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    【金属加工史话40】陶瓷刀的推广与应用
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    【金属加工史话40】陶瓷刀的推广与应用

    分类:未知 发布日期:2021-08-12 08:29 次浏览

      陶瓷刀具有许多独特优点,如高耐热性、很高的硬度和耐磨性能、良好的高温力学性能等,可以加工传统刀具很难加工甚至不能加工的超硬材料。有专家预测,陶瓷将成为21世纪最重要的刀具材料之一。

      20世纪初,国外就开始尝试将陶瓷材料试作切削刀具使用,但直到20世纪50年代,陶瓷刀具材料才开始得到较大发展。苏联是使用陶瓷刀具最早的国家之一,1947年就有数种陶瓷刀应用于工业中。

      我国1953年研制出第一代Al2O3陶瓷刀,由于强度和韧性低,所以未能推广使用。20世纪60年代后,研制成功数种陶瓷刀片,经工厂使用取得较好效果,至70年代末,才开始系统研究开发和规模生产。

      表演高速切削

      1956年4月,全国机械先进生产者会议在北京召开。会议期间,苏联代表团团员、高速切削能手沃兰佐夫就使用苏联制造的陶瓷刀进行了高速切削表演,这让我国与会的金属切削能手们大开眼界。《机械工人》记者现场观看了沃兰佐夫的陶瓷刀高速切削表演,除了以画刊作了图文报道(见图1)外,还撰文作了较为详细的技术报道。

      图1 与会代表聚精会神地观看沃兰佐夫利用陶瓷刀表演高速切削(《机械工人》1956年第5期封二画刊)

      出席全国机械工业先进生产者会议的代表们,围绕着一台1A62车床,苏联代表团团员沃兰佐夫作了卓越的高速强力切削表演。沃兰佐夫是苏联最高苏维埃的代表,是苏联最优秀的先进车工之一。

      沃兰佐夫用自己的快速卡头迅速地装卡好带黑皮的锻件毛坯,熟练地调整乐球吧直播手机。开车了,转速最高达到1200r/min,工件飞快地旋转起来,车刀迅速地移动。随着车刀的移动,毛坯上出现了一圈圈闪着金属光辉的表面。切屑一大片一大片地流下来,变成深蓝色和金黄色。立刻,车刀就走到头了,他熟练、迅速地退回车刀,用油石研了一下刀刃,又继续车几刀,工件就加工好了(本刊记者:《快速装卡高速切削——记沃兰佐夫的卓越表演》,《机械工人》1956年第5期)。

      组织专题推广

      1958年,一机部新技术宣传推广所等单位在哈尔滨曾组织全国20多个工厂学习和使用陶瓷刀。《机械工人(冷加工)》1959年第3期对陶瓷刀作了专题介绍和推广,专辑开篇语中写道:“早在 1932年,苏联首次应用陶瓷刀切削瓷质半成品、塑料和有色金属制品。最近几年来,苏联大力研究并创造了多种新型的陶瓷材料,为扩大陶瓷刀的应用范围创造了良好的条件。用作切削刀具的陶瓷同一般陶瓷不同,但它们同属非金属材料,用它来切削金属是刀具史上的一次重大革新,具有深远的意义。1953年,我国积极学习苏联先进经验,在应用陶瓷刀上取得了一定成就,积累了一些经验。目前,南京电磁厂和上海大中电瓷厂已正式生产,并能适量供应。”

      为便于读者们学习和掌握这项新技术,编辑部根据有关资料编写了一篇长达12页的文章,分为《陶瓷刀的性能》《陶瓷刀几何角度的选择》《切削用量的选择》《陶瓷刀的结构》《陶瓷刀的刃磨和研磨》及《陶瓷刀使用注意事项》等版块。

      关注研究进展

      20世纪80年代以来,我国陶瓷刀具材料的研制取得不少进展。

      中国工程院院士艾兴是我国著名的切削加工和刀具材料专家,他首创融合切削学与陶瓷学于一体的陶瓷刀具研究和设计的理论新体系,他领导的刀具材料研究组是我国较早进行陶瓷刀具研制的研究团队。80年代初,艾兴率领小组经过几年的努力,研究成功了组合陶瓷SC-4和金属陶瓷LT-55两种陶瓷刀具新材料(艾兴等:《组合陶瓷刀具材料》,冷加工1984年第3期,见图2)。

      图2 艾兴教授文章《组合陶瓷刀具材料》(冷加工1984年第3期)

      清华大学研制成功复合氮化硅(Si3N4)陶瓷刀具,具有良好的切削性能,是一种新型优良复合陶瓷刀具(罗振璧等:《复合氮化硅陶瓷刀具》,冷加工1983年第9期)。

      中南矿业学院研制成功AG2刀片是通用性较大的陶瓷刀片,由冷水江市陶瓷工具厂生产,研究人员撰文介绍AG2复合陶瓷刀片与硬质合金刀片切削淬火钢、高强度钢的比较(黄汉泉等:《陶瓷刀具的应用及效果》,冷加工1985年第9期)。

      近二三十年来,陶瓷刀具的发展很快,《机械工人(冷加工)》一直关注并及时报道该领域的最新进展(如成都工具研究所:《陶瓷刀具的发展》,冷加工1984年第7期;株洲硬质合金厂田润科:《陶瓷刀具材料发展与应用》,冷加工1993年第10、11期;清华大学齐龙浩:《陶瓷刀具的进展与应用》,冷加工1995年第7、8期;山东大学刘战强:《陶瓷刀具材料的新进展与应用》,冷加工2006年第10期)。

      注重推广应用

      除关注研究进展外,《机械工人(冷加工)》特别注重报道推广各地厂矿应用陶瓷刀具的生产实践经验。值得一提的是,冷加工1994年专门设置了“陶瓷工具应用专栏”(由长沙工程陶瓷公司协办);1994年全年连载刊登了多篇陶瓷工具应用的文章,包括首钢特殊钢公司的《可转位陶瓷圆弧刃端铣刀》(第2期),邢台冶金机械轧辊股份有限公司的《晶须增韧陶瓷刀车削轧辊》(第3期),太原重型机器厂的《陶瓷刀具在淬火表面高速精铣上的应用》(第4、5期),大连组合乐球吧直播手机研究所的《陶瓷刀具在加工中心及组合乐球吧直播手机上的应用》(第8期)等。

      加快科研成果转化

      在世纪之交的2000年,艾兴院士撰文回顾了国外陶瓷刀具材料的发展概况、我国陶瓷刀具发展历程,并呼吁建立陶瓷刀具研究新体系,加速开发新型陶瓷刀具,他指出:

      切削加工是现代制造技术的最重要的基础技术,而现代陶瓷刀具则是先进制造技术的强有力的武器。生产实践已经证明,推广应用现代陶瓷刀具,将获得巨大的经济效益。

      目前,陶瓷刀具面临很大的挑战,主要是成本高,使用条件也苛刻,性能分散性较大,可靠性差,科研成果转化为生产力还很不够,所以,在量大面广的工件材料加工中,除高速切削范围外,显示不出陶瓷刀具的优越性。

      我国要加速推广使用陶瓷刀具,目前的主要目标是提高质量,降低成本,提高可靠性,将科研成果迅速转化为生产力,增加品种,迎接面临的挑战(艾兴:《陶瓷工具的发展及应用》,冷加工2000年第9期)。

      陶瓷刀具材料已被认为是效率最高、最有发展前途的刀具材料。陶瓷刀具可以实现以车代磨、以铣代抛的高效“硬加工技术”以及“干切削技术”,提高零件加工表面质量。随着新型刀具材料的不断出现,特别是陶瓷刀具材料的开发,研究得到了一些新的成果:Bernhard Karpuschewski研究出在真空下热压烧结制得TiB2-TiC复合陶瓷刀具材料,研究了纳米镍、钼添加剂和烧结升温速率对力学性能和粒度特征的影响。Guangming Zheng研究出赛隆Si3N4陶瓷梯度纳米复合陶瓷刀具,通过车削铬镍铁718合金的试验后,得到梯度陶瓷刀具的切削寿命明显高于常用的刀具(袁帅:《陶瓷刀具的应用及其发展》,冷加工2015年第6期)。

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