用SiAlON陶瓷刀具高效铣削铸铁

陶瓷作为一种高效刀具材料，非常适合高速加工和高效加工。由于可显著提高切削速度和进给速度，因此可以提高金属切除率，缩短加工时间，从而可提高切削加工的经济性，甚至还可减少投资成本。

目前，氮化硅陶瓷刀具材料已用于铸铁的高效加工，并在加工的安全性、稳定性和经济性上均有出色表现。德国SPK刀具公司开发的新型SiAlON刀具材料为氮化硅陶瓷刀具材料家族又增加了新成员。

一般的氮化硅刀具材料成分为ß­Si3N4，而新开发的SiAlON刀具材料成分为α­/ß­SiAlON，通过对材料金相组织的改进，使细小的碳化物硬颗粒分布在SiAlON晶粒之间，从而提高了SiAlON刀具材料的硬度和抗热振性能，并使其具有更高的抗氧化能力和更好的化学稳定性。

由于α­/ß­SiAlON刀具材料具有上述优良特性，因此它能适用于很广的加工领域，包括从粗加工到精加工，从连续切削到断续切削，甚至可用于有剧烈振动的切削加工；它既可用于车削加工，又可用于铣削加工；它可加工的材料包括灰铸铁和球墨铸铁。在加工灰铸铁时，可应用于各种加工场合；在加工球墨铸铁时，除可用于铣削加工外，现在还可用于车削的断续加工。

铣削加工时，应选用韧性好的α­/ß­SiAlON材料，SL808牌号就是专门为此而开发的，它在加工灰铸铁时显示出很高的加工效率。例如，用MKS90°面铣刀粗铣加工GJL250灰铸铁的箱体，切削速度可达1200m/min，每齿进给量为0.275mm（进给速度10000mm/min），铣削宽度在5～12mm之间变化。尽管采用如此高的切削用量，刀具寿命仍能达到50m/刃。

通过加工一个压缩机壳体，对α­/ß­SiAlON与ß­Si3N4两种材料的切削性能进行了比较。首先加工加强筋和平面，在每齿进给量与ß­Si3N4相同时，α­/ß­SiAlON的SL808可采用更高的切削速度，缩短了每件加工时间。由于α­/ß­SiAlON的耐磨性好，刀具寿命更长，进一步提高了加工的经济性。与ß­Si3N4相比，SL808的切削速度提高了约15%，刀具寿命提高了约63%，所用切削用量为每齿进给量0.20mm，切削速度900m/min，轴向切深5.0mm。

然后比较两种刀具材料在粗铣法兰面和螺孔面时的性能。由于α­/ß­SiAlON有更好的耐热性，切削速度可从500m/min提高到800m/min，进给速度可从约3000mm/min提高到4000mm/min，因此可使加工时间减少20%，同时刀具寿命提高一倍，加工成本降低30%。

将α­/ß­SiAlON与Al2O3涂层的硬质合金刀具进行比较，也证明前者在各种加工场合的切削性能优于后者。例如，铣削曲轴箱的侧面时，轴向切深3mm，径向切深40mm；用直径50mm的α­/ß­SiAlON五齿MKS88°铣刀替代原来使用的直径更大的7齿硬质合金铣刀。由于α­/ß­SiAlON具有很好的耐热性，切削速度达1000m/min，进给速度达3600mm/min，约为原来的3.6倍，因此加工的经济性大大提高，可降低加工成本约70%。

用一把直径80mm的MKS90°直角面铣刀加工GJL400铸铁制造的轴承座时，在一次装夹中用圆周铣加工出各直径尺寸，走刀时的径向切深40mm，轴向切深10mm。与Al2O3涂层硬质合金刀具相比，进给速度由550mm/min提高到3000mm/min，加工时间由原来的6.8分钟减少到只需1.25分钟。

α­/ß­SiAlON材料的开发被看作是氮化硅陶瓷材料的一个发展方向，其耐高温、耐磨损的性能比ß­Si3N4有了显著提高，而韧性却没有下降。以上加工铸铁的实例很好地证明了这些优点。