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金屬加工史話之陶瓷刀的應(yīng)用與發(fā)展歷程
時(shí)間：2018-11-16

陶瓷刀


陶瓷刀具有許多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，如高耐熱性、很高的硬度和耐磨性能、良好的高溫力學(xué)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(yù)測(cè)，陶瓷刀將成為21世紀(jì)最重要的刀具材料之一。


20世紀(jì)初，國(guó)外就開(kāi)始嘗試將陶瓷材料試作切削刀具使用，但直到20世紀(jì)50年代，陶瓷刀具材料才開(kāi)始得到較大發(fā)展。前蘇聯(lián)是使用陶瓷刀具最早的國(guó)家之一，1947年就有數(shù)種陶瓷刀應(yīng)用于工業(yè)中。

我國(guó)1953年研制出第一代Al2O3陶瓷刀，由于強(qiáng)度和韌性低，未能推廣使用。20世紀(jì)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(kāi)始系統(tǒng)研究開(kāi)發(fā)和規(guī)模生產(chǎn)。


表演

1956年4月，全國(guó)機(jī)械先進(jìn)生產(chǎn)者會(huì)議在京召開(kāi)。會(huì)議期間，前蘇聯(lián)代表團(tuán)進(jìn)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(jìn)行了高速切削表演，這讓我國(guó)與會(huì)的金屬切削能手們大開(kāi)眼界。本刊記者現(xiàn)場(chǎng)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(bào)道（見(jiàn)圖1）外，還撰文作了較為詳細(xì)的技術(shù)報(bào)道。


出席全國(guó)機(jī)械工業(yè)先進(jìn)生產(chǎn)者會(huì)議的代表們，圍繞著一臺(tái)1A62車床，蘇聯(lián)代表團(tuán)團(tuán)員沃蘭佐夫作了卓越的高速?gòu)?qiáng)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(jìn)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(jī)床。開(kāi)車了，轉(zhuǎn)速最高達(dá)到1200r/min。工件飛快地旋轉(zhuǎn)起來(lái)，車刀迅速地移動(dòng)。隨著車刀的移動(dòng)，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(lái)，變成深藍(lán)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(jī)械工人》1956年第5期）

（《機(jī)械工人》1956年第5期封二畫刊）


專題
1958年，一機(jī)部新技術(shù)宣傳推廣所等單位在哈爾濱曾組織全國(guó)20多個(gè)廠學(xué)習(xí)和使用陶瓷刀。《機(jī)械工人》冷加工1959年第 3期對(duì)陶瓷刀作了專題介紹和推廣，專輯開(kāi)篇語(yǔ)中寫道：“早在 1932年，蘇聯(lián)首次應(yīng)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(lái)，蘇聯(lián)大力研究并創(chuàng)造了多種新型的陶瓷材料，為擴(kuò)大陶瓷刀的應(yīng)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(lái)切削金屬是刀具史上的一次重大革新，具有深遠(yuǎn)的意義。1953年，我國(guó)積極學(xué)習(xí)蘇聯(lián)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，在應(yīng)用陶瓷刀上取得了一定成就，積累了一些經(jīng)驗(yàn)。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(yīng)?！?/span>

為了便于讀者們學(xué)習(xí)和掌握這項(xiàng)新技術(shù)，編輯部根據(jù)有關(guān)資料編寫了一篇長(zhǎng)達(dá)12頁(yè)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(xiàng)”等版塊。


研究

20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)陶瓷刀具材料的研制取得了不少進(jìn)展。

中國(guó)工程院院士艾興是我國(guó)著名的切削加工和刀具材料專家，他首創(chuàng)融合切削學(xué)與陶瓷學(xué)于一體的陶瓷刀具研究和設(shè)計(jì)的理論新體系，他領(lǐng)導(dǎo)的刀具材料研究組是我國(guó)較早進(jìn)行陶瓷刀具研制的研究團(tuán)隊(duì)。80年代初，艾興率領(lǐng)小組經(jīng)過(guò)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(jī)械工人》冷加工1984年第3期，見(jiàn)圖2）

圖2 艾興教授文章《組合陶瓷刀具材料》


（《機(jī)械工人》冷加工1984年第3期）

清華大學(xué)研制成功復(fù)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(fù)合陶瓷刀具。（羅振璧等：《復(fù)合氮化硅陶瓷刀具》，《機(jī)械工人》冷加工1983年第9期）

中南礦業(yè)學(xué)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(fù)合陶瓷刀片與硬質(zhì)合金刀片切削淬火鋼、高強(qiáng)度鋼的比較。（黃漢泉等：《陶瓷刀具的應(yīng)用及效果》，《機(jī)械工人》冷加工1985年第9期）


近二三十年來(lái)，陶瓷刀的發(fā)展很快，本刊一直關(guān)注并及時(shí)報(bào)道該領(lǐng)域的最新進(jìn)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(rùn)科：《陶瓷刀具材料發(fā)展與應(yīng)用》，1993年第10、11期；清華大學(xué)齊龍浩：《陶瓷刀具的進(jìn)展與應(yīng)用》，1995年第7、8期；山東大學(xué)劉戰(zhàn)強(qiáng)：《陶瓷刀具材料的新進(jìn)展與應(yīng)用》，2006年第10期）


應(yīng)用

除關(guān)注研究進(jìn)展外，本刊特別注重報(bào)道推廣各地廠礦應(yīng)用陶瓷刀具的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

值得一提的是，《機(jī)械工人》冷加工1994年專門設(shè)置了“陶瓷工具應(yīng)用專欄”（由長(zhǎng)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(yīng)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(tái)冶金機(jī)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(jī)器廠的《陶瓷刀具在淬火表面高速精銑上的應(yīng)用》（第4、5期），大連組合機(jī)床研究所的《陶瓷刀具在加工中心及組合機(jī)床上的應(yīng)用》（第8期）等。


目標(biāo)

在世紀(jì)之交的2000年，艾興院士撰文回顧了國(guó)外陶瓷刀具材料的發(fā)展概況、我國(guó)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(kāi)發(fā)新型陶瓷刀具，他指出：


切削加工是現(xiàn)代制造技術(shù)的最重要的基礎(chǔ)技術(shù)，而現(xiàn)代陶瓷刀具則是先進(jìn)制造技術(shù)的強(qiáng)有力的武器。生產(chǎn)實(shí)踐已經(jīng)證明，推廣應(yīng)用現(xiàn)代陶瓷刀具，將獲得巨大的經(jīng)濟(jì)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(guó)要加速推廣使用陶瓷刀具，目前的主要目標(biāo)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(yīng)用》，《機(jī)械工人》冷加工2000年第9期）


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