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

欲實現對高硬度材料進行切削加工，必須具備的條件是刀具硬度應遠遠高于被切削材料的硬度。此外，由于對高硬度材料進行切削加工時，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。
-化學穩(wěn)定性很好，即不會與被切削材料、氧氣和切削液等發(fā)生化學反應，也不會出現熱分解現象。
-熱傳導率很好，即高溫刀頭不會因熱沖擊而產生缺損現象。

以往大都用立方氮化硼(CBN)刀具對高硬度材料進行高速切削和斷續(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。但陶瓷刀具的價格比立方氮化硼刀具便宜，所以在降低生產成本方面非常有利。只要在實際使用時注意刀頭的形狀和選擇最合適的切削條件，以保證整個加工過程一開始即進入穩(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)公司所生產的HC4和HC5陶瓷刀具對高硬度材料進行切削加工時的特點，并以具有代表性的實例說明其效果。


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基楚上增加了硬質相，并實施了微粒化，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的基礎上增加了高融點碳化物，是一種更為微細化的適用于切削高硬度材料的材質。照片1所示是HC4的顯微組織結構。照片2所示是HC5的顯微組織結構。由此可以說，對高硬度材料進行切削加工的陶瓷材料顯微組織結構的關鍵是存在硬質相和微細化結構。通常HC5可用于對廣泛的高硬度材料進行加工。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刀具的損傷類型

在用陶瓷刀具切削高硬度材料時，刀頭處出現的損傷大多數是表面碎裂型損傷，如照片3所示在刀具前面出現貝殼狀碎裂。與切削一般材料相比，切削高硬度材料時的切削阻抗較大，特別是背分力較大。這是因為經過連續(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力在刀片內起作用，當它們超過刀具材料強度時則就出現碎裂型損傷。

此外也容易出現刀具前面的月牙洼磨損和刀頭失去鋒利的缺損。產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降低切削速度。綜上所述可知，欲用陶瓷刀具穩(wěn)定地對高硬度材料進行加工的關鍵是要不斷地抑制那些長時間且穩(wěn)定地作用于刀片內的最大應力，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，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，切削速度可達到200mm/min。但在切削硬度超過HRC60的材料時，刀具易出現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應稍大一些。

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