陶瓷刀
陶瓷刀具有許多獨特優(yōu)點,如高耐熱性、很高的硬度和耐磨性能、良好的高溫力學性能等,可以加工傳統(tǒng)刀具很難加工甚至不能加工的超硬材料。有專家預測,陶瓷刀將成為21世紀最重要的刀具材料之一。
20世紀初,國外就開始嘗試將陶瓷材料試作切削刀具使用,但直到20世紀50年代,陶瓷刀具材料才開始得到較大發(fā)展。前蘇聯(lián)是使用陶瓷刀具最早的國家之一,1947年就有數(shù)種陶瓷刀應用于工業(yè)中。
我國1953年研制出第一代Al2O3陶瓷刀,由于強度和韌性低,未能推廣使用。20世紀60年代后研制成功數(shù)種陶瓷刀片,經(jīng)工廠使用取得較好效果,至70年代末才開始系統(tǒng)研究開發(fā)和規(guī)模生產(chǎn)。
表演
1956年4月,全國機械先進生產(chǎn)者會議在京召開。會議期間,前蘇聯(lián)代表團進行了表演,其中高速切削能手沃蘭佐夫就使用蘇聯(lián)制造的陶瓷刀進行了高速切削表演,這讓我國與會的金屬切削能手們大開眼界。本刊記者現(xiàn)場觀看了沃蘭佐夫的陶瓷刀高速切削表演,除了以畫刊做了圖文報道(見圖1)外,還撰文作了較為詳細的技術報道。
出席全國機械工業(yè)先進生產(chǎn)者會議的代表們,圍繞著一臺1A62車床,蘇聯(lián)代表團團員沃蘭佐夫作了卓越的高速強力切削表演。沃蘭佐夫是蘇聯(lián)最高蘇維埃的代表,是蘇聯(lián)最優(yōu)秀的先進車工之一。
沃蘭佐夫用自己的快速卡頭迅速地裝卡好帶黑皮的鍛件毛坯,熟練地調(diào)整機床。開車了,轉(zhuǎn)速最高達到1200r/min。工件飛快地旋轉(zhuǎn)起來,車刀迅速地移動。隨著車刀的移動,毛坯上出現(xiàn)了一圈圈閃著金屬光輝的表面。切屑一大片一大片地流下來,變成深藍色和金黃色。立刻,車刀就走到頭了,他熟練、迅速地退回車刀,用油石研了一下刀刃,又繼續(xù)車幾刀,工件就加工好了。(本刊記者:《快速裝卡高速切削--記沃蘭佐夫的卓越表演》,《機械工人》1956年第5期)
圖1 與會代表聚精會神地觀看沃蘭佐夫利用瓷刀片表演高速切削
。ā稒C械工人》1956年第5期封二畫刊)
專題
1958年,一機部新技術宣傳推廣所等單位在哈爾濱曾組織全國20多個廠學習和使用陶瓷刀!稒C械工人》冷加工1959年第 3期對陶瓷刀作了專題介紹和推廣,專輯開篇語中寫道:“早在 1932年,蘇聯(lián)首次應用陶瓷刀切削瓷質(zhì)半成品、塑料和有色金屬制品。最近幾年來,蘇聯(lián)大力研究并創(chuàng)造了多種新型的陶瓷材料,為擴大陶瓷刀的應用范圍創(chuàng)造了良好的條件。用作切削刀具的陶瓷同一般陶瓷不同,但它們同屬非金屬材料,用它來切削金屬是刀具史上的一次重大革新,具有深遠的意義。1953年,我國積極學習蘇聯(lián)先進經(jīng)驗,在應用陶瓷刀上取得了一定成就,積累了一些經(jīng)驗。目前,南京電磁廠和上海大中電瓷廠已正式生產(chǎn),并能適量供應。”
為了便于讀者們學習和掌握這項新技術,編輯部根據(jù)有關資料編寫了一篇長達12頁的文章,分為“陶瓷刀的性能”、“陶瓷刀幾何角度的選擇”、“切削用量的選擇”、“陶瓷刀的結(jié)構(gòu)”、“陶瓷刀的刃磨和研磨”、“陶瓷刀使用注意事項”等版塊。
研究
20世紀80年代以來,我國陶瓷刀具材料的研制取得了不少進展。
中國工程院院士艾興是我國著名的切削加工和刀具材料專家,他首創(chuàng)融合切削學與陶瓷學于一體的陶瓷刀具研究和設計的理論新體系,他領導的刀具材料研究組是我國較早進行陶瓷刀具研制的研究團隊。80年代初,艾興率領小組經(jīng)過幾年的努力,研究成功了組合陶瓷SC-4和金屬陶瓷LT-55兩種陶瓷刀具新材料。(艾興等:《組合陶瓷刀具材料》,《機械工人》冷加工1984年第3期,見圖2)
圖2 艾興教授文章《組合陶瓷刀具材料》
。ā稒C械工人》冷加工1984年第3期)
清華大學研制成功復合氮化硅(Si3N4)陶瓷刀具,具有良好的切削性能,是一種新型優(yōu)良復合陶瓷刀具。(羅振璧等:《復合氮化硅陶瓷刀具》,《機械工人》冷加工1983年第9期)
中南礦業(yè)學院研制成功 AG2刀片是通用性較大的陶瓷刀片,由冷水江市陶瓷工具廠生產(chǎn),研究人員撰文介紹 AG2復合陶瓷刀片與硬質(zhì)合金刀片切削淬火鋼、高強度鋼的比較。(黃漢泉等:《陶瓷刀具的應用及效果》,《機械工人》冷加工1985年第9期)
近二三十年來,陶瓷刀的發(fā)展很快,本刊一直關注并及時報道該領域的最新進展。(如成都工具研究所:《陶瓷刀具的發(fā)展》,1984年第7期;株洲硬質(zhì)合金廠田潤科:《陶瓷刀具材料發(fā)展與應用》,1993年第10、11期;清華大學齊龍浩:《陶瓷刀具的進展與應用》,1995年第7、8期;山東大學劉戰(zhàn)強:《陶瓷刀具材料的新進展與應用》,2006年第10期)
應用
除關注研究進展外,本刊特別注重報道推廣各地廠礦應用陶瓷刀具的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗。
值得一提的是,《機械工人》冷加工1994年專門設置了“陶瓷工具應用專欄”(由長沙工程陶瓷公司協(xié)辦),1994年全年連載刊登了多篇陶瓷工具應用的文章,包括首鋼特殊鋼公司的《可轉(zhuǎn)位陶瓷圓弧刃端銑刀》(第2期),邢臺冶金機械軋輥股份有限公司的《晶須增韌陶瓷刀車削軋輥》(第3期),太原重型機器廠的《陶瓷刀具在淬火表面高速精銑上的應用》(第4、5期),大連組合機床研究所的《陶瓷刀具在加工中心及組合機床上的應用》(第8期)等。
目標
在世紀之交的2000年,艾興院士撰文回顧了國外陶瓷刀具材料的發(fā)展概況、我國陶瓷刀具發(fā)展歷程,并呼吁建立陶瓷刀具研究新體系,加速開發(fā)新型陶瓷刀具,他指出:
切削加工是現(xiàn)代制造技術的最重要的基礎技術,而現(xiàn)代陶瓷刀具則是先進制造技術的強有力的武器。生產(chǎn)實踐已經(jīng)證明,推廣應用現(xiàn)代陶瓷刀具,將獲得巨大的經(jīng)濟效益。
目前陶瓷刀具面臨很大的挑戰(zhàn),主要是成本高,使用條件也苛刻,性能分散性較大,可靠性差,科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力還很不夠,所以在量大面廣的工件材料加工中,除高速切削范圍外,顯示不出陶瓷刀具的優(yōu)越性。
我國要加速推廣使用陶瓷刀具,目前的主要目標是提高質(zhì)量,降低成本,提高可靠性,將科研成果迅速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力,增加品種,迎接面臨的挑戰(zhàn)。(艾興:《陶瓷工具的發(fā)展及應用》,《機械工人》冷加工2000年第9期)