金属陶瓷刀片的特点及加工范围

一、金属陶瓷的性能

    在机械加工过程中，切削加工是工业生产中*基本、*普通和*重要的方法之一，它直接影响工业生产的效率、成本和能源消耗。提高加工效率，将会带来巨大的社会、经济效益。近年来，陶瓷刀具产业取得了快速的发展，现代陶瓷刀具材料多为复合材料。目前应用于刀具的陶瓷材料主要为氧化铝系、氮化硅系、硼化钛系和金属陶瓷等系列。而其中的金属陶瓷基复合材料是上世纪三十年代逐渐发展起来的一种新型材料。由于金属陶瓷具有硬度高、耐磨性好、导热性好等优良的综合性能而被广泛用作工具材料。以下是金属陶瓷刀具的图片。

二、金属陶瓷刀具的发展历程

    金属陶瓷用于切削刀具*早始于上世纪二十年代对TiC化合物的实验研究，上世纪五十年代，TiC-Mo-Ni金属陶瓷首次作为刀具材料用于钢的高速精密切削。它虽然具有与硬质合金不相上下的高强度和高硬度，但其韧性比较差。为了提高金属陶瓷的韧性，改善其切削性能，上世纪七十年代人们*终开发出了一种韧性很高的细颗粒TiC-TiN基金属陶瓷。从那时以来，金属陶瓷在刀具开发中的应用日趋广泛。

三、金属陶瓷刀片的特点及加工范围

    金属陶瓷刀具在硬质合金行业中一般是指TiCN/TiC/TiN为硬质相，添加Co或Ni作为粘接相，在很多场合中，添加元素周期表地IVB、VB及VIB族金属中的一种以上的氮化物、碳化物及碳氮化物作为添加剂以增强金属陶瓷的力学、高温性能的一种刀具。

    金属陶瓷刀片的特点：（1）硬度高；（2）与被加工工件材料的亲和力低，不易产生积屑瘤；（3）化学稳定性好；（4）耐热性，耐磨性好。

    适合加工范围：金属陶瓷刀具适合加工各种钢件和铸铁件的半精加工和精加工，当切削深度在2.5mm以下，每转进给量在0.25mm/r以下，每齿进给量在0.2.mm/齿以下时，金属陶瓷刀具具有出色的切削性能。加工以上材质的金属陶瓷刀具都可以提供稳定的刀具寿命和良好的表面光洁度。但在断续切削领域不适合金属陶瓷刀具，容易发生刀片破损现象。

    注意：从加工材料硬度来讲，金属陶瓷刀具主要适合半精加工和精加工硬度为HRC45以下的钢件和铸铁件，对于HRC45以上的难加工材料（如高硬度铸铁轧辊，高铬铸铁，高温合金等材料）还是选择立方氮化硼刀具或陶瓷刀具比较好。

四、金属陶瓷刀具、陶瓷刀具和立方氮化硼刀具三种材质性能和应用对比

    （1）从刀具材料的发展与切削加工高速化的关系进行对比（如下图）：在加工黑色金属领域中：立方氮化硼刀具＞陶瓷刀具＞金属陶瓷刀具。

    （2）从加工工件的硬度进行对比：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之间的精加工）＞金属陶瓷刀具（加工硬度在HR45以下的半精加工和精加工）。

    （3）从不同刀具材料的切削速度和硬度来讲：立方氮化硼刀具＞陶瓷刀具＞金属陶瓷刀具（在加工黑色金属领域）；如立方氮化硼刀具BN-S30材质可以在1700m/min以上高速铣削灰口铸铁发动机缸体；而高浓度的立方氮化硼刀具牌号如BN-K1可以加工硬度HRC79的碳化钨。

    （4）从刀具材料韧性来讲：金属陶瓷＞立方氮化硼（CBN）＞陶瓷刀具(如下图)；其中一些特例如下，如我国研制的非金属粘合剂立方氮化硼刀具由于韧性优异，可以对高硬度高合金零件毛坯进行粗加工，且能承受断续切削。

五、金属陶瓷刀片的典型应用：

    （1）车削的金属陶瓷刀具：NS9530和涂层GT9530，其抗崩损性和耐磨性好，提高了刀具寿命，适合半精加工和精加工，其GT9530更适合高速加工。这两种全新的刀片材质即能应用于正前角和负前角刀片，也能应用于左手或右手刀片。

    （2）铣削的金属陶瓷刀具：陶瓷刀具PFK-HN刀盘加工HT250的压缩机箱体，以Vc=800m/min,Fz=0.16,ap=3mm的加工参数粗铣表面，使用了HNGX100521-T型陶瓷刀片，每个刀片的切削刃数从先前的8个增加到12个。即使加工时间超过150分钟，陶瓷刀片仅在刀刃上出现很小的磨损。

    （3）金属陶瓷也可制成钻头与滚刀。如金属陶瓷滚刀，υc=600m/min，约是硬质合金滚刀的10～20倍，加工表面粗糙度值Rmax为2μm。 

    （4）车削加工时，需要采用与切削相适应的断屑台；铣削或端铣加工时，选用适当的刀具几何形状至关重要。

五、总结

    也有学者提出，无论从内部组织来讲，金属陶瓷刀片仍然归于硬质合金刀具大类，而不归于陶瓷刀具，而立方氮化硼刀具，氮化硅刀具，氧化铝陶瓷刀具从材料学角度均可归为陶瓷刀具材料；且从应用角度和刀具性能来讲，金属陶瓷刀具在一定领域确实比涂层硬质合金刀具更具优势。未来，高精度高效率加工已成为一种发展趋势，无论是在汽车工业还是通用加工领域，用户对于产品零件质量要求的不断提高，以及金属陶瓷刀片在各个领域的应用和消耗潜力的与日俱增，这将会带动金属陶瓷行业的进一步

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