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陶瓷刀具的发展简史
浏览: 发布日期:2021-03-28

什么是陶瓷刀具
 

陶瓷刀具是利用属于非金属材料的特种陶瓷原料加工而成,由于控制了原料纯度和颗粒尺寸细化,并添加了各种碳化物、氮化物、硼化物和氧化物等改善其性能,同时通过颗粒、晶须、相变、微裂纹和几种增韧机理的协同作用提高其断裂韧性,不仅使抗弯强度提高到0.9~1.0GPa(高的可达1.3-1.5GPa),而且断裂韧度和抗冲击性能都有很大提高,应用范围日益扩大,从原来用于航天航空等高尖端科技领域,扩大到工业陶瓷刀具,近两年广泛用于民用陶瓷刀近两年已出现在民用陶瓷刀具,不但具有超过钢性刀具锋利,而且耐酸碱、不导电,对食品无化学反映,是典型的绿色产品,可在冰冻条件下切削肉类和其他食品,切削水果不变色,切洋葱不刺眼等特性。在工业上除可用于一般的精加工和半精加工外,也可用于冲击负荷下的粗加工,在国际上公认为是提高生产效率最有潜质的刀具。

陶瓷刀具有氧化铝(Al2O3)氧化锆(ZrO2)基和氮化硅(Si3N4)基等,具有工效高、使用寿命长和加工质量好等特点。过去由于抗弯强度低、脆性大,长期以来主要作为精加工刀具,占各类刀具材料中的比重很小。但近几年来,目前,陶瓷刀具能以200~1000m/min的切削速度高速加工钢、铸铁及其合金等材料,刀具寿命比硬质合金高几倍、甚至几十倍。如德国Guhring公司推出的RT200系列整体陶瓷钻头和陶瓷立铣刀,精加工切削速度为1000m/min。同时,它的出现使传统的工艺概念发生变化,利用陶瓷刀具可直接以车、铣代替磨削(或抛)对淬硬零件加工,可用单一工序代替多道工序,大大缩短工艺流程。在生产中既能用于一般的车、镗和铣削加工,更成功地用于精密孔的加工。除可在普通机床使用外,也能有效地用于数控机床等高效设备。与金刚石和CBN(立方氮化硼)等超硬刀具相比,陶瓷的价格相对较低,因此有人认为:“随着现代陶瓷刀具材料性能的不断改进,今后它将与涂层硬质合金刀具、金刚石和CBN等超硬刀具一起成为高速加工三种主要刀具。”
 

陶瓷刀具的出现背景
 

刀具是机械制造中用于切削加工的工具,又称切削工具。广义的切削工具既包括刀具,还包括磨具。绝大多数的刀具是机用的,但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料,所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。切削木材用的刀具则称为木工刀具。
 

刀具的发展在人类进步的历史上占有重要的地位。中国早在公元前28~前20世纪,就已出现黄铜锥和紫铜的锥、钻、刀等铜质刀具。战国后期(公元前三世纪),由于掌握了渗碳技术,制成了铜质刀具。当时的钻头和锯,与现代的扁钻和锯已有些相似之处。然而,刀具的快速发展是在18世纪后期,伴随蒸汽机等机器的发展而来的。1783年,法国的勒内首先制出铣刀。1792年,英国的莫兹利制出丝锥和板牙。有关麻花钻的发明最早的文献记载是在1822年,但直到1864年才作为商品生产。
 

那时的刀具是用整体高碳工具钢制造的,许用的切削速度约为5米/分。1868年,英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。1898年,美国的泰勒和.怀特发明高速钢。1923年,德国的施勒特尔发明硬质合金。
 

在采用合金工具钢时,刀具的切削速度提高到约8米/分,采用高速钢时,又提高两倍以上,到采用硬质合金时,又比用高速钢提高两倍以上,切削加工出的工件表面质量和尺寸精度也大大提高。由于高速钢和硬质合金的价格比较昂贵,刀具出现焊接和机械夹固式结构。1949~1950年间,美国开始在车刀上采用可转位刀片,不久即应用在铣刀和其他刀具上。1938年,德国德古萨公司取得关于陶瓷刀具的专利。1972年,美国通用电气公司生产了聚晶人造金刚石和聚晶立方氮化硼刀片。这些非金属刀具材料可使刀具以更高的速度切削。1969年,瑞典山特维克钢厂取得用化学气相沉积法,生产碳化钛涂层硬质合金刀片的专利。1972年,美国的邦沙和拉古兰发展了物理气相沉积法,在硬质合金或高速钢刀具表面涂覆碳化钛或氮化钛硬质层。表面涂层方法把基体材料的高强度和韧性,与表层的高硬度和耐磨性结合起来,从而使这种复合材料具有更好的切削性能。

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