进入21世纪以来，随着制造技术的全球化趋势，制造业的竞争更加激烈，对制造技术必然带来巨大挑战，首当其冲的是切削刀具的变化，主要体现在刀具的切削性能大幅度提高，以适应高速、高效、高精度、多功能、硬质和干式切削技术要求。但国内很多工厂企业仍然习惯地按普通机床用刀具模式来选择数控刀具材料，造成切削加工生产率低下、切削加工成本增加，致使对数控机床大量投资并未达到预期效果。随着我国加入WTO，且世界模具制造业有向亚洲及我国转移的趋势，我国要成为制造业大国和强国，如何正确选用刀具、充分发挥刀具的性能，显得格外重要。数控陶瓷刀具因其良好的切削性能，已广泛应用于钢、铸铁及其合金和难加工材料的切削加工。
1．陶瓷刀具的性能特点
(1)硬度高、耐磨性能好其硬度达到93~95HRA，最佳切削速度可比硬质合金刀具高2～10倍，所以可用于高速切削和硬切削。
(2)耐高温、耐热性好陶瓷刀具在1200℃以上仍能进行切削，Al2O3陶瓷刀具抗氧化性能特别好，所以陶瓷刀具能实现干切削，省去切削液，更有利于环境保护。
(3)化学稳定好陶瓷刀具不与金属产生粘结，可减小刀具的粘结磨损。
(4)摩擦系数小可降低切削力和切削温度。
(5)原料丰富陶瓷刀具的主要原料Al2O3、SiO2、碳化物等是地壳中最丰富的元素，价格低，对发展陶瓷刀具十分有利。
2．陶瓷刀具材料的合理选用
陶瓷刀具具有良好的切削性能，应用十分广泛。但陶瓷刀具不是万能的，不同种类的陶瓷刀具有着不同的应用范围。
(1)A1203基陶瓷刀具的选择Al2O3基陶瓷刀具具有良好的耐磨性、耐热性，高温化学稳定性好，不易与铁元素发生相互扩散或化学反应，可用于对钢、铸铁及其合金的切削加工。但因其含有铝、钛(TiC)元素，用这类刀具加工钛及其合金或铝及其合金时存在较大的亲和力，所以不适合于加工铝和钛及其合金。同时由于在高温下(超过1170℃时)，陶瓷会产生相变，使陶瓷表面产生了张应力，从而诱发裂纹的产生与扩散，导致磨损的加剧，所以Al2O3基陶瓷刀具不适合于温度较高的高速或超高速成形切削。
(2)Si3N4基陶瓷刀具的选择Si3N。基陶瓷刀具的断裂韧度和热裂性高于Al2O3基陶瓷刀具，在铸铁和镍基合金的切削加工中得到广泛应用。但由于Si3N。和Fe之问存在较大亲和力以及Si和Fe之间的相互扩散，Si3N4基陶瓷刀具不适合纯铁和碳钢等材料的高速切削。
3．陶瓷刀具几何角度的正确选择
(1)前角γ0和倒棱尺寸的选择陶瓷刀具材料抗压强度高，故陶瓷刀具一般采用负前角进行切削，通常随工件材料硬度的不同，前角γ0=-5°～10°。而陶瓷刀具脆性相对较大，为了强化切削刃，一般需要磨出负倒棱。对于一般钢和铸铁的连续切削，可取较小的倒棱角和宽度，通常取bγ1=0.1～0.2mm、γ01<-20°；加工高硬度材料时多取bγ1=0.2—0.3mm、γ01=-20°～-30°。·
(2)后角α0的选择陶瓷刀具的后角一般为α0=5°～12°。车削高硬度铸铁和淬硬钢时，由于高硬度的工件对刀具后刀面的摩擦较大，如果选取用后角太小，刀具会迅速磨损甚至崩刃，因此一般选择较大的后角端铣淬硬钢时，为了保证刀具切削刃的强度和防止刀具破损，一般选择较小的后角。
(3)主偏角圮。的选择主偏角Kr的大小主要根据工艺系统的刚度来选择，其原则是有利于减小振动，一般为Kr=30°~75°。车削细长轴时，为了减小背向力F。和变形，应选择较大的主偏角Kr=45°~75°；加工各种喷涂和喷焊材料时，为了减小刀具磨损，增加切削刃与加工面的接触宽度，改善散热条件，应选择较小的主偏角Kr=25°～30°。
(4)刃倾角λs的选择陶瓷刀具加工钢和铸铁，尤其是切削高硬度材料和断续切削时，均采用负刃倾角，一般为λs=0°~-10°。
4．陶瓷刀具切削用量的选择
选择切削用量的基本原则是从防止或减小陶瓷刀具破损的观点，根据机床的功率、工艺系统的刚度以及工件材料的特点，尽量选择高的切削速度、较大的背吃刀量和较小的进给量，以求得到高生产率和低成本。同时，在切削过程中还应尽量避免中途停车或变换切削用量。
(1)背吃刀量ap的选择在机床功率、工艺系统刚性和刀片强度允许的前提下，充分发挥陶瓷刀具高温性能好的特点，缩短加工时问，应尽可能选择较大的背吃刀量，使在一次走刀后切去大部分余量。一般粗加工钢和铸铁时，允许的最大背吃刀量ap=2～5ram，通常取ap>1.5mm，精加工时取ap<0.5mm；加工淬硬钢，一般都是半精加工或精加工，余量和背吃刀量较小。
(2)进给量厂的选择合理选择进给量是成功应用陶瓷刀具的关键。进给量的大小主要受陶瓷刀片强度及工艺系统的影响，同时陶瓷刀片的强度比硬质合金刀片低，所以进给量也低些。粗车普通钢和铸铁时，f=0.1～0.5mm／r；精加工时取f=0.05．0．25mm／r；端铣时可取每齿进给量fz=0.1～0.3mm／z。加工淬钢时，一般车削取f=0.1~0.3mm／r；端铣时可取每齿进给量fz=0.05～0.15mm／z。
(3)切削速度”，的选择切削速度过低，不仅不利于发挥陶瓷刀具的优越性，还易发生崩刃，所以一般选取较高的切削速度。加工普通铸铁时vc=200~1000m／min；加工硬度<50HRC的钢材时vc=20800m／min；切削高硬度材料(50—65HRC)时vc=100—200m／min；切削耐热合金时vc=100—300m／min；铣削一般钢和铸铁时vc=200—500m／min。
陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能及良好的高温力学性能，广泛应用于钢、铸铁及其合金和难加工材料的切削加工以及超高速成形切削、高速干切削和硬材料的切削。目前，欧美国家已大量用于汽车工业的刹车毂、盘类铸铁件的自动线上，我国每年亦有1万余片陶瓷刀片消耗于切削铸铁泵件等工件。同时，由于控制了材料的纯度和晶粒尺寸，添加了各种碳化物、氮化物、硼化物、氧化物等，以及采用了多种增韧补强机制，使得陶瓷刀具的强度、韧性和抗冲击性都有了大大的提高，特别是环境保护及节约资源已成为全世界的焦点，陶瓷刀具将具有更加广阔的前景。
(审核编辑: 智汇胡妮)
