全瓷的发展 铣刀 为镍基合金材料的加工开辟了新的前景，全陶瓷刀具与硬质合金刀具相比，加工效率可提高8倍。
技术进步和材料科学领域的持续发展不断推动着加工难加工工件的能力和效率。镍基合金的使用可以大大提高蒸汽轮机的整体效率。用镍基合金制成的单晶蒸汽轮机叶轮配备了复杂的冷却槽和陶瓷绝缘层系统，将在高达1450°C的温度条件下投入使用。这种独特的机械和耐热性能对加工提出了很高的要求。仅在喷气推进装置的加工中，就需要大约3,000个分度刀片，而相比之下，制造一辆汽车平均只需要两个分度刀片。
实现更高的切割速度
镍基合金具有较高的耐热性，但导热性较差，这会导致切削表面产生高温。这会导致切削材料软化。由于其微观结构中存在易磨损的碳化物，刀具在温度和机械过载条件下容易失效。涂层硬质合金刀具仅在低于20m/min的切削速度下才能稳定工作。各种试验表明，用陶瓷材料切削可使切削速度提高30至50倍。关键因素是陶瓷的优异耐热性。
因此，在切削过程中可以将温度升到足够高的水平，以软化工件材料并使其更易于切削。这使得进入高速切削（HSC）技术领域成为可能。与陶瓷材料制成的可转位刀片相匹配的铣刀已经在市场上销售，这种刀具也可用于涡轮机斗轮的粗加工。但由于设计原因，刀具的最小尺寸仍然受到限制。最小的商用刀具直径目前为32mm。对于需要较小刀具直径或复杂切削轮廓的加工任务，除了硬质合金刀具和HSS刀具外，还可以使用磨削和线切割。
将市场上常见的涂层和非涂层硬质合金刀具与所研制的陶瓷刀具在标准行程和单位时间切削量方面的比较表明，使用全陶瓷铣刀可使生产率提高八倍。
将现代陶瓷切削材料的切削能力应用于这些应用已成为柏林弗劳恩霍夫生产设备与结构技术研究所 (IPK) 的研究重点。早在 2006 年，弗劳恩霍夫-安联高性能陶瓷公司的“Cercut”项目中就推出了首批陶瓷铣刀测试样品。这些刀具在实验应用中获得了成功。鉴于刀具制造商和用户的积极响应，联合研究所将继续推进已经开展的开发工作。
推动全陶瓷切削刀具的发展
2008 年 1 月，“Tech-Volk”项目启动。从那时起，项目团队一直致力于开发适合应用的切削轮廓的全陶瓷铣刀。由于项目中的各个合作伙伴都有自己的优势和工作重点，因此可以全面考虑整个过程。从陶瓷毛坯的生产、磨削策略的应用和磨削工具的加工到现代 HSC 加工中心中特定工件的切削，工件材料范围从镍基锻造合金（如 Nimonic 90）到铸造合金（如 MAR M247）。
为了能够适应复杂的高速铣削工艺的载荷条件，切削材料必须满足某些特殊要求。切削过程中的中断会导致切削刃处载荷变化大和温度波动。在某些时间间隔内，切削刃可能不处于切削状态，切削刃表面温度比芯层内部温度更容易冷却。由于热膨胀状态的差异，在刀具刃口区域会形成拉应力，这很容易导致裂纹。
陶瓷对拉伸应力更为敏感，因此特别容易受到这种机制的影响。干式加工对于这种切削材料来说变得必不可少，因为冷却润滑会增加刀具的冷却效果，并对刀具的工作状态产生额外的负面影响。Al2O3 和碳化硅晶须增强的 SiAlON 的内部成分和结构决定了这些材料具有防止裂纹形成和增加断裂韧性的特性。这两种切削陶瓷材料已经作为分度刀片投放市场，使用效果良好。
最有前景的后续发展是生产所谓的分级陶瓷。在这方面，这种材料的强度特性可以通过后续加工进行有针对性的改变。就像钢经过淬火一样，陶瓷也可以制成耐磨的边缘和不耐断裂的核心区域。
在全陶瓷开发过程之前，对这两种陶瓷材料作为分度刀片的使用特性进行了分析。同时，还研究并评估了材料的耐磨性。通过对工件进行机械测量并结合 FEM 模拟，可以对刀具设计进行详细分析。从实际测试中获得的知识与通过数值确定的负载极限相辅相成。这样就可以识别出对陶瓷强度特性有害的负载条件。同时，还考虑了不同刀具形状的不同自振特性。通过有针对性地设置刀具和工艺，不仅可以显着减少刀具磨损并增加刀具使用寿命，还可以显着提高工件表面的几何质量。
对于研究机构来说，拥有在自己的高精度磨床上制造刀具、随后在刀具测量设备上测量刀具、在强大的 HSC 加工中心上测试刀具的独特条件至关重要。这样可以缩短开发周期并深入了解该过程。
