氮化硅(Si3N4)陶瓷刀具有很高的耐磨性、紅硬性，可以進(jìn)行高速切削、減少換刀次數(shù)及減少
由于刀具磨損而造成的尺寸誤差。
在數(shù)控機(jī)床、加工中心線上應(yīng)用具有更明顯優(yōu)勢(shì)，大大提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

 ▇　氮化硅陶瓷刀具的切削性能

1. 高硬度
氮化硅陶瓷刀片的室溫硬度值已超過(guò)了最好的硬質(zhì)合金刀片的硬度而達(dá)到92.5~94 HRA ，這就大大提高了它的切削能力和耐磨性。
它可以加工硬度高達(dá)65HRC 的各類淬硬鋼和硬化鑄鐵，免除退火加工所消耗的電力。

其優(yōu)良的耐磨性，不僅延長(zhǎng)了刀具的切削壽命，而且還減少了加工中的換刀次數(shù)，從而保證切削工件時(shí)的小錐度和高精度，尤其在用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行高精密連續(xù)加工 時(shí)，可減少對(duì)刀誤差和因磨損引起的不可預(yù)測(cè)的誤差，簡(jiǎn)化刀具誤差補(bǔ)償。


2. 高強(qiáng)度
目前氮化硅陶瓷刀片的抗彎強(qiáng)度已達(dá)到750～1000Mpa ，超過(guò)了高速鋼，與普通硬質(zhì)合金相當(dāng)。


3. 抗高溫氧化性好
氮化硅陶瓷薄膜的耐熱性和抗高溫氧化性特別好，即使在1200～1450°C切削高溫時(shí)仍能保持一定的硬度和強(qiáng)度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間切削，因此允許採(cǎi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硬 質(zhì)合金刀具的切削速度實(shí)現(xiàn)高速切削。
其切削速度比硬質(zhì)合金刀具提高3～10倍，因而能大幅度提高生產(chǎn)效率。實(shí)驗(yàn)證明，在眾多的陶瓷材料中，Si3N4 陶瓷具有最佳的耐熱性。


4. 良好的斷裂韌性
斷裂韌性值是評(píng)價(jià)陶瓷薄膜抗破損能力的重要指標(biāo)之一，它與材料的組成、結(jié)構(gòu)、工藝等因素 有關(guān)。Si3N4系列陶瓷薄膜的斷裂韌性值優(yōu)于其他系列陶瓷薄膜( 達(dá)6~7 MPam 1/2 ) ，接近某些牌號(hào)的硬質(zhì)合金刀片，因而具有良好的抗沖擊能力，尤其在進(jìn)行銑、刨、鏜削及其它斷續(xù)切削時(shí)，更能顯示其優(yōu)越性。


5. 抗熱震性強(qiáng)
陶瓷材料的抗熱震性是指其在承受急劇溫度變化時(shí)，評(píng)價(jià)其抗破損能力的重要指標(biāo)。 Si3N4 系列陶瓷薄膜的抗熱震性能指標(biāo)，由于其強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低而高達(dá)600 ~ 800°C ，明顯優(yōu)于其他系列陶瓷薄膜(300~400°C) ，因而在高強(qiáng)度斷續(xù)零件的毛胚加工方面，顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性能。
 

▇　氮化硅陶瓷刀具的實(shí)際應(yīng)用

雖然我國(guó)陶瓷刀具的研究水平不比國(guó)外差，但實(shí)際應(yīng)用發(fā)展較慢。據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)，目前國(guó)內(nèi)陶瓷刀具占總刀具使用量的比例不超過(guò)1%。

氮化硅陶瓷刀具是近年來(lái)才在生產(chǎn)中推廣使用的一種新型刀具。因此，不論在刀具的幾何參數(shù)、切削用量以及使用技術(shù)方面，均缺乏成熟的經(jīng)驗(yàn)。

陶瓷刀具的實(shí)際應(yīng)用是一項(xiàng)需要綜合各方面技術(shù)的系統(tǒng)工程，決不是只要買了陶瓷刀具換上就可以解決問(wèn)題。

加之陶瓷刀具本身所具有的物化特性、加工時(shí)的切削性能與普通刀具有著相當(dāng)大的差別，因此在應(yīng)用時(shí)，必須考慮以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。



▇　1. 對(duì)機(jī)床的要求
陶瓷薄膜刀具材料對(duì)沖擊和振動(dòng)載荷比較敏感。這是陶瓷薄膜刀具材料在耐沖擊和抗振性方面的最大弱點(diǎn)。

機(jī)床—工件—刀具工藝系統(tǒng)剛性弱是促使陶瓷薄膜刀具壽命降低或崩刃的主要原因。其中除工件和刀具本身的剛性因素外，機(jī)床剛性愈小，則振動(dòng)愈大，而刀具壽命也就愈低。

這里需要特別指出，在分析機(jī)床剛性時(shí)，一定要注意機(jī)床—工件—刀具工藝系統(tǒng)剛性，而不是孤立的一臺(tái)機(jī)床的剛性，必須考慮工件、夾具、頂尖及刀具的剛性等。 任何環(huán)節(jié)的剛性不足都將大幅度地降低陶瓷薄膜刀具的切削性能和效率。實(shí)踐證明，適于陶瓷薄膜刀具加工的機(jī)床必須具有良好的剛性、足夠的功率和高的轉(zhuǎn)數(shù)。

分析國(guó)內(nèi)目前機(jī)床情況可以看出，中型機(jī)床在精、半精加工時(shí)這三方面都基本滿足要求。對(duì)淬硬鋼或硬鎳鑄鐵等難加工材料的加工，由于其選用的切削速度較低，即 使採(cǎi)用陶瓷薄膜刀具來(lái)加工，其功率也是足夠的，而在普通鋼材或鑄鐵粗加工時(shí)往往這三方面都不容易滿足。

重型機(jī)床的剛性好，有足夠的轉(zhuǎn)速及功率，只要使用得當(dāng)，在重型工件的加工中，採(cǎi)用陶瓷薄膜刀具的成功率往往比較高。



▇　2. 對(duì)被加工零件的要求
a. 雖然陶瓷薄膜刀具對(duì)大多數(shù)鑄、鍛件不退火就能進(jìn)行毛坯撥荒加工，但硬鑄件毛坯上的嚴(yán)重夾砂和砂眼將會(huì)引起許多不必要的打刀，增加了陶瓷薄膜刀具的消耗。如果能在切削加工前對(duì)毛坯進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，如切削前先用手砂輪?duì)缺陷部分進(jìn)行清理、修正，就會(huì)得到比較好的效果。

b. 高速轉(zhuǎn)動(dòng)的高硬毛坯的任何一點(diǎn)毛邊都有可能打壞陶瓷薄膜刀具，而從已車圓了的毛坯開始切削，卻可以長(zhǎng)期穩(wěn)定地切削。因此對(duì)于那些硬度高而形狀不規(guī)則的毛 胚，應(yīng)注意必須先倒角后再用陶瓷刀具切削。毛坯切入處的倒角，可避免陶瓷薄膜刀具剛接觸工件時(shí)承受過(guò)大的沖擊載荷。毛坯切出處的倒角，主要是為避免陶瓷薄 膜刀具切離零件時(shí)被留下的一圈料邊打壞。

c. 機(jī)床與被加工零件的情況要匹配，避免“小馬拉大車”等現(xiàn)象。



▇　3. 氮化硅陶瓷薄膜刀具合理幾何參數(shù)的選擇
雖然氮化硅陶瓷薄膜刀具是一種切削性能優(yōu)良的刀具，但是如果不能在使用中合理地選擇其幾何參數(shù)，仍然不能很好地發(fā)揮其作用。

所謂刀具的合理幾何參數(shù)，是指能保證粗加工或半精加工刀具有較高的生產(chǎn)率和刀具壽命，精加工刀具能保證加工出符合預(yù)定尺寸精度和表面質(zhì)量的工件，同時(shí)也具有較高的刀具壽命相應(yīng)的刀具幾何參數(shù)。

在選擇陶瓷薄膜刀具的合理幾何參數(shù)時(shí)，除要考慮刀具的一般規(guī)律外，同時(shí)也必須考慮某些屬于陶瓷薄膜刀具所特有的規(guī)律。氮化硅陶瓷薄膜刀具是一種硬而脆的刀 具，如何保證其使用的穩(wěn)定可靠、不發(fā)生崩刃仍然是選擇氮化硅陶瓷薄膜刀具合理幾何參數(shù)的主要依據(jù);氮化硅陶瓷薄膜刀具的結(jié)構(gòu)，主要是機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，所以 必須結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)考慮選擇合理幾何參數(shù)。



▇　4. 合理選擇切削用量
合理選擇切削用量，是充分發(fā)揮陶瓷薄膜刀具切削性能的基本問(wèn)題之一。切削用量直接影響加工生產(chǎn)率、加工成本、加工質(zhì)量和刀具壽命。因?yàn)樘沾杀∧さ毒呔哂杏?度高、耐磨性好、耐熱性高等優(yōu)點(diǎn)以及脆性較大、強(qiáng)度較低等缺點(diǎn)，所以必須充分考慮這些特點(diǎn)來(lái)選擇合適的切削用量，以達(dá)到提高生產(chǎn)率、保證加工質(zhì)量的目的。

a. 切削深度 ap 的選擇
用陶瓷薄膜刀具加工時(shí)，為了縮短加工時(shí)間，應(yīng)盡可能選擇較大的切削深度，以便在一次走刀后切去大部分馀量。

由于切削深度受機(jī)床功率和工藝系統(tǒng)剛性的限制，一般粗加工鋼和鑄鐵時(shí)，允許的最大切削深度為2~6mm ，通常取ap>1.5mm;精加工時(shí)取ap<0.5mm; 加工淬硬鋼，一般都是半精加工或精加工，馀量和切削深度較小。當(dāng)工藝系統(tǒng)剛性比較差時(shí)，應(yīng)取較小的切削深度，否則容易引起振動(dòng)，使刀具破損。

b. 進(jìn)給量 f 的選擇
合理選擇進(jìn)給量是成功應(yīng)用陶瓷薄膜刀具的關(guān)鍵。進(jìn)給量主要受陶瓷薄膜刀具強(qiáng)度及工藝系統(tǒng)剛性的影響，精加工時(shí)還要受被加工表面粗糙度的影響。

因?yàn)樘沾杀∧さ毒叩膹?qiáng)度比硬質(zhì)合金刀片低，所以進(jìn)給量也應(yīng)低些。一般可預(yù)選得小一些，通過(guò)實(shí)踐逐步增加。精車普通鋼和鑄鐵，進(jìn)給量f 取為0.10~0.75mm/r ;精加工取f=0.05~0.25mm/r ，端銑時(shí)可取每齒進(jìn)給量af=0.1~0.3mm/z。加工淬硬鋼時(shí)隨硬度不同而選取不同的進(jìn)給量，一般車削取f=0.1～0.3mm/r ; 端銑取每齒進(jìn)給量af=0.05 ～0.15mm/z。

進(jìn)給量對(duì)刀具破損的影響比切削速度大，選取較小的進(jìn)給量，有利于防止或減少刀具的破損，因此，對(duì)于陶瓷薄膜刀具應(yīng)選用較小的進(jìn)給量和盡可能高的切削速度。

c. 切削速度 v 的選擇
氮化硅陶瓷薄膜刀具適于高速切削。對(duì)一定的工件材料，切削速度主要受機(jī)床功率限制。結(jié)合已選定的切削深度ap和進(jìn)給量f，如因機(jī)床功率不足，而使切削速度 選得過(guò)低，則不僅不利于發(fā)揮陶瓷薄膜刀具的優(yōu)越性，而且容易發(fā)生崩刃。

應(yīng)當(dāng)適應(yīng)減少進(jìn)給量，甚至是切削深度，以便提高切削速度。目前陶瓷薄膜刀具的切削速度，雖然有的國(guó)家最高到1500m/min ，但加工普通鋼和鑄鐵，大多數(shù)仍然採(cǎi)用v=200~600m/min ; 加工硬度<65HRC 的鋼材時(shí)v=60~200/min ;銑削一般鋼和鑄鐵時(shí)v=200~500m/min ;銑削耐熱合金v=100～250m/min。

切削速度對(duì)切削屑形狀影響很大，特別在v=350~1500m/min 范圍內(nèi)，往往可以獲得良好的切削形狀，如在高速車削淬硬鋼時(shí)，可能形成酥化的易于碎斷的假帶狀切屑，而使切屑易于清理。用陶瓷薄膜刀具作低速切削時(shí)，不但 與硬質(zhì)合金刀具的切削性能相近，而且容易引起工藝系統(tǒng)的振動(dòng)，使刀具發(fā)生崩刃。

例如:在v<50m/min 時(shí)車削抗拉強(qiáng)度為800~850Mpa的鋼材，陶瓷薄膜刀具很容易發(fā)生崩刃，甚至無(wú)法切削。在一定速度范圍內(nèi)高速切削時(shí)，切削溫度的升高，能改變工件材料 的性能，提高陶瓷薄膜刀具的韌性，從而減少其破損，所以一般陶瓷薄膜刀具均採(cǎi)用干切削。

而用陶瓷薄膜刀具斷續(xù)切削時(shí)，如果切削速度提高太多，溫差很大，產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致刀具破損。