乍一看，陶瓷刀具似乎注定要失败，但事实恰恰相反。
陶瓷切削刀具的成功取决于严格的设置和加工参数的正确应用。 （由 Kennametal 提供）任何机械师学到的第一个教训是，加工区域中的火花和火焰是不好的——例如，按下大红色按钮并跑向灭火器是不好的。虽然这通常是合理的建议，但在某些情况下，从工件飞出的炽热切屑流不仅是首选，而且是高效加工的先决条件。欢迎来到陶瓷切削工具的世界。
一个这样的“越热越好”的成功案例来自宾夕法尼亚州 Saegertown 的 Greenleaf Corp.，据报道，一位客户将周期时间缩短了 97%，这令人难以置信。填充一块 Inconel 625。“以前，它需要三个整体硬质合金立铣刀和超过 90 分钟的时间来加工零件，”Greenleaf 应用工程经理 Martin Dillaman 说。 “切换到我们的 XSYTIN-360 整体陶瓷立铣刀后，只需三分钟。”
陶瓷切削刀具并不是什么新鲜事物。正如佛罗里达大学的 E. Dow Whitney 在《综合硬质材料》一书中解释的那样，最早的陶瓷出现在 1930 年代初期，当时机械师用它们来车削灰口铸铁。然而，由于“陶瓷的制造过程困难，加上不合适的机床和缺乏经验”，这些先进的切削工具还需要四年的开发工作，才能开始在硬车削应用中得到有限的使用。
使用 Greenleaf 的“相增韧”XSYTIN-360 固体陶瓷立铣刀加工 Inconel 718。 （由 Greenleaf 提供）从那时起，陶瓷刀具的使用不断增长，对于许多商店来说，它们已成为车削和铣削等类似工具的首选解决方案。铸铁、硬化钢，以及——正如 Dillaman 所指出的——因科镍合金、哈氏合金和其他耐热高温合金 (HRSA) 都是陶瓷切削工具的理想选择。虽然大多数没有提供前面提到的 97% 的周期时间减少，但许多已经接近，金属去除率远高于其等效的固体碳化物。
随着这样的生产率提高，它引出了一个问题：为什么陶瓷切削工具没有更受机械车间的欢迎？根据 Dillaman 和本文采访的其他专家的说法，答案是 a) 陶瓷切削工具主要限于刚刚列出的坚韧、坚硬或磨蚀性金属，b) 它们需要使用非常刚性机床和工具，以及 c) 它们需要非常高的切削速度和进给率，这些应用参数是某些机床无法实现的。
紧紧抓住
就是这个最后一点，Greenleaf 最近通过其 XSYTIN-360 整体陶瓷立铣刀系列解决了这一问题，正如 Dillaman 指出的那样，与传统陶瓷所需的切削速度相比，该产品的切削速度可以降低 20% 到 25%。 “由于它能够更好地控制热量，你不需要像使用氧化铝或晶须增强陶瓷那样升高温度，”他说。 “对于使用 3/8 或 5/16"- [9.53 或 7.94 毫米] 直径刀具进行铣削的人来说，这意味着运行 20,000 rpm 与 25,000 rpm 或更高。新设备。”
不管是否有快速主轴，Dillaman 建议任何配备陶瓷切削刀具的 CNC 车床或加工中心都应该坚固且维护良好，其工作夹具也应如此。任何振动都会对陶瓷刀片或实心刀具产生不利影响，因此成功通常取决于避免使用旧设备，在这些设备中，主轴轴承和导轨表面可能“刚好有足够的间隙”，从而导致刀具寿命问题和意外故障。
“当您应用与陶瓷相关的更高速度和进给时，它肯定说明了机械系统中的任何缺陷，”他说。 “事实上，我们经常看到一台机器与另一台机器之间的巨大性能差异，即使我们运行的参数完全相同并且机器本身在其他方面也完全相同。”
改变观点
威斯康星州沃克夏 Walter USA LLC 的产品经理 Luke Pollock 在他的陶瓷系列中也有一些相对较新的等级。其中包括 MC275 和 MC075 Prototyp 铣刀，均提供钎焊头或模块化“ConeFit”con图形，两者都设计用于镍基高温合金的粗加工。然而，无论是使用瓦尔特立铣刀还是竞争品牌，Pollock 都建议最需要的是改变思维方式。
“根据合金的不同，您可能会以每分钟 3,000 到 4,000 英尺的切削速度运行，而且您将在没有冷却液的情况下运行，”他说。 “这意味着你的机器里会有一个大火球；如果这是您第一次看到它，您可能会争先恐后地寻找停止按钮。您可能需要在 10 分钟或更短时间后更换立铣刀而不是 45 分钟，在此期间它的直径可能会磨损 0.02" [0.51 毫米] 或更多。这与机加工完全不同
无论是否不同，所有这些都完全没问题，他补充说，因为一旦机械师通过了最初的学习曲线，他们很快就会发现他们每分钟去除的材料比硬质合金多 8 到 10 倍。也就是说，监控切削工具很重要，无论它们是由什么制成的。 Pollock 指出，就陶瓷而言，立铣刀可能看起来“完全烧毁”，但仍能很好地切削。
操作员不应根据外观更换刀具，而应倾听机器并观察负载表提供有关陶瓷工具何时准备好放入回收箱的线索。 “令人惊讶的是，它们可以磨损并继续切割，但重要的是在发生灾难性故障之前将它们拔出，”他说。
Under the Skin
Justin Messerschmidt，技术经理位于密歇根州沃伦市的 Ceratizit USA Inc. 的切削工具专家一致认为陶瓷能够承受更高的切削速度和相应的高进给率。然而，它远没有碳化物那么宽容，而且通常不会容忍任何 vi胸罩。此外，陶瓷必须在制造商相对严格的操作参数范围内应用，否则所有赌注都将失败。
“陶瓷在高温下保持边缘强度的能力是惊人的，但由于它比硬质合金脆得多，对于断续切削或功能较弱的机床，它可能不是最佳选择，”Messerschmidt 说。
尽管有这些警告，切削工具产品经理 Robert Bokram 还是针对不太理想的加工情况提供了一些提示。 “森拉天时在汽车市场非常活跃，铸件和锻件在该市场很常见，”他说。 “在这里，重要的是在第一次走刀时切入‘表层’，然后在后续走刀中改变切削深度，以便尽可能将磨损均匀地分布在整个刀片上。我们还建议对陶瓷使用尽可能大的刀尖半径，并尽量保持一致的工具压力
像 Pollock 一样，Bokram 指出，由于陶瓷的脆性，灾难性故障更有可能发生，并且操作员应该定期检查磨损情况，直到实现稳定的过程。这种稳定性在一定程度上取决于良好的刀架卫生——更换刀片时彻底清洁刀槽，尽早更换磨损的夹具和垫片，并始终使用扭矩扳手拧紧刀架螺钉。
“稳定性至关重要带有陶瓷刀片，但它们通常没有孔，并且必须与硬质合金不同地夹紧，”Bokram 说。 “因此，无论是顶部夹具还是楔形夹具，都有某种爪形设计可以将其牢固地固定到位。但由于从工件上掉下来的切屑非常热且具有磨蚀性，我们采用了超大硬质合金顶部夹具，以防止钢制夹具可能发生的过早磨损。”
保持凉爽
高温会导致其他问题，特别是因为大多数陶瓷加工是在没有切削液的情况下进行的。例如，车间应始终使用除尘系统来去除干式加工产生的烟雾和金属细屑——无论切削刀具或工件材料如何——最好随身携带一个灭火器。
在 Bokram 最近访问一家想要测试 Inconel 陶瓷铣削应用的商店时，最后一点建议变得非常清楚。问题是他们前一天在另一项工作中使用了切削液，机器表面干燥的冷却剂残留物在接触到炽热的切屑后实际上着火了。 “在用陶瓷切割之前一定要擦拭机床，并确保工作区域周围没有易燃物，”他说。
正常情况：在 HRSA (ISO-S) 材料铣削过程中，Ceratizit MaxMill 262 和 CTKS710 晶须强化陶瓷刀片。 （由 Ceratizit USA 提供）Lothar Unglaub 不一定同意“只干”的方法。作为瑞士 Rheinfall 的 Kennametal Europe GmbH 的嵌件营销组合管理总监，他在高温合金和陶瓷方面取得了巨大成功，但前提是应用得当。 “铸铁加工始终采用干式加工，但对于航空航天材料，一些客户通过用高压冷却液完全淹没切削区域，实现了高达十倍的刀具寿命，”他说。 “唯一需要注意的是，液体覆盖范围不能有间隙；否则会发生热冲击，导致工具快速失效。”
不良振动
Unglaub 将陶瓷切割工具比作咖啡杯，因为它可以应用来自一个方向的巨大压力相对不受惩罚，但同时从多个侧面施加压力，陶瓷就会失效。这就是刚性设置如此重要的原因，因为它消除了破坏大多数切削工具的振动，尤其是那些由陶瓷制成的刀具。为此，请始终使用尽可能短的工具，无论您要切割什么或如何切割，这都是一个很好的建议。
除了在陶瓷刀具方面的工作优化，Kyocera SGS Tool Hub 探索新的涂层、加工技术和定制解决方案。 （由 Kyocera SGS Precision Tools 提供）刀具路径同样重要，他说，建议在使用陶瓷刀具加工时应用某些编程方法。例如，任何人试图一次通过或以其他方式铣槽oy “霸占”方法通常不会成功。相反，最好遵循摆线铣削策略，使用更小、更浅的切削深度，但相对于硬质合金，进给和速度大大提高，因此在相同的时间内去除更多的材料。
其他为本文采访的消息来源支持这个想法，并补充说车间应该弧形进出工件以减少冲击，避免将工具埋在角落里，并采取一切必要措施来消除切屑再切削——在大多数情况下，最好用连续的压缩空气冲击波。 Unglaub 还指出，在 90% 的陶瓷加工应用中，负前角刀具是首选，因为它们提供了最大的边缘稳定性。最后，对机器操作员进行培训，不仅要培训他们如何应用陶瓷切削刀具，还要培训他们推动循环启动时的预期结果。
登上教育快车
“每次我与一位新客户合作，当火花开始迸发时，他们感到震惊，”Unglaub 说。 “他们立即尝试降低速度和进给，因为他们觉得有些不对劲。然而，这是最糟糕的做法，因为陶瓷的工作范围相当窄。因此，正如我和其他人所说，注意消除任何振动和悬伸，应用推荐的切削参数和刀具路径，并特别小心清洁刀片槽并在夹紧刀具时施加正确的扭矩。这些是确保成功的关键。”
Jason Wells 是位于弗吉尼亚州丹维尔的 Kyocera SGS Tech Hub 的总裁兼首席执行官，Kyocera SGS Tech Hub 是 Kyocera SGS Precision Tools Inc. 新成立的研究和培训部门。 ，俄亥俄州凯霍加瀑布。他很快指出，虽然母公司 Kyocera 在陶瓷车刀方面拥有丰富的经验，但 SGS 历来专注于硬质合金，而陶瓷车刀刀具和铣削应用最近成为这家拥有 70 年历史的公司的沃土。
Wells 说，“我们看到了陶瓷切削刀具在航空航天和汽车市场的巨大潜力，因此我们与几家不同的公司合作NASA、空中客车、西门子和 CCAM（位于弗吉尼亚州里士满的先进制造英联邦中心）等组织对先进陶瓷进行研究，并确定实现最佳性能所需的最佳几何形状、等级和涂层。”
据 Greenleaf 称，XSYTIN-360 整体陶瓷立铣刀系列承诺提供两倍于其他产品的进给率和更宽的速度范围。 （由 Greenleaf 提供）早期的结果说明了使用正确的设备和工具进行陶瓷加工的重要性——在一个例子中，在商用机器上“惨败”的等级在具有更高性能特征的机器上运行得非常好，强化了 Greenleaf 的 Dillaman 在本文开头所说的内容。他们还发现，刀具路径在刀具寿命方面起着同样重要的作用，高效的散热也同样重要。
为了解决最后一点，Kyocera SGS 一直与日本刀具制造商 MST 合作，专门用于陶瓷圆形刀具的特殊“通风”刀柄。 “就其本质而言，高温合金具有低导热性，因此热量积聚是一个真正的问题，”Wells 说。 “刀柄的独特设计旨在消除由于机床主轴在铣削操作过程中吸收过多热量而可能发生的 Z 轴热增长，同时安全准确地夹持刀具。这是我们和其他人努力的一个很好的例子er 制造商正在这一领域进行制造，以及陶瓷切削工具存在的机会。”
