陶瓷材料是21世紀(jì)最有希望、最有競爭力的刀具材料，它的發(fā)展將有可能引起切削加工領(lǐng)域的又一次革命。雖然我們在嘗試過程中獲得了一些經(jīng)驗(yàn)，但還需要進(jìn)一步試驗(yàn)拓寬加工材料的品種，只有掌握好陶瓷刀具的性能，才能更好地應(yīng)用于高溫合金的加工。

    　在航空發(fā)動機(jī)制造行業(yè)，材料性能不斷提升，難加工材料（高溫合金）的數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)成為行業(yè)內(nèi)普遍關(guān)注的問題。陶瓷刀具材料具有硬度高、耐磨性能和耐熱性能好、化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良、不易與金屬產(chǎn)生粘結(jié)的特點(diǎn)，已成為高速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(zhì)合金刀具高8～10倍，能夠大幅度提高切削效率。當(dāng)前，新型陶瓷刀具不斷出現(xiàn)，有專家預(yù)計(jì)，在世界范圍內(nèi)陶瓷刀具在機(jī)械加工刀具中所占比重將達(dá)15%～20%。它的發(fā)展將可能引起切削加工領(lǐng)域的又一次革命。

    　高溫合金（主要指鎳基或鈷基合金）在高溫下具有優(yōu)良的穩(wěn)定性和防蠕變性，GH4169常溫下硬度高（可達(dá)HRC35～47），韌性很好。但與普通鋼件相比，其機(jī)械加工性能較差，切削過程需要消耗更多的能量。

    　21世紀(jì)初，我們公司開始大量購進(jìn)數(shù)控設(shè)備，逐步淘汰了普通機(jī)床，可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀具逐步取代了傳統(tǒng)的焊接刀具，生產(chǎn)效率得到前所未有的提高。

    　近10年來，應(yīng)用硬質(zhì)合金刀具加工鈦基、鎳基和鈷基高溫合金得到廣泛普及，硬質(zhì)合金材料在低于600℃的工作溫度下所表現(xiàn)出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(zhì)合金刀具有一個(gè)致命的弱點(diǎn)，其熔點(diǎn)約為1200℃，當(dāng)切削區(qū)溫度高于800℃時(shí)，刀刃的強(qiáng)度和硬度會大幅下降，磨損加劇，甚至難以完成正常切削。因此，應(yīng)用硬質(zhì)合金刀具切削高溫合金材料時(shí),為避免切削區(qū)溫度過高,線速度只能維持在40m/min左右。對加工余量較大的零件，由于緩慢的切削速度，金屬去除率很低，占機(jī)時(shí)間很長，生產(chǎn)成本大大增加，這使得現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的潛力遠(yuǎn)沒有發(fā)揮出來。隨著新型發(fā)動機(jī)性能不斷提高，新材料不斷涌現(xiàn)，硬質(zhì)合金刀具已經(jīng)很難適應(yīng)。因此，尋找一種更加理想的切削刀具已成為當(dāng)務(wù)之急。

    　發(fā)達(dá)國家的航空發(fā)動機(jī)企業(yè)（如美國GE公司、英國羅·羅公司）早在20年前就開始用采陶瓷刀具加工高溫合金材料。陶瓷材料最大特點(diǎn)就是熔點(diǎn)高（2000℃以上），1200℃時(shí)硬度不會下降很多，是一種非常理想的取代硬質(zhì)合金刀具實(shí)現(xiàn)高速切削的材料。而在我國，由于種種原因，此類刀具的使用還未廣泛普及。

    　切削加工中的切屑成型是一種典型的大變形過程,涉及到材料非線性、幾何非線性以及邊界非線性問題,在高速切削過程中還涉及到熱力藕合問題。

    　著名切削專家皮斯潘尼和莫詹特（Piisnen&Merchant）早在1945年提出的切屑形成機(jī)理中指出：在剪切力（切削力）的作用下，剪切面附近的晶界開始被撕裂變形，與基體分離形成切屑，并產(chǎn)生大量的熱量。實(shí)際上，約80%的切削熱由此產(chǎn)生。

    　應(yīng)用陶瓷刀具實(shí)現(xiàn)高速切削的核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，切削區(qū)溫度升高，軟化切屑，使切削變得很容易。盡管陶瓷材料與硬質(zhì)合金材料相比，其韌性與耐磨性相差很多，但其高溫穩(wěn)定性是硬質(zhì)合金刀具遠(yuǎn)達(dá)不到的。因此，提高線速度是增加切削區(qū)溫度最有效的方法。理論上說，陶瓷刀具的切削速度和金屬去除率應(yīng)是硬質(zhì)合金刀具的5～10倍甚至更多。

    　刀具商在推廣時(shí)只提出陶瓷刀具適合加工HRC55以上的材料，而對于小于HRC55的材料未見相應(yīng)的報(bào)道。本文針對小于HRC55的材料的加工談一點(diǎn)自己的體會。

    　由于長時(shí)間使用硬質(zhì)合金刀具，操作者已習(xí)慣于低速切削，而這種適合硬質(zhì)合金的加工方式恰恰是陶瓷刀具加工中的最大禁忌。在使用陶瓷刀具時(shí)，出于安全考慮，操作者總是不敢提高轉(zhuǎn)速，甚至希望在普通車床上使用陶瓷刀具。以往陶瓷刀具使用過程中遇到的大部分問題都是由于切削速度不足而造成的。