陶瓷刀具切削加工時(shí)的磨損機(jī)理

在陶瓷刀具切削加工過程中，始終存在兩個(gè)摩擦副，即前刀面與切屑間的摩擦副和后刀面與工件間的摩擦副。其中，前者影響刀具前刀面的磨損，后者影響刀具后刀面的磨損和已加工表面質(zhì)量，前、后刀面的磨損均影響刀具壽命。陶瓷刀具主要用于高速切削場(chǎng)合，切削溫度常可高達(dá)800～1000℃（甚至更高），切削壓力也很大。因此，陶瓷刀具的磨損是機(jī)械磨損與化學(xué)磨損綜合作用的結(jié)果，其磨損機(jī)制主要包括磨料磨損、粘結(jié)磨損、化學(xué)反應(yīng)、擴(kuò)散磨損、氧化磨損等。已有的研究表明，陶瓷刀具的磨損與切削條件密切相關(guān)。不同的陶瓷刀具材料在不同切削條件下加工不同的工件材料時(shí)，占主導(dǎo)地位的磨損機(jī)制可能有所不同。如在低速切削時(shí)，由于切削溫度較低，其磨損機(jī)理往往表現(xiàn)為磨粒磨損；而在高速切削時(shí)，則以高溫引起的粘著磨損、化學(xué)反應(yīng)、氧化磨損和擴(kuò)散磨損為主。

Al2O3基陶瓷刀具在連續(xù)切削鋼件時(shí)，其磨損機(jī)理主要為伴有微崩刃的磨料磨損和粘結(jié)磨損，而在切削鑄鐵時(shí)主要為磨料磨損。Wayne和Brandt等人通過研究用Al2O3/SiCw陶瓷刀具加工Inconel718材料得出結(jié)論：在低速切削條件下，磨料磨損和粘結(jié)磨損為陶瓷刀具的主要磨損機(jī)制；而在高速切削條件下，粘結(jié)磨損、化學(xué)反應(yīng)和擴(kuò)散磨損為陶瓷刀具的主要磨損機(jī)制。由于Inconel718材料高溫強(qiáng)度高，塑性變形大，加工硬化嚴(yán)重，切削力和切削溫度均很高。當(dāng)切削溫度小于900℃時(shí)，刀具前刀面以粘結(jié)磨損為主；當(dāng)溫度達(dá)到1200℃時(shí)，Ni就開始向刀具中心擴(kuò)散。由于Ni的擴(kuò)散，一方面使刀具材料表面硬度下降，性能降低；另一方面使刀具與工件的親和性增加，粘結(jié)磨損增大。