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金屬加工史話之陶瓷刀的應用與發展歷程
時間:2018-11-16

陶瓷刀


陶瓷刀具有許多獨特優點,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展。前蘇聯是使用陶瓷刀具最早的國家之一,1947年就有數種陶瓷刀應用于工業中。

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年代后研制成功數種陶瓷刀片,經工廠使用取得較好效果,至70年代末才開始系統研究開發和規模生產。


表演

1956年4月,全國機械先進生產者會議在京召開。會議期間,前蘇聯代表團進行了表演,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。


出席全國機械工業先進生產者會議的代表們,圍繞著一臺1A62車床,蘇聯代表團團員沃蘭佐夫作了卓越的高速強力切削表演。沃蘭佐夫是蘇聯最高蘇維埃的代表,是蘇聯最優秀的先進車工之一。
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,熟練地調整機床。開車了,轉速最高達到1200r/min。工件飛快地旋轉起來,車刀迅速地移動。隨著車刀的移動,毛坯上出現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)

(《機械工人》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。《機械工人》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,蘇聯首次應用陶瓷刀切削瓷質半成品、塑料和有色金屬制品。最近幾年來,蘇聯大力研究并創造了多種新型的陶瓷材料,為擴大陶瓷刀的應用范圍創造了良好的條件。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,我國積極學習蘇聯先進經驗,在應用陶瓷刀上取得了一定成就,積累了一些經驗。目前,南京電磁廠和上海大中電瓷廠已正式生產,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”、“陶瓷刀的結構”、“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》


(《機械工人》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,研究人員撰文介紹 AG2復合陶瓷刀片與硬質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:《陶瓷刀具的發展》,1984年第7期;株洲硬質合金廠田潤科:《陶瓷刀具材料發展與應用》,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實踐經驗。

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展概況、我國陶瓷刀具發展歷程,并呼吁建立陶瓷刀具研究新體系,加速開發新型陶瓷刀具,他指出:


切削加工是現代制造技術的最重要的基礎技術,而現代陶瓷刀具則是先進制造技術的強有力的武器。生產實踐已經證明,推廣應用現代陶瓷刀具,將獲得巨大的經濟效益。


目前陶瓷刀具面臨很大的挑戰,主要是成本高,使用條件也苛刻,性能分散性較大,可靠性差,科研成果轉化為生產力還很不夠,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量,降低成本,提高可靠性,將科研成果迅速轉化為生產力,增加品種,迎接面臨的挑戰。(艾興:《陶瓷工具的發展及應用》,《機械工人》冷加工2000年第9期)


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