具有代表性的高硬度材料有模具鋼、淬火鋼和軋輥等，對(duì)這種材料以往大都采用磨削方法進(jìn)行精加工。現(xiàn)在為了降低生產(chǎn)成本而改用切削加工。

欲實(shí)現(xiàn)對(duì)高硬度材料進(jìn)行切削加工，必須具備的條件是刀具硬度應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于被切削材料的硬度。此外，由于對(duì)高硬度材料進(jìn)行切削加工時(shí)，刀頭的溫度非常高，所以它還需具備以下各種特性：

-耐塑性變形性能很好，即高溫硬度很好。
-化學(xué)穩(wěn)定性很好，即不會(huì)與被切削材料、氧氣和切削液等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也不會(huì)出現(xiàn)熱分解現(xiàn)象。
-熱傳導(dǎo)率很好，即高溫刀頭不會(huì)因熱沖擊而產(chǎn)生缺損現(xiàn)象。

以往大都用立方氮化硼(CBN)刀具對(duì)高硬度材料進(jìn)行高速切削和斷續(xù)切削加工。與立方氮化硼刀具相比，陶瓷刀具的韌性較差，在可靠性方面也稍差一些。但陶瓷刀具的價(jià)格比立方氮化硼刀具便宜，所以在降低生產(chǎn)成本方面非常有利。只要在實(shí)際使用時(shí)注意刀頭的形狀和選擇最合適的切削條件，以保證整個(gè)加工過程一開始即進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，那么完全可以用陶瓷刀具代替立方氮化硼刀具加工高硬度材料。本文著重介紹由日本特殊陶業(yè)公司所生產(chǎn)的HC4和HC5陶瓷刀具對(duì)高硬度材料進(jìn)行切削加工時(shí)的特點(diǎn)，并以具有代表性的實(shí)例說明其效果。


一.切削高硬度材料的陶瓷刀具

HC4和HC5都屬于Al2O3-TiC系的陶瓷，通常人們稱這種系列的陶瓷為黑陶瓷。HC5是在原來HC2基楚上增加了硬質(zhì)相，并實(shí)施了微粒化，成為一種耐磨損性和耐缺損性都得到了改善的材料。HC4是在HC5的基礎(chǔ)上增加了高融點(diǎn)碳化物，是一種更為微細(xì)化的適用于切削高硬度材料的材質(zhì)。照片1所示是HC4的顯微組織結(jié)構(gòu)。照片2所示是HC5的顯微組織結(jié)構(gòu)。由此可以說，對(duì)高硬度材料進(jìn)行切削加工的陶瓷材料顯微組織結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是存在硬質(zhì)相和微細(xì)化結(jié)構(gòu)。通常HC5可用于對(duì)廣泛的高硬度材料進(jìn)行加工。如果被切削材料特別硬，那么用HC4比HC5可更好地發(fā)揮其高性能。圖1所示是被切削材料的硬度與HC4和HC5的適用范圍。

密度
g/cm³硬度HRA抗彎力
(MPa)破壞韌性
(MPa·m0.5)楊氏率
(GPa)

Al2O3系HC10.494.07004400

Al2O3-TiC系HC24.394.58005420

HC44.695.510005420
HC54.395.09005420
TiC系HC64.794.08005450
Si3N4系SX23.293.511007320

二.切削高硬度材料料時(shí)刀具的損傷類型

在用陶瓷刀具切削高硬度材料時(shí)，刀頭處出現(xiàn)的損傷大多數(shù)是表面碎裂型損傷，如照片3所示在刀具前面出現(xiàn)貝殼狀碎裂。與切削一般材料相比，切削高硬度材料時(shí)的切削阻抗較大，特別是背分力較大。這是因?yàn)榻?jīng)過連續(xù)加工后刀具背面被磨損而使背分力增大。這種背分力的增大則意味背分力和垂直方向的拉伸應(yīng)力在刀片內(nèi)起作用，當(dāng)它們超過刀具材料強(qiáng)度時(shí)則就出現(xiàn)碎裂型損傷。

此外也容易出現(xiàn)刀具前面的月牙洼磨損和刀頭失去鋒利的缺損。產(chǎn)生這兩種類型損傷的主要原因是刀頭溫度升高。防止這類損傷的方法是適當(dāng)降低切削速度。綜上所述可知，欲用陶瓷刀具穩(wěn)定地對(duì)高硬度材料進(jìn)行加工的關(guān)鍵是要不斷地抑制那些長時(shí)間且穩(wěn)定地作用于刀片內(nèi)的最大應(yīng)力，并使它有所降低。

三.陶瓷刀具切削高硬度材料的推薦切削條件

用陶瓷刀具可切削的被切削材料的最高硬度為HRC65。以往切削硬度較高的材料時(shí)，所用的切削速度較慢。這幾年用陶瓷刀具切削硬度為HRC65的材料時(shí)，切削速度可達(dá)到200mm/min。但在切削硬度超過HRC60的材料時(shí)，刀具易出現(xiàn)前面所講的碎裂損傷，這樣就縮短了刀具的使用壽命，且加工穩(wěn)定性也隨之下降。為此在切削這材料時(shí)推薦使用圖1所示稍稍降低的切削速度。另外，用于切削高硬度材料的陶瓷刀片的前緣圓角R應(yīng)稍大一些。

最適宜的進(jìn)給量和切入深度的大致標(biāo)準(zhǔn)如下：
進(jìn)給量≦(1/6)R；
切入深度≦(1/3)R。
式中R是刀具前緣的圓角