切削加工新概念（一）

钰德雨

　　现今的刀具公司再也不能只是制造和销售刀具，为了成功，他们必须与全球化制造趋势保持一致，通过提高效率、同客户合作来降低成本。在这个近乎瞬间的全球竞争的后NAFTA、后WTO时代，全世界的公司正对相同感觉作出更快、更轻、更便宜的反应。换句话说，他们制造的产品和零件包含能在高速下运转，由于成本的压力，最好、更轻而且要制造更便宜。取得这些目标的一个最佳途径是通过发展和应用新材料，但这些新的和改进的材料通常都难以加工。这种商业上的动力和技术上的困难的组合在汽车和航空工业尤其突出，并已成为有见识的刀具公司研发部门的首要驱动力。
& A1 M4 z+ P/ i1 }  W3 x　　例如，拿球墨铸铁来说，它已成为发动机零件和其它汽车、农用设备和机床工业上的零件的日益见的材料。这种合金提供较低的生产成本和良好的机械性能的组合。他们比钢材便宜，而比铸铁有更高的强度和韧性。但同时球墨铸铁非常耐磨，有快速磨坏刀具材料的倾向。这种耐磨性很大程度上受珠光体含量影响。某一已知球墨铸铁的珠光体含量越高，它的耐磨性越好，而且它的可加工性越差。另外，球墨铸铁的多孔性导致断续切削，这更加降低寿命。
  f# I# D0 M1 m" R　　可以预计，高硬度和高耐磨的切削材质需考虑球墨铸铁的高耐磨性。并且事实上材质包含极硬的TiC(碳化钛)或TiCN(碳氮化钛)的厚涂层在切削速度每分钟300米时加工球墨铸铁被证明通常是有效的。但是随着切削速度的增加，切屑/刀具结合面的温度也在增加。当发生这样的情况，TiC涂层倾向于和铁发生化学反应并软化，更多的压力作用在抗月牙洼磨损的涂层上。在这些条件下，希望有一种化学稳定性更好的涂层，如Al2O3(虽然在较低的速度下不如TiC硬或耐磨)。化学稳定性比耐磨性更成为一个重要的表现性能分界的因素，速度和温度取决于被加工球墨铸铁的晶粒结构和性能。但是通常厚涂层的TiC或TiCN和仅有氧化物的较薄涂层是针对球墨铸铁应用的，因为今天大部分这类被加工材料的切削速度在每分钟150到335米之间。对于速度高于每分钟300米的应用，人们对这种材料是满意的。
　　为了使这个范围性能最优，山高研发和推出了针对球墨铸铁加工的材质TX150。这种材质有一个硬且抗变形的基体，对于加工球墨铸铁很理想。它的涂层由一层较厚的很耐磨的碳氮化钛和一层较薄的抗月牙洼磨损的氧化物涂层，顶面是一薄层TiN。这种涂层运用目前工艺水平的产生耐磨性和抗月牙洼磨损需要的CVD涂层的全部硬度而且韧性平滑性增加的中温化学气相沉积(MTCVD)工艺。基体/涂层的组合性能给予很高的抗塑性变形和刃口微崩能力，使之成为正常速度下加工球墨铸铁的理想材质。
　　涂层陶瓷也表现出能有效加工球墨铸铁。在过去，未涂层的韧性较好的诸如氮化硅和碳化硅纤维强化的氧化铝陶瓷应用受工件材料化学亲和性的限制。但是今天通过使用能抵抗切屑变形过程产生高热量的涂层刀具寿命已经显著增加。而某些早期这个领域的工件加工使用氧化铝涂层晶须强化陶瓷，今天的多数研究活动集中于TiN涂层氮化硅。这种涂层能显著拓宽韧性较好的陶瓷的应用范围。
2 g& B* v5 w; g1 g' d　　刀具在热强合金中的应用
　　航空加工也变化迅速。例如，镍基高温合金如几年前多数人未听说过的Rene88现在占到航空发动机制造使用总金属量的10~25%。对于这个有很好的表现和商业理由。例如，这些热强合金能增加发动机寿命而且允许较小的发动机工作在大飞机上，那将提高燃烧效率并降低运营成本。这些韧性好的材料也把费用呈现在刀具上。它们的耐热性导致刀尖上的温度更高，从而降低了刀具寿命。相似地，这些合金里的碳化物颗粒显著增加了摩擦，从而缩短刀具寿命。
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