陶瓷刀具使用说明

魔神

    

陶瓷刀具是现代金属切削加工中的一种新型材料刀具。它不仅能提高生产效率，加工某些普通刀片所不能加工的超硬材料，而且是现有各类刀具的补充，是刀具家族中一支新生力量，在机械加工行业中占有十分重要的地位。陶瓷刀具是用特种陶瓷粉末材料，采用科学配方，通过特殊生产工艺，使用现代化设备生产制造出来的。其特点为高硬度、高强度、高红硬性、高耐磨性及优良的化学稳定性和低摩擦系数等，其切削加工效率为普通硬质合金的3-9倍。普遍适用于机械加工中的车、铣、镗、刨等机床的粗、半精及精加工，更加适合于各类CNC数控车，铣床及加工中心等现代化机床的使用。

一、重庆利特刀具的切削性能

1. 高硬度
   
   利特陶瓷刀片的常温硬度值已超过了最好的硬质合金刀片的硬度而达到92.5-94HRA，这就大大提高了切削能力和耐磨性。它可以加工硬度高达65HRC的各类淬硬钢和硬化铸铁，从而减少了退火工序，节省了电力。优良的耐磨性，不仅延长了刀具的切削寿命，而且还减少了加工中的换刀次数，从而降低了工人劳动强度，也提高了生产效率。
   
2. 高强度
   利特陶瓷刀片的抗弯强度，目前已可达到600-900MPa，其抗压强度已超过了高速钢而接近普通硬质合金。
   
3. 高抗高温氧化性
   
   利特陶瓷刀片的耐热性和抗高温氧化性良好，即使在1100-1400℃切削高温时，仍能保持较高的硬度，强度进行长时间切削。因此加工速度远远高于硬质合金刀具，实现高速切削。其切削速度可比硬质合金刀具提高3-10倍，因而能大幅度提高生产效率。
   
4. 良好的断裂韧性(K1c)
   
   断裂韧性值是评价陶瓷刀片抗破损能力的重要指标之一，它与材料的组成、结构、工艺等因素有关。利特陶瓷刀片断裂韧性达 5.5-7.5MPa·m^½，接近某些牌号的硬质合金刀片，因而具有良好的抗冲击能力。尤其在进行铣、刨、镗削及其他断续切削时，更能显示其优越性。
   
5. 高抗热震性
   
   陶瓷材料的抗热震性是指在承受急剧温度变化时，评价抗破损能力的重要指标。
   利特Si3N4系列陶瓷刀片的抗热震性能指标ΔT，高达600-800℃，由于强度高，较低热膨胀系数而明显优于其他系列陶瓷刀片(300-400℃)，因而在高强度断续零件的毛坯加工方面，显示出独特的优越性。
   
6. 适用于加工材质
   
   ①各类淬硬钢(58～65HRC)
   
   ②冷硬铸铁(80～90HS)
   
   ③高锰钢
   
   ④镍(Ni),铬(Cr)合金
   
   ⑤各类铸铁(200-400HB)
   
   ⑥各类非金属材料，石墨，陶瓷素坯，玻璃钢，耐火材料等。

二、重庆利特陶瓷刀片对机床的要求

陶瓷刀具材料对冲击和振动载荷比较敏感。新一代的利特陶瓷刀具材料虽然在耐冲击和抗振性方面有了很大进步，但是也未从根本上改变其弱点。

机床 — 工件 — 刀具工艺系统刚性弱是促使陶瓷刀具耐用度降低或引起崩刃的主要原因。其中除工件和刀具本身的刚性因素外，机床刚性愈小，则振动愈大，而刀具耐用度也就愈低。

实践证明，适于陶瓷刀具加工的机床必须具有良好的刚性、足够的功率和高的转数。

从国内目前机床情况来看，中型机床在精、半精加工时这三方面都基本可满足要求(只是转速尚嫌低)。对淬硬钢或硬镍铸铁等难加工材料的加工，由于其选用的切削速度较低，即使采用陶瓷刀具来加工，其功率也是足够的。而在普通钢材或铸铁精加工时往往这三方面都不容易满足。所以国外在汽车工业中都设计专用机床用陶瓷刀具加工汽车零件。重型机床的刚性好，有足够的转速及功率，只要使用得当，在重型工业的加工中，采用陶瓷刀具的成功率往往比较高。

另外，在分析机床刚性时，一定要注意的是机床 — 工件 — 刀具工艺系统刚性，而不是孤立的一台机床的刚性。例如：必须考虑工件的刚性、夹具的刚性、顶尖刚性及刀具刚性、刀具中心高是否与加工工件中心一致等。任何环节的刚性不足和操作不当都将大幅度地降低陶瓷刀具的切削性能和效率(如有的工厂在大型立车上装一小刀架，再在小刀架上装一小车刀，使得这把小车刀成为整个工艺系统中的薄弱环节，根本无法承受重型工件的切削)。

总之，使用陶瓷刀具的机床，即使一时不太理想时，也必须对原有机床进行认真检修，使之符合一定质量标准才使用，切忌使用那些年久失修，快散架的机床。

三、对被加工零件的要求

1. 零件毛坯
   
   虽然利特陶瓷刀具能对大多数铸、锻件不退火就进行毛坯拨荒加工，但也并不是毛坯情况越差越好。如硬铸件毛坯上的严重夹砂和砂眼将会引起许多不必要的打刀，增加了陶瓷刀具的消耗。如果能在切削加工前对毛坯进行适当的处理，那就会好得多，如有的工厂在切削前先用手砂轮对缺陷部分进行清理、修正，就得到比较好的效果。
   
2. 机床与被加要零件的情况要匹配，避免“小马拉大车”等现象。
   
3. 零件“切入”、“切出”处均应倒角。
   
   对于那些硬度高而形状不规则的毛坯，应注意必须先倒角后再用陶瓷刀具切削(倒角可用硬质合金刀具在低速下进行)。
   
   毛坯切入处的倒角，可避免陶瓷刀具刚接触工作时，承受过大的冲击载荷(一般倒角的角度最好略小于刀具的主偏角)，造成初始损坏。
   
   毛坯切出处的倒角，主要是为避免陶瓷刀具切离零件时被留下的一圈料边打坏。
   
   要知道高速转动的高硬毛坯的任何一点毛边，都有可能打坏陶瓷刀具，而从已车圆了的毛坯开始切削，却可以长期稳定地切削，所以千万不要忽略了倒角这一“小”问题。
   
4. 刀片几何尺寸对刀片强度的影响。
   
   陶瓷刀片的厚度、刀尖圆弧、半径、刀尖的角度是影响刀具强度的因素。刀片的厚度越小，强度越低；刀尖圆弧半径越大，强度越好；刀尖的角度越小，强度越低。
   原则上粗车时选用厚度大，刀尖圆弧半径大，刀尖角度大。反之选用小厚度、小半径、小角度来精加工。

四、合理选择切削用量

1. 切削深度ap的选择
   
   在陶瓷刀具加工时，为了缩短加工时间，应尽可能选择较大的切削深度，以使在一次走刀后切去部分余量(仅留后续工序的精加工余量)。但由于切削深度受机床功率和工艺系统刚性的限制，一般粗加工钢和铸铁时，允许的最大切削深度为2-5mm，通常取ap>1.6mm，精加工取ap〈0.6mm；加工淬硬钢，一般都是半精加工或精加工，余量和切削深度较小。当工艺系统刚性比较差时，应取较小的切削深度，否则容易引起振动，使刀片破损。
   
2. 进给量f的选择
   
   合理选择进给量是成功应用陶瓷刀具的关键。但是进给量的大小主要受陶瓷刀片强度及工艺系统刚性的影响，精加工还要受被加工表面粗糙度的影响。
   
   因为陶瓷刀片的强度比硬质合金刀片低，所以进给量也应低些。一般可预选得小一些，通过实践逐步增加。粗车普通钢和铸铁，进给量f取为0.1-0.75mm/r；精加工取f=0.05-0.25mm/r。端铣时可取每齿进给量af=0.1-0.3mm/Z。
   
   加工淬硬钢，随硬度不同而选取进给量f。一般取车削f=0.1- 0.3mm/r；端铣取每齿进给量af=0.05-0.15mm/Z。
   

   按已加工表面粗糙度选取进给量f

   粗糙度Ra(µm)	进给量f(mm/r)
   >5～10(▽4)	0.3～0.7
   >2.5～5(▽5)	0.2～0.5
   >1.25～2.5(▽6)	0.1～0.3
   >0.63～1.25(▽7)	0.05～0.2

   
   
   如有表面粗糙度要求则可按右表数据选取：
   
   注意，进给量对刀具破损的影响比切削速度大，选取较小的进给量，有利于防止或减少刀具的破损。因此，对于陶瓷刀具应选用较小的进给量和尽可能高的切削速度。
   
3. 切削速度v的选择利特陶瓷刀具适于高速切削。
   
   对一定的工件材料，切削速度主要受机床功率限制。结合已选定的切削深度ap和进给量f，如因机床功率不足，而使切削速度选得过低，则不仅不利于发挥陶瓷刀具的优越性，而且容易发生崩刃。应当适当减少进给量，甚至是切削深度，以便提高切削速度。目前陶瓷刀具的切削速度，虽然有的国家最高已用到1500m/min，但加工普通钢和铸铁，大多数仍然是v=200-600m/min；加工硬度HRC<65的钢材v=60-200m/min；铣削一般钢和铸铁v=200-500m/min；铣削耐热合金v=100-250m/min。
   
   切削速度对切屑形状的影响很大，特别在v=350-1500m/min范围内，往往可以获得良好的切屑形状，如在高速车削淬硬钢时，可能形成酥化的易于碎断的假带状切屑，而使切屑易于清理。用陶瓷刀具作低速切削时，不但与硬质合金刀具的切削性能相近，而且容易引起工艺系统的振动，使刀具发生崩刃。例：在v<50m/min时车削抗拉强度为800-850MPa的钢材，陶瓷刀具很容易发生崩刃，甚至无法切削。在一定速度范围内高速切削时，切削温度的升高，能改变工件材料的性能，提高陶瓷刀具的韧性，从而减少其破损，所以一般陶瓷刀具均采用干切削。
   
   注意：用陶瓷刀具断续切削时，如果切削速度提高太多，温差很大，产生的热应力会导致刀具破损。
   目前，国内外并没有陶瓷刀具切削用量的定型数据可查，有的只是一些厂商积累的经验数据和我公司自身对陶瓷刀具的实验数据。而且随着陶瓷刀片质量的好坏，具体使用时的加工条件的不同，其出入也较大。（一般美国切削数据手册中的切削用量偏高，在国内生产中很难达到）。
   
   利特公司根据国内若干工厂使用利特陶瓷刀具的实践将切削用量归纳在下表中，在一般情况下，推荐给用户参考。但有些情况，就要酌情处理，相同材质的，如大工件，大直径就不能用高转速，但工件小，直径小，就可提高切速。
   
   

   利特陶瓷刀具推荐参考切削参数

   工件材料与工序		刀片牌号	切削速度V m/min	进给量f mm/r	切削深度ap mm
   灰铸铁HT 200-300HB	粗加工	LT-1、2	100-250	0.3-0.9	2-6
   	半精加工	LT-2、3	150-300	0.2-0.7	1-4
   	精加工	LT-3、4	150-400	0.05-0.4	0.1-1
   可锻铸铁KT 200-280HB	粗加工	LT-1、2	110-280	0.4-1	2-6
   	半精加工	LT-2、3	160-300	0.15-0.8	1-3
   	精加工	LT-3、4	200-400	0.1-0.5	0.1-1
   球墨铸铁QT 200-320HB	粗加工	LT-1、2	80-150	0.2-0.9	2-6
   	半精加工	LT-2、3	120-200	0.1-0.6	1-4
   	精加工	LT-3、4	150-300	0.05-0.35	0.05-0.8
   冷硬铸铁LT 80-90HS	粗加工	LT-1、2	15-30	0.3-0.9	1-5
   	半精加工	LT-2、3	25-50	0.2-0.7	0.8-3
   	精加工	LT-3、4	30-80	0.1-0.35	0.1-0.8
   淬硬钢 50-65HRC	粗加工	LT-3	25-45	0.15-0.5	0.3-2
   	半精加工	LT-4	35-60	0.1-0.35	0.2-1
   	精加工	LT-4	45-90	0.05-0.25	0.05-0.5
   高速钢 58-68HRC	粗加工	LT-3	20-40	0.1-0.4	0.5-1.5
   	半精加工	LT-4	30-50	0.1-0.35	0.3-1
   	精加工	LT-4	40-80	0.05-0.15	0.05-0.5
   滚珠轴承钢 55-62HRC	粗加工	LT-3	20-50	0.2-0.5	0.3-1.5
   	半精加工	LT-4	35-60	0.15-0.35	0.2-0.8
   	精加工	LT-4	50-90	0.05-0.2	0.05-0.3
   耐热合金Ni 110-400HB	粗加工	LT-3	50-70	0.2-0.35	0.5-2
   	半精加工	LT-3、4	60-90	0.1-0.25	0.3-1
   	精加工	LT-8、4	80-120	0.05-0.15	0.15-0.3
   耐热合金Co 100-300HB	粗加工	LT-3	40-60	0.15-0.35	0.5-2
   	半精加工	LT-3、4	50-80	0.1-0.25	0.3-1
   	精加工	LT-8、4	70-100	0.05-0.15	0.1-0.3
   铝合金	粗加工	LT-8、4	200-400	0.3-0.5	0.5-3
   	半精加工	LT-8、4	250-600	0.05-0.15	0.05-0.3

   
   

   利特陶瓷推荐刀具参数

   加工类别\几何参数	刀尖rε mm	负倒棱宽度drn mm	倒棱角度(rn)
   粗加工	1.2-8.0	0.7-1.5	15°-25°
   半精加工	0.8-1.6	0.25-0.7	10°-15°
   精加工	0.2-1.2	0.1-0.25	0°-15°

   
   

   不同刀尖半径时最大进给推荐

   刀尖半径rε mm	0.2	0.4	0.8	1.2	1.6	2.4
   最大进给Fn mm	0.05-0.15	0.25-0.35	0.4-0.7	0.5-1.0	0.7-1.3	1.0-1.8

   
   
   注：

   
   
   1. 用户可根据加工需要选择不同主偏角的刀杆配所需加工方式的刀片；
      
   2. 对于55°及35°和R型刀片适合仿型加工及台阶加工。

   
   

五、陶瓷刀具的刃磨

对于陶瓷刀具，一般都采用金刚石砂轮进行磨削，其磨削质量对切削性能有很大影响。对于可转位陶瓷刀片，原则上是不重磨的，因为重磨后其刀片的装夹尺寸及定位尺寸都发生变化，在CNC机床加工中就要重新调整进刀尺寸，以保证工件尺寸的一致性。但一些工厂为了降低消耗，物尽其用，也可在工具磨床或刀具刃磨机上用金刚石砂轮进行刃磨，其金刚石砂轮的主要参数，一般可采用：

粒度：180～280# 浓度：75～100%

硬度：K、L、M、P 结合剂：树脂结合剂。

一般情况下，半精磨采用粒度粗一些，精磨粒度细一些，半精磨硬度低一些，精磨硬度高一些，其磨削速度干磨，一般为18～22m/s，加磨削液时可提高为20～28m/s。磨削时进刀不能太大、太快，以免陶瓷刀片崩裂。

利特公司按照ISO国际标准生产各类刀具及刀片，也为用户设计，生产非标准各类刀具，并提供良好的售前、售后服务。随时向用户了解使用情况，反馈用户的意见和建议，不断提高我们的产品质量及服务质量，使我们生产的产品不断完善，我们的公司不断进步，以便于更好地为用户服务。