具有代表性的高硬度材料有模具钢、淬火钢和轧辊等，对这种材料以往大都采用磨削方法进行精加工。现在为了降低生产成本而改用切削加工。

欲实现对高硬度材料进行切削加工，必须具备的条件是刀具硬度应远远高于被切削材料的硬度。此外，由于对高硬度材料进行切削加工时，刀头的温度非常高，所以它还需具备以下各种特性：

-耐塑性变形性能很好，即高温硬度很好。
-化学稳定性很好，即不会与被切削材料、氧气和切削液等发生化学反应，也不会出现热分解现象。
-热传导率很好，即高温刀头不会因热冲击而产生缺损现象。

以往大都用立方氮化硼(CBN)刀具对高硬度材料进行高速切削和断续切削加工。与立方氮化硼刀具相比，陶瓷刀具的韧性较差，在可靠性方面也稍差一些。但陶瓷刀具的价格比立方氮化硼刀具便宜，所以在降低生产成本方面非常有利。只要在实际使用时注意刀头的形状和选择最合适的切削条件，以保证整个加工过程一开始即进入稳定状态，那么完全可以用陶瓷刀具代替立方氮化硼刀具加工高硬度材料。本文着重介紹由日本特殊陶业公司所生产的HC4和HC5陶瓷刀具对高硬度材料进行切削加工时的特点，并以具有代表性的实例说明其效果。


一.切削高硬度材料的陶瓷刀具

HC4和HC5都属于Al2O3-TiC系的陶瓷，通常人们称这种系列的陶瓷为黑陶瓷。HC5是在原来HC2基楚上增加了硬质相，并实施了微粒化，成为一种耐磨损性和耐缺损性都得到了改善的材料。HC4是在HC5的基础上增加了高融点碳化物，是一种更为微細化的适用于切削高硬度材料的材质。照片1所示是HC4的显微组织结构。照片2所示是HC5的显微组织结构。由此可以说，对高硬度材料进行切削加工的陶瓷材料显微组织结构的关键是存在硬质相和微細化结构。通常HC5可用于对广泛的高硬度材料进行加工。如果被切削材料特別硬，那么用HC4比HC5可更好地发挥其高性能。图1所示是被切削材料的硬度与HC4和HC5的适用范围。

密度
g/cm3硬度HRA抗弯力
(MPa)破坏韧性
(MPa·m0.5)杨氏率
(GPa)

Al2O3系HC10.494.07004400

Al2O3-TiC系HC24.394.58005420

HC44.695.510005420
HC54.395.09005420
TiC系HC64.794.08005450
Si3N4系SX23.293.511007320

二.切削高硬度材料料时刀具的损伤类型

在用陶瓷刀具切削高硬度材料时，刀头处出现的损伤大多数是表面碎裂型损伤，如照片3所示在刀具前面出现贝壳状碎裂。与切削一般材料相比，切削高硬度材料时的切削阻抗较大，特別是背分力较大。这是因为经过连续加工后刀具背面被磨损而使背分力增大。这种背分力的增大则意味背分力和垂直方向的拉伸应力在刀片内起作用，当它们超过刀具材料强度时则就出现碎裂型损伤。

此外也容易出现刀具前面的月牙洼磨损和刀头失去锋利的缺损。产生这两种类型损伤的主要原因是刀头温度升高。防止这类损伤的方法是适当降低切削速度。綜上所述可知，欲用陶瓷刀具稳定地对高硬度材料进行加工的关键是要不断地抑制那些长时间且稳定地作用于刀片内的最大应力，并使它有所降低。

三.陶瓷刀具切削高硬度材料的推荐切削条件

用陶瓷刀具可切削的被切削材料的最高硬度为HRC65。以往切削硬度较高的材料时，所用的切削速度较慢。这几年用陶瓷刀具切削硬度为HRC65的材料时，切削速度可达到200mm/min。但在切削硬度超过HRC60的材料时，刀具易出现前面所讲的碎裂损伤，这样就缩短了刀具的使用寿命，且加工稳定性也随之下降。为此在切削这材料时推荐使用图1所示稍稍降低的切削速度。另外，用于切削高硬度材料的陶瓷刀片的前缘圆角R应稍大一些。

最适宜的进給量和切入深度的大致标准如下：
进給量≦(1/6)R；
切入深度≦(1/3)R。
式中R是刀具前缘的圆角