陶瓷刀具切削加工時的磨損機理

在陶瓷刀具切削加工過程中，始終存在兩個摩擦副，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合，切削溫度常可高達800～1000℃（甚至更高），切削壓力也很大。因此，陶瓷刀具的磨損是機械磨損與化學磨損綜合作用的結果，其磨損機制主要包括磨料磨損、粘結磨損、化學反應、擴散磨損、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。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，占主導地位的磨損機制可能有所不同。如在低速切削時，由于切削溫度較低，其磨損機理往往表現為磨粒磨損；而在高速切削時，則以高溫引起的粘著磨損、化學反應、氧化磨損和擴散磨損為主。

Al2O3基陶瓷刀具在連續切削鋼件時，其磨損機理主要為伴有微崩刃的磨料磨損和粘結磨損，而在切削鑄鐵時主要為磨料磨損。Wayne和Brandt等人通過研究用Al2O3/SiCw陶瓷刀具加工Inconel718材料得出結論：在低速切削條件下，磨料磨損和粘結磨損為陶瓷刀具的主要磨損機制；而在高速切削條件下，粘結磨損、化學反應和擴散磨損為陶瓷刀具的主要磨損機制。由于Inconel718材料高溫強度高，塑性變形大，加工硬化嚴重，切削力和切削溫度均很高。當切削溫度小于900℃時，刀具前刀面以粘結磨損為主；當溫度達到1200℃時，Ni就開始向刀具中心擴散。由于Ni的擴散，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，粘結磨損增大。