在航空航天及大尺度加工體加工方面,隨著難加工材料的被采用程度的加深和復(fù)合材料不斷涌現(xiàn),以及隨著數(shù)控機(jī)床的大規(guī)模普及、數(shù)字化智能化加工工藝的普及,高速加工和超長時間加工越來越占據(jù)絕對地位。而陶瓷和金屬陶瓷刀具的出現(xiàn)正對應(yīng)了制造業(yè)對于高速高效加工的迫切需求。對于處在轉(zhuǎn)型期的“中國制造”來說,經(jīng)過前期的技術(shù)積累和工藝探索,隨著“C919大型客機(jī)”和“運(yùn)-20戰(zhàn)略運(yùn)輸機(jī)”等國產(chǎn)大飛機(jī)的投入量產(chǎn)并以此為代表,在材料技術(shù)和制造工藝的升級換代要求迫在眉睫的需求下,2017年,中國制造對陶瓷和金屬陶瓷刀具的需求必定會有一個大的提升。
同時,隨著刀具技術(shù)和機(jī)床技術(shù)的相互結(jié)合,工件材料與刀具材料的互相促進(jìn),航空航天制造業(yè)也在不斷發(fā)展??梢哉f刀具材料不斷發(fā)展是航空航天制造業(yè)不斷發(fā)展的驅(qū)動力。目前航空航天制造業(yè)廣泛應(yīng)用的刀具材料牌號多達(dá)上千種,根據(jù)刀具材料來劃分,不外乎以下幾大類:工具鋼(碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼)、硬質(zhì)合金、陶瓷和超硬刀具材料。碳素工具鋼適于制造手動工具,碳素工具鋼T10A和T12A應(yīng)用較廣泛。
航空制造業(yè)中,硬質(zhì)合金刀具所占比重最大。硬質(zhì)合金刀具在航空制造中是主導(dǎo)刀具,應(yīng)用范圍則相當(dāng)廣泛,在數(shù)控刀具材料中占主導(dǎo)地位。硬質(zhì)合金成為主要的刀具材料,使切削加工實(shí)現(xiàn)了向硬質(zhì)合金時代的過渡,由于不同牌號的硬質(zhì)合金性能特點(diǎn)不同,因而其應(yīng)用范圍也不同。硬質(zhì)合金不但可用于制造各種機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具,而且可以制造整體式立銑刀、鉸刀、絲錐和鉆頭等。硬質(zhì)合金刀具分為普通硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金、碳(氮)化鈦基硬質(zhì)合金。
YT類硬質(zhì)合金具有YG類和YW類的大部分優(yōu)良性能,在航空制造業(yè)應(yīng)用較廣。涂層硬質(zhì)合金有比基體更高的硬度、耐磨性、耐熱性,應(yīng)用廣泛。超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金可以大范圍地運(yùn)用于斷續(xù)切削。碳(氮)化鈦基硬質(zhì)合金主要用于鋼件的連續(xù)表面的精加工和半精加工。
隨著新技術(shù)革命的發(fā)展,要求不斷提高切削加工生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本.,特別是數(shù)控機(jī)床的發(fā)展,要求開發(fā)比硬質(zhì)合金刀具切速更高、更耐磨的新型刀具。日前各種高強(qiáng)度、高硬度、耐腐蝕、耐磨和耐高溫的難以切削的新材料日益增多。據(jù)文獻(xiàn)估計,這類材料己占國際上加工總數(shù)的50%以上.,硬質(zhì)合金刀具對其中不少新材料的加工難以勝任。另一方面,現(xiàn)在國際上硬質(zhì)合金產(chǎn)量己達(dá)20000- 25000t。每年消耗大量的金屬,如W、Co、Ta和Nb等。這些金屬的礦產(chǎn)資源正日益減少,價格上漲,按日前消耗速度,用不了幾十年.有些資源將耗盡。陶瓷刀具就是在這樣的背景下發(fā)展起來的。
早在1912-1913年.英國和德國己出現(xiàn)了氧化鋁陶瓷刀具,但其在生產(chǎn)上的應(yīng)用則始于1950年。由于其強(qiáng)度、韌度低,較長時期內(nèi)僅限于做連續(xù)切削精加工用.,且切削速度和進(jìn)給量都較低。直到1968年才出現(xiàn)第2代陶瓷刀具-復(fù)合氧化鋁刀具,在強(qiáng)度和韌度上較之氧化鋁刀具有了明顯提高,可以在較高的速度和較大的進(jìn)給量下切削各種工件.得到了較廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)70年代末到80年代初國際出現(xiàn)了第3代陶瓷刀具-氮化硅陶瓷刀具。這類陶瓷刀具有比復(fù)合氧化鋁刀具更高的韌性、抗沖擊性、高溫強(qiáng)度和抗熱震性。陶瓷刀片在各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)量增長很快。
我國自20世紀(jì)60年代中開始批量生產(chǎn)復(fù)合氧化鋁刀片,目前年生產(chǎn)量為14-15萬片。氧化硅陶瓷刀片雖自20世紀(jì)70年代中就開始研究,由于性能欠佳,不能滿足需求。近幾年來,隨著對高溫結(jié)構(gòu)陶瓷領(lǐng)域研究的不斷深入,使氮化硅陶瓷的性能有了很大提高,從而使氮化硅陶瓷刀具在我國迅速發(fā)展起來。