cè)鲰g陶瓷刀具可使生產(chǎn)率提高兩倍。

       到目前為止，唯一可獲得的相變?cè)鲰g陶瓷是綠葉公司的XSYTIN-1。該陶瓷熱性能穩(wěn)定，由晶須和顆粒增韌的氮化硅制成，比綠葉公司其它陶瓷刀具的強(qiáng)度高出近一倍。

       相變?cè)鲰g陶瓷的主要優(yōu)點(diǎn)是在苛刻條件、大切削力及斷續(xù)切削條件下保持強(qiáng)度的能力，并且在連續(xù)切削中也表現(xiàn)優(yōu)異。這種刀具應(yīng)用于眾多場(chǎng)合，包括加工鍛件和鑄件表皮以及高耐磨材料。

       需要注意的是，相變?cè)鲰g陶瓷刀片的使用方法與市場(chǎng)上其它陶瓷刀具不太一樣，必須要增加進(jìn)給速度，如果進(jìn)給速度不夠高，后刀面磨損將十分嚴(yán)重，這將導(dǎo)致刀具過(guò)早磨損。相變?cè)鲰g陶瓷刀具的ACT通常比晶須增強(qiáng)陶瓷和賽阿龍材料刀具高很多。

       為了說(shuō)明使用區(qū)別，此處以直徑為1/2″(12.7mm)的非涂層晶須增強(qiáng)陶瓷圓刀片車(chē)削Inconel 718為例。起始切削參數(shù)的選擇采用經(jīng)驗(yàn)“8原則”：切削速度為800 sfm (244 m/min)；進(jìn)給速度為0.008 ipr (0.20mm/r)；切深為0.080″(2.03mm)；材料去除率為6.14in3/min (100.6 cm3/min)。

       當(dāng)由晶須增強(qiáng)陶瓷刀片改為相變?cè)鲰g陶瓷刀片時(shí)，通常切削速度需要略微下調(diào)，但進(jìn)給速度可大幅提高。采用切削速度700～750sfm (213～229 m/min)、進(jìn)給速度0.014～0.016 ipr (0.36～0.41 mm/r) 和切深0.080″～0.120″(2.03mm～3.05mm)，可以很容易地切削Inconel 718。切削條件理想時(shí)，材料去除率可達(dá)9.4 in3/min (154.2 cm3/min)～17.3 in3/min.(283.5 cm3/min)。

       相變?cè)鲰g陶瓷的另一優(yōu)點(diǎn)是切削速度范圍較寬。受限于轉(zhuǎn)速或老式設(shè)備，傳統(tǒng)的加工方法會(huì)采用硬質(zhì)合金刀具粗加工耐熱超合金，而不允許使用晶須增強(qiáng)陶瓷刀具。過(guò)去不能使用陶瓷刀具的用戶現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)可使用相變?cè)鲰g陶瓷刀具。切深相同時(shí)，結(jié)合0.008～0.010 ipr (0.20～0.25 mm/r) 的稍低進(jìn)給速度，同一把相變?cè)鲰g陶瓷刀具的切削速度可降低至450 sfm(137 m/min)。可見(jiàn)，相變?cè)鲰g陶瓷刀具填補(bǔ)了硬質(zhì)合金刀具和陶瓷刀具之間的空白。

       相變?cè)鲰g陶瓷刀具的這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)必須加工耐熱超合金的制造商來(lái)說(shuō)意味著什么？與硬質(zhì)合金刀具相比，如果采用晶須增強(qiáng)陶瓷刀具使基礎(chǔ)線生產(chǎn)效率提升10倍，從而可在同一臺(tái)機(jī)床上完成更多的加工作業(yè)、節(jié)約刀具成本及管理成本，最終使生產(chǎn)能力大為提高。

       除采用涂層晶須增強(qiáng)陶瓷或新的相變?cè)鲰g陶瓷帶來(lái)生產(chǎn)力提升外，潛在的生產(chǎn)力提升也十分巨大。對(duì)加工耐熱超合金及其它挑戰(zhàn)性工件材料零件的所有制造商來(lái)說(shuō)，應(yīng)用范圍廣泛的陶瓷復(fù)合材料刀具切實(shí)為一種解決方案。