氧化铝陶瓷刀具的研究与应用
【精品文章】高纯氧化铝陶瓷的制备及应用简介
高纯氧化铝陶瓷的制备及应用简介
高纯氧化铝陶瓷是以高纯超细氧化铝粉体（晶相主要为α-Al2O3）为主要原料组成的重要陶瓷材料。
高纯氧化铝陶瓷因具有机械强度高、硬度大、耐高温、耐腐蚀等优良性能而受到人们的广泛关注。
1.高纯氧化铝陶瓷的制备
高纯氧化铝陶瓷的制备对原始粉体的要求较高，一般是以纯度＞99.99％晶相为α相的氧化铝粉为主要原料。
高纯超细氧化铝粉体的特征决定了最终制备高纯氧化铝陶瓷的性能。
在高纯氧化铝粉体的制备过程中，要求粉体的纯度高，颗粒尺寸小且分布均匀，粉体活性高，并且团聚程度低。
这样可在相对较低的温度下制得高纯氧化铝陶瓷。
因此，为制备高纯氧化铝陶瓷，首先要制备出高纯氧化铝粉体。
（一）高纯氧化铝粉体的制备
目前，高纯超细氧化铝粉体主要有改良拜耳法、氢氧化铝热分解法、沉淀法、活性高纯铝水解法等制备方法。
a．改良拜耳法
拜耳法是工业上常用的制备氧化铝粉体的方法。
利用该方法制备氧化铝的过程中，由于原料铝酸钠中含有大量的Si、Fe、K、Ti等杂质，使得制备的氧化铝粉体纯度有所降低。
在传统制备工艺的基础上，对铝酸钠及结晶后的氧化铝进行脱杂处理，制备了纯度相对较高的氧化铝粉体，这种方法即为改良拜耳法。
该方法所用的原料主要为铝酸钠，来源广泛，整个过程中不会产生污染。
但是由于其制备工艺相对复杂，导致氧化铝生产效率低，从而限制了。
陶瓷铣刀知识点归纳总结
陶瓷铣刀知识点归纳总结一、材料陶瓷铣刀采用氧化锆、氧化铝、碳化硅等陶瓷材料制成。
这些材料具有高硬度、耐磨损、耐高温等特点，能够有效提高刀具的耐磨性和加工精度。
1. 氧化锆陶瓷氧化锆陶瓷具有高硬度、高强度和耐磨损性能，适用于加工高硬度、高强度金属材料，如高速钢、硬质合金等。
氧化锆陶瓷铣刀具有较长的使用寿命和良好的加工精度。
2. 氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷具有高硬度、耐腐蚀、耐磨损等特点，适用于加工铸铁、不锈钢、铝合金等金属材料。
氧化铝陶瓷铣刀具有良好的抗磨损性能和化学稳定性，适用于长时间加工。
3. 碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷具有高硬度、耐高温、耐磨损等特点，适用于加工高温合金、钛合金等金属材料。
碳化硅陶瓷铣刀具有较高的切削速度和加工精度，适用于高速加工。
二、结构陶瓷铣刀的结构主要包括刃部和刀柄两部分。
刃部是用陶瓷材料制成的刀片，具有刀尖、刀身、刀脊等部分；刀柄则是用金属材料制成的刀柄，用于安装刀片和与加工设备连接。
1. 刀片陶瓷铣刀的刀片采用陶瓷材料制成，具有高硬度、耐磨损的特点。
刀片的刀尖采用超精密磨削工艺，保证刀尖的平整度和尺寸精度；刀片的刀身经过精密烧结工艺，保证刀片的整体性能和稳定性。
刀片的刀脊则采用特殊的设计，保证刀片的刚性和稳定性。
2. 刀柄陶瓷铣刀的刀柄采用金属材料制成，具有良好的机械性能和稳定性。
刀柄的设计考虑了切削力和加工稳定性，采用合理的结构，保证刀片的安全性和可靠性。
三、加工工艺陶瓷铣刀的制造工艺主要包括粉末冶金、成形工艺、烧结工艺、磨削工艺等。
通过这些工艺，可以保证刀具的整体性能和使用寿命。
1. 粉末冶金陶瓷铣刀的制造过程从粉末冶金开始，通过混合、压制等工艺，形成刀片和刀柄的原料。
2. 成形工艺陶瓷铣刀的刀片和刀柄经过成形工艺，通过模具成型、注射成型等工艺，形成刀具的初步形状。
3. 烧结工艺陶瓷铣刀的刀片和刀柄经过烧结工艺，通过高温烧结，形成致密的结构和良好的性能。
4. 磨削工艺陶瓷铣刀的刀片经过精密磨削工艺，通过超精密研磨、平面磨削等工艺，形成精确的刀尖和刀身。
高性能陶瓷材料的研究与应用
高性能陶瓷材料的研究与应用高性能陶瓷材料是一种具有优异性能的新型材料，在现代工业与科技领域广泛应用。
相较于传统金属材料，高性能陶瓷材料具有更高的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、高温稳定性等特点，在诸如轨道交通、能源、电子工业等领域有着广泛的应用前景。
一、高性能陶瓷材料的研究现状目前，高性能陶瓷材料的研究已相当成熟，其中较为著名的是氧化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷等。
这些陶瓷材料在化学稳定性、硬度、热稳定性等方面具有优异性能，因此被广泛地应用于一些特殊领域中。
氧化铝陶瓷具有高强度、高硬度、良好的磨损性能和低温度热膨胀性能，因此在制造精密陶瓷、刀具、球轴承等方面有着广泛的应用。
氮化硅陶瓷在高温、高压、高速、高功率等极端环境下表现出优异性能，广泛应用于耐磨、切割、研磨等领域。
碳化硅陶瓷的硬度和强度较高，对于耐高温、耐化学腐蚀、耐磨损等性能需求较高的领域有广泛应用。
二、高性能陶瓷材料的应用领域1. 轨道交通高铁列车的轮轴承重量是极其重要的，轴承采用的材料必须具有高强度、高硬度、抗磨损、耐高温等特点。
因此，高性能陶瓷材料在轨道交通领域的应用越来越广泛。
氮化硅陶瓷轴承广泛用于高速列车轮轴承，它具有高硬度、高耐腐蚀、高高温稳定等特点，能够在高速列车载重严重、高速运行情况下发挥优异性能。
2. 能源高性能陶瓷材料被广泛应用于风电机组、燃气轮机、火电机组等能源设施中。
其中，氮化硅陶瓷的高温稳定性能和电绝缘性能非常适合用于制造燃气轮机叶片，可有效提高燃气轮机的工作效率和使用寿命；碳化硅陶瓷的高强度、高硬度、高温稳定性能能够延长燃气轮机的使用寿命；氧化铝陶瓷则广泛应用于使用寿命相对短的火电机组内部部件中，如喷油嘴、喷气嘴等。
3. 电子工业高性能陶瓷材料在电子工业领域也有着广泛的应用。
硅基、氮化硅、氧化铝、碳化硅等陶瓷材料在集成电路、微电子器件等方面有着广泛的应用和重要作用。
此外，这些陶瓷材料也广泛用于声音、光电、电磁等部件的制造。
氧化铝陶瓷的用途
氧化铝陶瓷的用途氧化铝陶瓷是一种具有优良性能的陶瓷材料，广泛应用于各个领域。
以下是氧化铝陶瓷的一些常见用途：电子和半导体行业：氧化铝陶瓷在电子元器件、集成电路和半导体设备中扮演重要角色。
它用于制作高压电容器、电子绝缘子、封装基板、芯片散热器等，具有优异的绝缘性能和热导率。
机械工程领域：氧化铝陶瓷在机械工程领域中常用于制作轴承、密封件、阀门、瓦楞纸机辊等高强度、耐磨损的零部件。
它具有高硬度、低摩擦系数和优异的耐磨性能。
医疗器械：由于其生物相容性和抗腐蚀性能，氧化铝陶瓷被广泛应用于医疗器械制造。
例如，人工关节、牙科种植体、手术刀具等医疗器械常采用氧化铝陶瓷材料制作。
化工和石油行业：氧化铝陶瓷在化工和石油行业中用于制造耐酸碱、耐腐蚀的反应器、管道、泵体等设备。
它能够承受高温和腐蚀性介质的侵蚀，具有良好的化学稳定性。
环境保护：氧化铝陶瓷在环境保护领域也有应用。
例如，它可以制作高效过滤器和催化剂载体，用于废气处理、水处理和污染物去除等方面。
光学和激光技术：氧化铝陶瓷具有优异的光学性能，可用于制作高精度的光学组件、激光反射镜、光纤连接器等。
除了上述应用领域，氧化铝陶瓷还在航空航天、能源领域、热工学等领域中有广泛应用。
由于其优异的物理、化学和机械性能，氧化铝陶瓷在各个工业领域中扮演着重要角色。
它的高温稳定性和耐腐蚀性使其成为高温炉具、耐火材料和热障涂层的理想选择。
此外，氧化铝陶瓷还常用于研究实验室中的试剂容器、电解槽、玻璃加工工具等。
总之，氧化铝陶瓷的用途广泛且多样化，得益于其优良的物理、化学和机械性能。
其高温稳定性、耐腐蚀性和抗磨损性使其在各个工业领域中发挥重要作用，为现代科技和工程领域的发展做出了重要贡献。
氧化铝陶瓷材料的性能及应用背景
氧化铝陶瓷材料的性能及应用背景
（1）机械强度高：氧化铝烧结后的抗弯强度可达250MPa,热压产品可达500MPa。
氧化铝的成分愈纯，强度愈高。
强度在高温下可维持到900℃。
利用氧化铝陶瓷的这一性质可以制成装置瓷和其他机械构件。
（2）电阻率高，电绝缘性好：氧化铝的常温电阻率约为1015Ω·cm，绝缘强度15Kv/mm，利用其绝缘性和强度可制成各种基板、管座、火花塞和电路外壳等
（3）硬度高：莫氏硬度为9，加上优良的抗磨损性，所以广泛地用以制造刀具、磨轮、磨料、拉丝模、挤压模、轴承等。
用A12O3陶瓷刀具加工汽车发动机和飞机零件时，可以以高的切削速度获得高的精度。
（4）熔点高，抗腐蚀：氧化铝的熔点为2050℃，能较好地抵抗一些熔融金属的侵蚀，可用作耐火材料、炉管，热电偶保护套等。
（5）化学稳定性好：许多复合的硫化物、磷化物、砷化物、碘化物、氧化物以及硫酸、盐酸、硝酸、氢氟酸不与A12O3作用。
因此A12O3可制备人体关节、人工骨等生物陶瓷材料。
（6）光学特性：氧化铝陶瓷可以制成用于高压纳灯的透明陶瓷灯管。
透明氧化铝陶瓷的熔点高达2050℃，能在1600℃的环境里不受钠蒸气的腐蚀，而且可以通过95％的光线。
有了它，高压钠灯才在1960年诞生，并经过不断改进，得到了实际应用。
此外，透明陶瓷还适用于制造其他新型灯具，如钾灯、铯灯、金属卤化物灯等。
陶瓷刀具的发展及其应用
陶瓷刀具的发展及其应用随着机械加工技术的不断发展,人们对提高加工效率和降低生产成本的要求越来越高,各种新式刀具不断涌现。
陶瓷刀具作为一种新型切削刀具,由于其良好的高速切削性能,并能进行干切削,满足了加工者的要求,现在正被推广应用到机械加工的各个领域。
1陶瓷刀具的产生陶瓷刀具最早出现在德国,1938年德国古萨公司首先取得刀具陶瓷的专利。
但直到上世纪50年代初,陶瓷才作为切削刀具被正式使用并逐步商品化。
最初的陶瓷刀具主要成分为氧化铝,这种陶瓷刀具抗弯强度很低,冲击韧性和可靠性差,所以没有被推广使用。
之后经过科学家的不断研究,复合陶瓷刀具研制成功,这种以Al2O3陶瓷或Si3N4陶瓷为基础而复合成的新一代新型陶瓷刀具材料,具有比纯Al2O3陶瓷或Si3N4陶瓷好得多的物理机械性能。
由于细化晶粒加上陶瓷固有的高硬度及耐高温、抗磨损和抗腐蚀等特性,陶瓷作为一种新的机械工程材料,越来越被人们所重视。
陶瓷刀具的品种、牌号很多，按其主要成分大致可分为氧化铝(Al2O3)系和氮化硅(Si3N4)系两大类。
目前世界上生产的95%的陶瓷刀具属于氧化铝(Al2O3)系，其它为氮化硅(Si3N4)系。
由于陶瓷刀具的强度和韧性低，加工时易发生破损(特别是早期破损)，因此在一定程度上限制了陶瓷刀具的应用。
鉴于Si3N4陶瓷的韧性和强度较Al2O3陶瓷高得多，因此对陶瓷刀具的增韧、增强处理主要针对以Al2O3为基体的刀具。
增韧Al2O3陶瓷是指在Al2O3基体中添加增韧或增强材料, 目前常用的增韧方法主要有ZrO2相变增韧、晶须增韧以及第二相颗粒弥散增韧等。
ZrO2相变增韧是利用ZrO2在1150 ℃左右发生单斜晶(m—ZrO2)系到四方晶(t—ZrO2)系的可逆相变时伴有3%～5%的体积变化及8%的切应变效应，在基体中诱导出许多裂纹，从而可以吸收主裂纹尖端的大部分能量，达到增韧目的。
晶须增韧是利用晶须的加强棒作用，常用晶须有SiC晶须和Si3N4晶须。
氧化铝陶瓷的屈服强度
氧化铝陶瓷的屈服强度简介氧化铝陶瓷是一种重要的工程陶瓷材料，具有广泛的应用领域。
其优异的特性之一就是其较高的屈服强度，使其在高温、高压等恶劣环境下有着出色的性能。
本文将对氧化铝陶瓷的屈服强度进行深入探讨。
屈服强度的定义屈服强度是指材料在外力作用下，开始出现塑性变形或继续变形的临界点，即超过这一临界点后，材料发生不可逆的塑性变形。
对于氧化铝陶瓷而言，屈服强度是其能够承受的最大外力，超过该极限会导致氧化铝陶瓷的破坏。
影响氧化铝陶瓷屈服强度的因素晶粒尺寸氧化铝陶瓷的晶粒尺寸对其屈服强度有着重要影响。
较小的晶粒尺寸可以增加晶界的数量，从而阻止晶粒的滑移和滑动，提高了陶瓷的强度。
因此，通常情况下，较小的晶粒尺寸对于提高氧化铝陶瓷的屈服强度是有益的。
合金添加物通过添加一定的合金元素，可以改善氧化铝陶瓷的屈服强度。
例如，添加一定量的二氧化锆可以形成锆化物相，强化晶界，提高氧化铝陶瓷的屈服强度。
烧结工艺烧结工艺是制备氧化铝陶瓷的关键步骤之一，也是影响其屈服强度的重要因素。
适当的烧结工艺能够增加陶瓷材料的致密性和结晶度，从而提高其屈服强度。
温度和压力温度和压力也会对氧化铝陶瓷的屈服强度产生影响。
一般情况下，随温度的升高，氧化铝陶瓷的屈服强度会降低。
而增加压力可以显著提高氧化铝陶瓷的屈服强度。
提高氧化铝陶瓷屈服强度的方法控制晶粒尺寸控制氧化铝陶瓷的晶粒尺寸是提高其屈服强度的重要方法之一。
通过优化烧结工艺、添加合适的助烧剂等方法，可以控制氧化铝陶瓷的晶粒尺寸，从而提高其屈服强度。
添加合金元素通过添加合适的合金元素，可以改变氧化铝陶瓷的晶界结构和化学成分，从而提高其屈服强度。
常用的合金元素包括二氧化锆、氮化硅等，它们能够与氧化铝形成具有高强度的化合物相。
优化烧结工艺烧结工艺对于氧化铝陶瓷的屈服强度有着重要影响。
优化烧结工艺可以提高陶瓷的致密度和晶界结构，从而增加其屈服强度。
例如，采用高温烧结、热等静压等方法可以显著提高氧化铝陶瓷的屈服强度。
氧化铝陶瓷切削刀具的介绍
氧化铝陶瓷切削刀具的介绍2010/8/4/9:1来源：《磨料磨具》杂志氧化铝（刚玉）在磨料和磨具上的应用已有很长的历史，国际每年使用数量也是很大的，如2008年据海关统计中国出口刚玉磨料和磨具82.0512万吨（约50440.4万美元），进口6.5555万吨（约5623.5万美元）。
而氧化铝（刚玉）陶瓷刀具是其发展的精尖制品，是近代氧化铝陶瓷的典范，其附加值很高。
Al2O3（刚玉）粉料4～5元／公斤，而氧化铝基刀具价达2000～3000元／公斤。
2007年西方国家陶瓷刀具的销售额估计达45亿美元以上，而氧化铝基陶瓷刀具约占一半。
其中以日本产量最大，其次为美国、德国、英国等，而俄罗斯也有一定规模的产量。
但国内对这种原料资源广、价廉，能生产高附加值的工具却发展不大，可能与中国钨资源丰富而偏重钨基硬质合金刀具有关。
氧化铝原料对碳化钨和氮化物原料而言是最廉价的，而氧化铝刀具价高。
氧化铝刀具的比重约为硬质合金（碳化钨基）的三分之一，以体积价格计算，氧化铝刀具比硬质合金刀具要便宜、这也是促使国际氧化铝刀具发展的因素之一。
一、氧化铝的性能现代新陶瓷材料包含氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物，以及它们之间的复合化合物。
从用途分有工程结构陶瓷、功能陶瓷、刀具陶瓷等。
刀具陶瓷是用来车削或铣削加工金属及合金的工具。
除碳化物以外作刀具陶瓷的即是氧化物、氮化物。
在氧化物中最适合的就是氧化铝（刚玉－α-Al2O3）材料。
纯Al2O3在低温下存在十多种晶型，但主要的有三种：即α- Al2O3、β- Al2O3、γ- Al2O3，所有的晶型在温度超过1600℃以上，都会转变成高温稳定的α- Al2O3（刚玉），这个转变是不可逆的。
一般Al2O3硬度是很低的，只有刚玉型α- Al2O3的硬度（莫氏硬度为9）才是很高的，刚玉才能作切削工具和耐磨件。
α-Al2O3属六方晶系，刚玉（单位晶胞是尖的菱面体）结构，a=4.76Å，c=12.99Å。
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高速加工技术论文氧化铝陶瓷刀具的研究与应用院系：燕山大学机械工程学院班级：11硕研机制系组长：明组员：指导老师：时间：2011年12月01日氧化铝陶瓷刀具的研究与应用摘要:作为先进制造技术,高速切削技术能大幅度地提高加工品质和加工效率,并能降低加工成本。
高速切削已经成为切削加工的主要发展方向。
为真正实现切削加工的高速化，不仅要研究开发与高速切削相适应的材料，还要不断改进刀具结构，并对刀具的动平衡和可靠性进行分析。
目前，国际上现已发展的陶瓷刀具主要是氧化铝基(Al2O3) 和氮化硅基( Si3N4) 两大系列。
陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性能及良好的高温性能，与金属的亲合力小，并且化学稳定性好。
因此，陶瓷刀具可以加工传统刀具难以加工的高硬材料，实现以车代磨。
关键词：高速加工、氧化铝陶瓷刀具、高硬度、高耐磨性、抗高温1、陶瓷刀具的材料及选择陶瓷材料比硬质合金更适合于高速切削，陶瓷材料与金属亲合力小，热扩散磨损就很小。
另外，陶瓷的高温硬度优于硬质合金，在1200 ℃~1400℃时仍能达到HRA80，相当于硬质合金400℃以下的硬度。
氧化铝陶瓷硬度高、耐磨性好，但韧性不足，抗热振能力差，易于发生刃口早期破损。
通过加入ZrO2形成的相变增韧复合陶瓷Al2O3一ZrO2，和由具有高横向断裂强度的SiC晶须组成的晶须强化陶瓷Al2O3一SiC以及Al2O3一SiC+金属等Al2O3基陶瓷断裂韧性和强度有较大的提高，强了耐冲击和断续切削的能力，如Al2O3一ZrO2，能以1000m/mi的切削速度铣削硬度小于HRC38的钢件和HB300的铸铁件。
氮化硅(Si3N4)陶瓷具有较高的强度、韧性和抗热振能力，刀具耐用度显著提高，尤其提高了断续切削的可靠性。
通过在Si3N4基体添加YO、Al2O3和TiC(N)等形成的氮化硅系陶瓷，具有良好的烧结工艺性并能保持优良的切削性能。
近期开发的XE10是一种高强韧性的纤维状的高纯度高密度Si3N4陶瓷, 断裂韧性达7.0MPa²M1\2，热传导率比其它陶瓷高,2倍，抗热冲击性强，在铸铁的有冷却液高速断续切削中获得较高的刀具寿命。
2、陶瓷刀具的结构设计2.1、合理的刀具几何参数刀具合理的几何参数是指粗加工或半精加工时能保证刀具具有较高的生产率和刀具耐用度，精加工时在具有较高的刀具耐用度的基础上保证加工出符合预定尺寸精度和表面质量的工件的刀具几何参数。
目前陶瓷刀具的一些新品种在强度和韧性方面有了较大的提高，但毕竟是脆性材料，抗弯强度较低而抗压强度高。
为了充分发挥它的长处，应尽力使陶瓷刀具切削时工作在压应力区，并尽量减少振动，利于提高工艺系统的刚性，从实验得知：当前角 取- 6°~ - 8°，后角α0取5°~ l2°，主偏角K r取45°，刃倾角λs取0 ~ - l0°，圆角半径γε取0. 6 ~ 0. 9mm，b r取0. 4 ~ 0. 6mm时，陶瓷刀具的切削性能较为理想。
2.2、合理的切削用量陶瓷刀具具有良好的耐磨性与耐热性，故切削用量对刀具的磨损的影响比硬质合金刀具小。
因此切削时应根据被加工材料的性质，在机床的功率、工艺系统的刚性等条件允许的前提下尽量选用较大的背吃刀量和切削速度进行高速切削，在高速切削时往往能获得良好的切屑形状。
如在高速切削淬硬钢时，可能形成酥化的易于碎断的假带状切屑，从而使切屑易于清理，且一定范围内的高速切削，切削温度的升高能改变工件材料的性能，提高陶瓷刀具的韧性而减少其破损。
如果切削速度过低，不仅不利于发挥陶瓷刀具的优越性，而且容易发生崩刀。
由于进给量对刀具破损的影响最为敏感，所以开始切削时的进给量先取小些，通过试切逐渐增加，一直到刀具不出现破损。
车削普通钢和铸铁，进给量可以取0. l0 ~ 0. 75mm / r，精加工取0. 05 ~ 0. 25mm / r，铣端面时，每齿进给量a f= 0. l ~ 0. 3mm / Z。
加工淬硬钢，随着硬度不同而选取不同的进给量，一般车削取0. l ~ 0. 3mm / r，铣端面取每齿进给量a f= 0. 05 ~ 0. l5mm / Z。
2.3、刃形结构切削刃边界的缺口破损和刀尖处的热磨损是高速切削刀具的另一特征。
因此，设计应使主、副刀刃在刀尖处逐渐过渡，增大刀尖角，刀尖采用圆弧或多个直线刃过渡，加大刀尖区切削刃的长度和刀具材料的体积。
而在刃形设计时应使边界处的切削厚度逐渐减薄，以减缓边界处的应力梯度和温度梯度。
高速切削刀具的切削部分应短一些，以提高刀具的刚性和减小刀刃破损的概率。
如陶瓷铣刀的切削部分就较短，钻头副刃的倒锥就比较大。
3、陶瓷刀具的动平衡分析高速切削刀具系统的动平衡非常重要。
一般来说,对于小型刀具，平衡修正量只有百分之几克；对于紧密型刀具,采用静平衡即可,而对于悬伸长度较大的刀具则必须进行动平衡。
因为高速切削时,由于主轴转速很高，如果加工系统中有不平衡质量存在，会引起非常大的惯性离心力，它会使抗弯强度和断裂韧性都较低的刀片发生断裂,除造成废品外，对操作者和机床都会带来危险。
因此高速切削刀具体必须满足动平衡要求，刀片应开有与刀具体定位的键槽,并辅以上压式夹紧或由螺钉紧固,应对刀具、夹头、主轴各元件单独进行动平衡,然后还要对刀具与夹头组件进行动平衡，最后还应对刀具连同主轴一起进行动平衡。
平衡方法有两种：1) 在刀柄轴上靠手工旋转一个本身不平衡的可调环套，可以在一定范围内调节不平衡量；2) 是在刀柄的径向安装可调螺钉，通过调节螺钉离中心线的远近来调节平衡。
动平衡是在动平衡机上完成的，可以在动平衡机上得到不平衡的位置和不平衡量的大小，可以预测调节后是否在许可的不平衡量范围内。
4、陶瓷刀具的可靠性的研究与分析4.1、刀具可靠性的理论模型在正常连续切削条件下, 陶瓷刀具的损坏以磨损为主。
由于受到刀具材料、工件材料以及切削过程中其它因素的影响, 即使规定了相同的磨钝标准, 刀具的磨损寿命也不同, 而是具有一定的随机性。
综合考虑刀具的磨损过程, 并基于马尔可夫随机过程理论可知: 任意时刻的刀具磨损量W 均服从对数正态分布。
因此, 任意时刻刀具磨损量的概率密度函数可以写为式中, μw 和σw 分别为刀具磨损量的对数均值和对数均方差, 下标W 表明是刀具磨损量的分布参数。
由式( 1) 求得任意磨损量下刀具寿命T 的分布函数, 并记为式中a 和b 均为常数, 则刀具寿命T 的概率分布函数可表示为式( 4) 表明陶瓷刀具磨损寿命服从对数正态分布规律。
4.2、刀具磨损寿命的随机性4.2.1、 试验条件机床: C620-1 无级调速车床工件: 45#钢( HRC30～35)刀具: LD-1 陶瓷刀具γ = - 5°, α= 5°,s λ = - 5°,Kr= 45°干切削, 负倒棱0.2³( - 20°), r ∈= 0.4mm切削用量: V1= 2m/ s, V2= 2.5m/ s, V3=3m/ s, f = o.15mm/ r, ap= 1mm4.2.2、试验结果与分析在切削用量一定的条件下, 选择不同的磨钝标准, 可以得到不同的刀具磨损寿命分布曲线。
图1 为LD-1 陶瓷刀具在v1= 2m/ s 、磨钝标准VB 分别为0. 1mm 、0. 2mm 和0. 3mm 时的磨损寿命分布曲线( 以切削路程表示刀具的磨损寿命) 。
可见, 在本试验条件下, 该陶瓷刀具的磨损寿命很好地服从对数正态分布, K-S 分布拟合检验的结果也证明了这一点。
利用线性回归分析的方法, 可得其分布函数分别为刀具变异系数定义为式中E( T) ——样本刀具寿命的均值D( T ) ——样本刀具寿命的方差计算得其磨损寿命变异系数CS 分别为0. 155 , 0. 119 和0. 136 。
不难看出, 当VB =0. 2mm 和V B = 0. 3mm 时拟合效果较好, 而当VB = 0. 1mm 时拟合效果较差。
这是因为刀具磨损寿命服从对数正态分布的结论是假定在正常磨损阶段, 刀具磨损量与切削时间呈线性关系的情况下得到的。
图2 分别为V2= 2. 5m/s, V3= 3ms/ s 时LD-1 刀具的磨损寿命分布。
与图1 对比可见, 在不同切削速度下, 刀具磨损寿命仍很好地服从对数正态分布。
由此可以证实: 不仅对于硬质合金刀具, 而且对于陶瓷刀具, 其磨损寿命也服从对数正态分布, 而与刀具的使用条件基本无关。
这表明: 陶瓷刀具寿命分布形式取决于其损坏机理。
但由两图还可以看出, 对数正态分布的分布参数与刀具使用条件密切相关, 使用条件不同, 刀具寿命在对数正态概率纸上拟合直线的斜率及截距各不相同，即分布参数不同。
图1 LD-1 刀具磨损寿命的对数正态分布图2 不同速度下刀具磨损寿命的对数正态分布4.3、刀具可靠性分析与评价既然氧化铝基陶瓷刀具材料的各项主要力学性能指标均服从三参数对数正态分布, 说明该类刀具材料力学性能的随机性具有共性。
同样, 可以进一步推论该类刀具材料磨损寿命的随机分布亦具有共性。
于是, 根据以LD-1 刀具为例进行的研究, 可以推论: 氧化铝基陶瓷刀具的磨损寿命均服从不同参数的对数正态分布。
因此, 基于磨损的陶瓷刀具切削可靠性的分析就可以此为基础进行。
当刀具的损坏形式以磨损为主时, 刀具可靠度实际上就是基于磨损的刀具可靠度, 即式中, 下标W 表示刀具的磨损。
由式( 4) 可得当分布参数已知时, 就可以根据此式预测Al2O3 基陶瓷刀具基于磨损的切削可靠性的大小此外, 还可以针对某一具体的切削过程, 实现对其切削可靠性的评价。
对于LD-1 陶瓷刀具, 在图1 的试验条件下基于磨损的刀具可靠度分别为由此可见, 对于给定的陶瓷刀具, 在某一具体的切削条件下, 由计算可得到对应于某一规定可靠度R 的刀具可靠寿命TR , 或者给出工作时间T 0 后的可靠度, 以作为实际生产特别是自动线上决定刀具换刀策略的依据, 因而具有重要的实际应用价值。
此外, 由LD-1 刀具磨损寿命试验结果的分析还可以发现, 在图1 的试验条件下, 虽然刀具磨钝标准VB 不同, 但是刀具磨损寿命变异系数CS 的值( 在三种条件下分别为0. 155,0. 119 和0. 136) 相差不大, 只是在CS= 0. 137附近有微小的波动( 波动范围为±13%) , 而在不同切削速度下的CS 值也只有0. 127 和0. 142。
由此可见, 对于一种给定的陶瓷刀具材料, 其磨损寿命变异系数几乎为一定值, 受切削条件的影响不明显。
因此, 可以采用刀具磨损寿命变异系数CS 来评价基于磨损的氧化铝基陶瓷刀具的切削可靠性。