[其他]增强陶瓷切削刀具

说明书

本案是我们1985年3月14登记的共同未决美国专利申请06/711，695号的部分连续申请。

本发明涉及到切削工具，尤其涉及到改进的陶瓷切削工具。

金属切削即“切削加工”在金属加工业中被认为是最重要的和最广泛使用的方法之一。在普通的机械加工操作中，有成型加工、刨削加工、铣削加工、平面磨加工、拉削加工、研磨加工、锯切加工，车削加工、镗孔加工、钻孔加工以及铰孔加工，其中某些方法，例如锯切加工，可在工件的内，外表面上操作，而另外一些只能在工件的内表面上操作（如铰孔加工），或只能在工件的外表面上操作（如表面磨平）。这些各种不同的加工方法，都在De    Garmo，Materials    and    Processes    in    Manufacturing，3rd    edn.，（1969），特别是在第16章，“Metal    Cutting”中作了详细地描述。

对一个确定的机械加工方法的生产率的衡量，是通过在一定的时间内，从工件上切掉的金属总量来确定的。为此，很多材料都曾被用作或被建议用作切削刀具，通常把这些材料分为工具钢，高速钢，非铁铸造合金，硬质合金和陶瓷（这里金钢石也有一些特殊的应用），衡量切削刀具性能的参数有切削速度，切削深度，进给速度以及刀具耐用度。先有技术中每种切削工具材料都缺少一种或多种这些性能参数。工具钢，高速钢以及非铁铸造合金全都有临界温度的限制，这就限制使它们的切削速度在相当低的水平，这个速度是用每分钟呎（fpm）或每分钟米（m/min）来度量的，典型的高速钢刀具切削钢的深度限制到100-225fpm（30-70m/min）的范围内，切削有色材料切削速度被限制在250-300fpm（75-90m/min）范围内。有色铸造合金刀具可在比这种切削速度高达近两倍的条件下工作，碳化物材料，例如碳化钨，使钢的切削速度提高一至四倍，特别是用碳化物涂层刀具时更是如此。但是，碳化物不如钢那样具有韧性，而且对冲压破坏敏感。这就严重地影响它们在有冲击因素作用条件下，例如在进行间断切削或在加工硬工件时的应用。

人们发现陶瓷材料，例如氧化铝、可用来生产切削刀具，该刀具能在比常规刀具和碳化物刀具更高的切削速度条件下操作。例如，据报道，其切削的切削速度为500-1400fpm（150-430m/min）。但是，陶瓷刀具的耐用度还有严重的问题。因为陶瓷甚至比碳化物更脆，也更缺少韧性。当陶瓷材料经受冲击时，它那种预料不到的，而且是灾难性的断裂倾向是特别令人担心的，因此，当陶瓷材料刀具切削速度很高时，只可能在十分低的进给速度的条件下使用它们，即在大大低于使用钢制和碳化物制切削刀具时的进给速度下使用。

人们还发现，所有技术的切削工具的生产率都相当低，该生产率随切削速度和进给速度而变化。钢和碳化物刀具，虽然它们有较高的进给速度、但切削速度相当低，相反地，陶瓷刀具、虽然它们具有较高的切削速度，但只能在进给速度相当低的条件下工作。因此，以在一定的期间内切除金属总量来确定其生产率。与所使用的切削刀具的种类是关系不大的。

在涉及使用各种陶瓷作为切削刀具的参考文献中，包括授予Iycri    et    al等的美国专利4，543，343号，该专利对氧化铝、氧化锆及碳化钛与硼化钛组成的陶瓷切削刀具作了描述。

还有一些说法;碳化硅纤维增强陶瓷能用于各种机器零部件，使用的例子包括热交换器，模具，管咀，涡轮，阀门以及齿轮，请参看日本专利59-54680，及59-102681号。但这些公开的文献对这里描述的切削刀具的发明是无特殊关系的。因为这些零件并不像那种工作环境下的零件，承受冲击应力，在上述的文献中，既没有提及对韧性冲击阻抗的改进，也没有表现对这些性质的性趣。