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氮化硅陶瓷刀具的性能特点 使用制作氮化硅陶瓷刀注意事项

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摘要:氮化硅陶瓷刀具是陶瓷刀具的一种,具有硬度高、高强度、耐热耐高温、抗氧化、断裂韧性良好、抗震性强、原材料丰富、制作工艺简单等性能特点,因此逐渐取代W、Ta等硬合金,广泛应用于数控机床、高速切削、加工硬件等工业领域。制作和使用氮化硅陶瓷刀具时要注意在原料上尽可能使用超细粉、刀片形状尽量简单、合理地使用不同的切削参数。下面来了解一下氮化硅陶瓷刀具的知识吧!

什么是氮化硅陶瓷刀具

氮化硅陶瓷刀具是用一种非氧化物工程陶瓷制成的数控刀具,随着切削加工生产率和降低生产成本要求的不断提高,W 、Co、Ta、Nb等金属的矿产资源正日益减少,陶瓷刀具不断发展起来,氮化硅陶瓷刀具就是其中一种。

氮化硅陶瓷刀具的性能特点

1、硬度高。一般为93~94HRA,气相沉积法制造的晶态Si3N4的显微硬度可达5000,它仅次于金刚石和立方氮化硼,但却远远高于碳化钨、碳化钛和氧化铝。所以Si3N4陶瓷刀具可具备比硬合金和氧化铝基陶瓷刀具更高的切削性能,可加工硬质合金难以加工或不能加工的高硬材料,如可以加工硬度高达65HRC的各类淬硬钢和硬化铸铁,免除退火加工所消耗的电力。其优良的耐磨性,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,从而保证切削工件时的小锥度和高精度,尤其在用数控机床进行高精密连续加工时,可减少对刀误差和因磨损引起的不可预测的误差,简化刀具误差补偿。

2、高强度。目前氮化硅陶瓷刀片的抗弯强度已达到750~1000Mpa,超过了高速钢,与普通硬质合金相当。

3、耐热性和抗高温氧化性特别好。即使在 1200~1450℃切削高温时仍能保持一定的硬度和强度进行长时间切削,因此允许采用远远高于硬质合金刀具的切削速度实现高速切削。其切削速度比硬质合金刀具提高3~10倍,因而能大幅度提高生产效率。实验证明,在众多的陶瓷材料中,Si3N4陶瓷具有最佳的耐热性 。

4、良好的断裂韧性。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。Si3N4系列陶瓷刀片的断裂韧性值优于其他系列陶瓷刀片(达 6~7MPam1/2),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。

5、抗热震性强。陶瓷材料的抗热震性是指其在承受急剧温度变化时,评价其抗破损能力的重要指标。Si3N4系列陶瓷刀片的抗热震性能指标ΔT ,由于其强度高、热膨胀系数低而高达600~800℃,明显优于其它系列陶瓷刀片(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能。

6、陶瓷刀片切削时与金属摩擦力小。切屑不易粘拼在刀片上,不易产生积屑瘤,加上可以进行高速切削,所以在条件相同时,工件表面粗糙度比较低。

7、原材料丰富。氮化硅陶瓷刀具的主要原料是自然界很丰富的氮和硅,用它代替硬质合金,可节约大量w、Co、Ta和Nb等重要战略金属。

8、制造和磨削工艺比较简单,成本较低。Si3N4陶瓷的制造工艺比较简单,不需要高温高压合成设备。Si3N4陶瓷刀具可用人造金刚石砂轮磨削和金刚石研磨膏研磨。因此,这种刀片制造成本较低,便于推广使用。

使用制作氮化硅陶瓷刀具注意事项

1、在原料上尽可能使用超细粉,在生产工艺上采取各种措施抑制晶粒长大,从而得到尽可能高的强度和韧性。

2、刀片形状尽量简单,如不开断屑槽,这样有利于生产使用和提高刀具寿命。降低刀片表而粗糙度可抑制微裂纹生长。采用负倒棱可增大刀刃强度。

3、在使用上对不同材料的工件,合理地使用不同的切削参数,可提高刀具的耐用度。

4、选择转数高、功率大、工件-机床-刀具系统刚性好的机床进行加工,以减小振动,采用高速切削充分发挥陶瓷刀具的性能。

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