陶瓷刀具切削加工时的磨损机理

在陶瓷刀具切削加工过程中，始终存在两个摩擦副，即前刀面与切屑间的摩擦副和后刀面与工件间的摩擦副。其中，前者影响刀具前刀面的磨损，后者影响刀具后刀面的磨损和已加工表面质量，前、后刀面的磨损均影响刀具寿命。陶瓷刀具主要用于高速切削场合，切削温度常可高达800～1000℃（甚至更高），切削压力也很大。因此，陶瓷刀具的磨损是机械磨损与化学磨损综合作用的结果，其磨损机制主要包括磨料磨损、粘结磨损、化学反应、扩散磨损、氧化磨损等。已有的研究表明，陶瓷刀具的磨损与切削条件密切相关。不同的陶瓷刀具材料在不同切削条件下加工不同的工件材料时，占主导地位的磨损机制可能有所不同。如在低速切削时，由于切削温度较低，其磨损机理往往表现为磨粒磨损；而在高速切削时，则以高温引起的粘着磨损、化学反应、氧化磨损和扩散磨损为主。

Al2O3基陶瓷刀具在连续切削钢件时，其磨损机理主要为伴有微崩刃的磨料磨损和粘结磨损，而在切削铸铁时主要为磨料磨损。Wayne和Brandt等人通过研究用Al2O3/SiCw陶瓷刀具加工Inconel718材料得出结论：在低速切削条件下，磨料磨损和粘结磨损为陶瓷刀具的主要磨损机制；而在高速切削条件下，粘结磨损、化学反应和扩散磨损为陶瓷刀具的主要磨损机制。由于Inconel718材料高温强度高，塑性变形大，加工硬化严重，切削力和切削温度均很高。当切削温度小于900℃时，刀具前刀面以粘结磨损为主；当温度达到1200℃时，Ni就开始向刀具中心扩散。由于Ni的扩散，一方面使刀具材料表面硬度下降，性能降低；另一方面使刀具与工件的亲和性增加，粘结磨损增大。