在机械加工中,刀具一直被称作为工业制造的牙齿,而刀具材料的切削性能是决定其生产效率,生产成本和加工品质的关键因素之一。在汽车和航空制造业,精密加工已成为一种发展趋势,对工件表面光洁度的要求也在不断提高。陶瓷加工刀具在这些行业的使用量正与日俱增。为了延长陶瓷刀具的使用寿命,关注的重点集中在如何提高其韧性和耐磨性。那么陶瓷刀具是什么材料做的呢?
简单来说传统的陶瓷材料一般取自自然界,如景德镇的土,经过混料、成形和焙烧等工序制成各种日用品。而现代高技术陶瓷,也称特种陶瓷,它的材料是人工合成的,如氮化硅粉,纯度高。利用现代粉末冶金工艺制造,制成的产品具有硬度高和耐高温等性能。
陶瓷刀具种类众多,市面上的陶瓷刀大多是用一种纳米材料“氧化锆”加工而成。 用氧化锆粉末在 2000度高温下用 300吨的重压配上模具压制成刀坯,然后用金刚石打磨之后配上刀柄 就做成了成品陶瓷刀。
陶瓷加工刀具有以下特性:
1、耐磨性好;
2、耐高温,红硬性好;
3、刀具耐用度比传统刀具高几倍甚至几十倍,减少了加工中的换刀次数,保证被加工工件的小锥度和高精度;
4、不仅能对高硬度材料进行粗、精加工,也可进行铣削、刨削、断续切削和毛坯拔荒粗车等冲击力很大的加工;
5、陶瓷刀片切削时与金属摩擦力小,切削不易粘接在刀片上,不易产生积屑瘤,加上可以进行高速切削。
陶瓷刀片的材料有哪些种类:
陶瓷刀片材料的进展集中在提高传统刀具陶瓷材料的性能、细化晶粒、组份复合化、采用涂层、改进烧结工艺和开发新品等方面,以期获得耐高温性能、耐磨损性能和抗崩刃性能优异且能适应高速精密切削加工的需求。河南超硬材料研究所把陶瓷刀具材料大致可分为氧化铝系、氮化硅和氮化硼(立方氮化硼刀具)三大类。在金属切削领域,氧化铝陶瓷刀片和氮化硅陶瓷刀片合称为陶瓷刀片;在无机非金属材料学中,立方氮化硼材料归于陶瓷材料大类。以下是三类陶瓷的特点。
1、氮化硅(Si3N4)基陶瓷刀具:是在氮化硅基体中添加适量金属碳化物及金属等复合强化剂,利用复合强化效应(又称弥散强化效应)制成的一种陶瓷。特点是硬度高,耐磨性好,耐热性、抗氧化性好,氮化硅与碳和金属元素化学反应较小,摩擦因数也较低。适宜精车,半精车,精铣或半精铣。
2、氮化硼陶瓷(立方氮化硼刀具):硬度高,耐磨性,耐热性好,好的热稳定性,具有良好的导热性,较低的摩擦系数,线膨胀系数小。如华菱立方氮化硼刀具BN-S20牌号用于粗加工淬硬钢,BN-H10牌号牌号用于高速精加工淬硬钢,BN-K1牌号加工高硬度铸铁,BN-S30牌号高速切削灰口铸铁均比陶瓷刀片更能取得良好的经济效益。
3、氧化铝(Al2O3)基陶瓷:碳化物系陶瓷中添加Ni、Co、W等作为粘结金属,可提高氧化铝与碳化物的结合强度。具有良好的耐磨性、耐热性,且其高温化学稳定性好,不易与铁元素之间发生相互扩散或化学反应,所以氧化铝基陶瓷刀具的应用范围*广,适于对钢材、铸铁及其合金的高速切削加工;由于抗热振性能提高,也可用于断续切削条件下的铣削或刨削,但它不宜用来加工铝合金、钛合金和钽合金,否则容易产生化学磨损。
目前,我国陶瓷刀具的发展十分迅速,研究与开发水平与国际相当。陶瓷刀具通过对陶瓷刀具材料组分、制备工艺与材料设计的研究可以在保持高硬度、高耐磨性和红硬性的基础上,极大的提高刀具材料的韧性和抗冲击性能,制备符合现代切削技术使用要求的适宜材料。
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