以及陶瓷和金属陶瓷刀具的切削优势。

Brian Wilshire指出，“每个人都把陶瓷想象成一个陶瓷咖啡杯，如果它掉下来就会碎。怎么能用来切金属？”

京瓷位于北卡罗来纳州亨德森维尔，可提供陶瓷和金属陶瓷工具，用于铣削和车削。陶瓷刀具材料包括氧化铝(Al2O3)、氮化硅(SiN)和SiAlON陶瓷。京瓷精密工具有限公司技术中心经理Wilshire对陶瓷复合材料和金属陶瓷刀具的金属切削性能非常熟悉。

美国NTK刀具公司陶瓷刀具。

Wilshire指出，由于SiN和SiAlON陶瓷的韧性，特别是在高温下的韧性相对较高，因此用这种材料制成的刀具最适合切削铸铁和耐热高温合金。“但Al2O3基陶瓷的脆性相当大，因此主要用于连续加工的硬车削或铸铁的精车削。”

位于美国密执安州Wixom的NTK刀具美国公司的市场和工程经理Steve Howard表示，sin基陶瓷，如NTK SX6和SP9，其断裂韧性是氧化铝基陶瓷的两倍，可用于以高达3000 sfm的速度车削和铣削铸铁。

霍华德还指出，NTK制造的赛隆具有氮化硅陶瓷的强度和氧化铝陶瓷的耐磨性。“NTK的五大材料，包括最新的SX3，具有优异的高温强度、抗热震性和抗碎裂能力，具备航空、油气行业耐热合金高速加工的理想特性。”

Howard指出，NTK的五种黑色陶瓷材料，通过在氧化铝中加入碳化物，具有高温红色硬度和低塑性，可用于车削合金钢、冷加工或球墨铸铁以及硬度高达62HRC的粉末冶金金属。“ZC4材料具有最细的晶粒结构，可用于车削硬度为70HRC的合金钢。与之前只能在某些加工场合选择的CBN刀具相比，这些陶瓷材料提供了一种性价比很高的选择。”

威尔希尔指出，顾名思义，金属陶瓷含有陶瓷成分(如碳化钛、TiCN和碳化钼)和金属粘合剂(如镍、少量钼和钴)。

他指出，金属陶瓷比硬质合金更脆，因此金属陶瓷刀具在重新切削时更容易崩断。因此，更多的用户认为金属陶瓷刀具适合切削深度为0.010'-0.020 '的精加工。然而，京瓷公司已经开发出切削深度为0.060'-0.080 '的金属陶瓷刀具，用于理想材料。他说，“如果切削时断时续或者工件材料有硬皮，硬质合金刀具仍然是**。”

技术进步

威尔希尔指出，虽然金属陶瓷和陶瓷刀具历史悠久，但刀具制造商正在不断进步。京瓷公司的进步之一是通过多种技术的结合，在叶片压制和烧结过程中制造金属陶瓷材料的梯度。"这种材料被称为混合金属陶瓷."

京瓷在混合高韧性和高硬度材料方面也取得了进展。Wilshire解释说，京瓷可以产生蜂窝状的颗粒结构，构成蜂窝状颗粒结构的六边形外壳由韧性更好的陶瓷制成，六面体的核心具有更高的硬度。如果型芯出现裂纹，裂纹不会扩展到药柱壳，导致刀具断裂。

他指出，“这种材料将与晶须增强材料竞争。”

Walter Prototyp MC275陶瓷铣刀具有整体硬质合金刀柄。

据Wilshire介绍，京瓷不生产晶须增强陶瓷刀片，但可以提供类似SiC颗粒增强陶瓷的第二种技术，提高陶瓷刀具的断裂韧性。公司最新的赛隆材料的颗粒结构可以**控，使一些颗粒变成针状，可以起到晶须的作用。他指出，“晶粒实际上是在烧结过程中长大的。”颗粒结构中还含有耐磨的硬质颗粒。

增韧技术

宾夕法尼亚州萨格特镇绿叶公司的技术团队和全球营销总监简安德森指出，绿叶公司以其晶须增强陶瓷而闻名。无涂层的WG-300材料于1985年上市。然后是WG-600涂层晶须增强陶瓷，以及后来的WG-700，它们都有不同的基体材料和纳米结构涂层。安德森指出，“晶须增强陶瓷仍然是许多应用的最佳选择。”

据绿野公司报道，公司最新开发的是XYSTIN-1相增韧陶瓷。这种陶瓷由SiN制成，具有良好的热稳定性，并由晶须和颗粒增韧，其强度是该公司销售的其他陶瓷工具的两倍。

Andersson指出，根据切削理论，所有陶瓷刀具都可以通过将温度升高到切削区的塑化温度来去除金属材料，这使得切削变得更加容易。没有塑化，会造成刀具边缘塌陷，前刀面和前刀面上的刀具材料被切断。

他指出，“如果发生这种情况，将导致灾难性的后果。但是一旦采用了XYSTIN-1，切割理论就可以忽略了。”

安德森认为，相增韧陶瓷的高强度使XYSTIN-1刀具能够高效切割，而无需工件材料完全塑化。这种能力对于切割重工件或不平衡工件特别有利，因为工件不能高速旋转。例如，当加工材料为Inconel 718，硬度为46-48HRC时，用陶瓷刀具塑化工件的最小切削速度约为550-600 sfm。相比之下，XYSTIN-1刀片的切削速度为350-400 sfm，而硬质合金刀具的切削速度仅为150-180 sfm。Andersson指出，“采用由XYSTIN-1材料制成的切削刀片的折衷方案，当切削速度不需要达到600 sfm时，陶瓷刀具的生产率仍然可以达到。”

NTK刀具公司声称，其BIDEMICS-JX1、JX2和最新的IMTS材料代表了自晶须增强陶瓷出现以来，高效加工耐热合金的最新**复合材料。这种陶瓷独特的物理特性带来超长的刀具寿命、良好的加工表面光洁度和高达1600 sfm的加工速度。

坚持不懈地努力/工作

位于威斯康星州沃克夏的沃尔特美国公司可以提供另一种混合陶瓷切割工具。沃尔特原型MC275/MC075陶瓷铣刀是用陶瓷铣刀头钎焊在整体硬质合金刀柄上的。该公司还可以提供螺纹柄连接的可更换陶瓷铣头，其目标应用是铣削耐热高温合金。

表1陶瓷和金属陶瓷工具的应用范围。

MC275陶瓷铣刀具有一般加工的结构设计，而MC075结构设计主要用于难加工材料的快速进给加工。两种刀具的结构设计可达到3300 sfm的切削速度。沃尔特德国总部航空与商务应用开发部零件经理Stefan Benkczy指出，“沃尔特已经达到了铝合金加工中才能看到的切削参数，进给速度可以达到380 ipm。”

此外，沃特还生产车削用金属陶瓷刀片。然而，由于耐热高温合金通常含有镍，所以含有镍粘结剂的金属陶瓷工具不能用于加工镍基高温合金。

京瓷公司在其最新的赛隆陶瓷车削材料(如KS6040)中，对晶粒结构进行了操控，使部分晶粒变成针状，其性能如同防断裂晶须。

Benkczy指出，“如果切削材料中含有钴，而工件材料中也含有钴，刀具的切削刃就会产生大量的切屑，切削刃的钴元素就会流失。因此，硬质合金颗粒会变得松散，最终会导致边缘碎裂，大大缩短刀具寿命。”

位于德国Plochingen的CeramTec公司营销经理Joachim Beck指出，只要使用得当，金属陶瓷刀具可以表现出极高的切削刃稳定性和适中的韧性。(CeramTec北美公司位于南卡罗来纳州的Laurens)。这些特性使得金属陶瓷非常适合于球墨铸铁、易切削钢、渗碳钢等一系列工件材料的精加工和超精加工。合适的应用包括车削、铣削、连续切削的镗孔和稳定的间歇切削。关于粗加工。

据Benkczy称，陶瓷工具仅用于粗加工。虽然在加工陶瓷刀具时会遇到严重的刀具磨损，如崩刃和切削刃圆弧减小，但此时陶瓷刀具可以继续用于粗加工，但不能用于精加工。他指出，“使用硬质合金工具进行精加工，使用陶瓷工具进行粗加工。”

Benkczy指出，这种刀具材料的选择在航空行业特别受欢迎。例如，在加工耐热高温合金发动机零件时，生产工艺通常是经过认证的，不能轻易改变。

他指出，“航空发动机的认证成本极高。如果有新的发动机设计、新的产品线或其他重大变化，那么此时它是开放的，可以进行新的调整。”

绿叶公司的安德森认为，美国联邦航空局的规定和认证可以防止除硬质合金工具之外的任何工具被用于航空精加工。同时，他强调陶瓷刀具不仅仅用于粗加工。传统观念认为，在没有断续切削、设备稳定的情况下，陶瓷刀具是非常有效的粗加工刀具。

他指出，“从未停止试图改变人们的传统观念。”他补充说，航空零件制造商正在意识到陶瓷工具可以带来零件良好的表面粗糙度，并且不仅仅用于精加工耐热高温合金发动机零件。

冷却和涂层。

使用陶瓷刀具铣削时，由于刀具与工件接触时间短，空刀具往复循环时间长，因此Benkczy建议采用干切削，以避免切削刃处的热冲击。另外，在不降低刀具使用寿命的情况下，干切削可以避免清理冷却液造成的脏乱，避免操作人员接触金属切削冷却液的环境。然而，压缩空气可以用来帮助清洁切割区域的切屑。关于冷却剂的应用，他指出，“如果应用不当，会增加工件材料的加工硬化。”

京瓷的Wilshire指出，在对铸铁进行粗加工时，使用冷却液是有益的。"许多加工车间仅使用冷却剂来沉降切割粉尘."

安德森建议在用陶瓷工具加工时使用冷却剂。他说：“如果不使用冷却液，切削温度会随着加工的继续而不断升高。加工需要高温，但需要稳定的高温。这就是为什么转弯时总是使用冷却液。”

对于金属陶瓷铣刀，威尔希尔指出，除了干切削，微润滑切削也是一种可行的选择。"金属陶瓷比硬质合金具有更高的红色硬度，因此可以承受更高的温度."

CeramTec的Beck指出，刀具涂层可以在干切削过程中提供有效的热障，同时提高刀具硬度，减少刀具磨损。对于陶瓷工具，“CVD涂层是最常见的涂层，包括两层体系和多层体系。其中，TiC/TiN或Al2O3涂层最为常见。”NTK刀具公司的Howard认为，CVD涂层主要用于陶瓷刀具，涂层本身对刀具整体性能的影响有限。

贝克补充说，根据具体应用，PVD涂层可以提供高耐磨性和高抗粘附性，这可以防止加工韧性材料时的碎屑堆积和毛刺形成。“一般来说，化学气相沉积是最好的涂层方法，可以获得更长的刀具寿命，提高切削速度和进给速度。”

然而，威尔希尔解释说，工具材料必须具有足够的导电性，以在工具表面沉积PVD涂层。例如，Al2O3陶瓷的导电性足够优异，而SiN陶瓷的导电性并不理想。"因此，采用化学气相沉积法制备了Al2O3涂层."

威尔希尔指出，如果可能的话，很多用户会选择PVD TiN涂层，因为当金色涂层磨损后，用户可以很容易地识别出磨损的刀刃。"但是这种涂层对延长工具寿命的作用有限."

京瓷公司的蜂窝纤维陶瓷材料CF1具有蜂窝颗粒结构。六边形蜂窝结构由韧性更好的陶瓷外壳和更硬的芯组成。

据威尔希尔介绍，为了延长刀具寿命，京瓷提供了PVD Megacoat涂层。这是一种基于AlTiN的涂层，它使用了大量添加的元素来定制涂层性能。黑灰色涂层的每一层硬质层都具有具有润滑作用的纳米结构，可以提高耐磨性和切削速度。

安德森指出，陶瓷涂层是一个挑战，因为它的摩擦系数低。“由于这个原因，我们不得不发明一种不同的涂层方法。重要的是不要在任何工具材料上涂覆任何涂层，因为这可能会适得其反，降低工具性能。”然而，在优化陶瓷材料的涂层、基体、微观结构和预处理后，它将产生令人难以置信的生产效率。根据安德森的说法，这种高水平的生产效率甚至会体现在过去陶瓷工具通常无法切割的切割材料上。“WG-600已经证明可以加工300、400系列材料和PH不锈钢，其切削速度分别是硬质合金刀具的3倍、4倍和10倍。”

霍华德还指出，让用户明白用陶瓷工具切割的最佳实践是刀片达到理想的切割性能，这一点很重要。这包括编程斜角切削、改变切削深度和降低拐角切削的进给速度。

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