图1 Greenleaf公司的Ring Max API环形槽刀配备有WG-300晶须补强陶瓷刀片，利用该槽刀能帮助TNG公司缩短一个环形槽切削所花的时间，可从45 min缩短至仅仅28 s

虽然准时(JIT)生产零件对于工厂的客户来说具有许多优势，但工厂经常会面对这种生产计划表所带来的挑战，即在遵守截止时间方面没有任何回旋余地。

这一点对TNG公司尤其是这样，该公司是一家总部位于加州贝克尔斯菲市的提供设备和服务的地热能源公司。该公司大部分工作都需要准时完成，并且需要达到严格的质量控制要求，这使得其员工需要进行大量的加班工作，这种局面在很大程度上都是因使用常规硬质合金刀片加工油田应用阀门组件中的凹槽所带来的挑战而造成的。改为使用Greenleaf公司的陶瓷刀片后，TNG公司能极大缩短用于两个阀门应用的周期时间，从而能在不产生额外加工成本的情况下遵守订单时间。

改为使用陶瓷刀片前，TNG公司使用1963年生产的人工普通车床，利用硬质合金刀片在直径为3.125 in(1 in=25.4 mm)的阀体上加工出两个API环形槽，其中每个环形槽需花10～15 min完成加工。但是，由于经常要求切削难以加工的材料，如Inconel，因此真正的挑战在于对这些阀体重新进行调质。例如，在比API规格大0.1875 in的铸钢基座材料中开槽之后，将阀门送至焊接部门进行Inconel包覆加工。在该部门，工艺涉及到使用平面切槽刀具开出平直平面凹槽，之后使用API环形切槽刀具。这只能通过在轴向上进入切槽0.100 in之后按正径向和反径向加工只凹槽的全宽度实现。之后，机械师将刀具再推进0.050 in，在两侧之间调节，与之前的径向切槽的宽度相匹配。重复按这些微小增量推进，直至达到完整的切削深度为止。一名经验丰富高效的机械师如TNG的首席机械师Cimaron Hylton能在约45 min内加工完一个凹槽，尽管在许多时候需花费接近1 h。

据Hylton表示，进行此等小深度切削对于降低振动和颤动是有必要的，但并不能完全消除振动。在切槽过程中，机械师必须检查节圆直径多次以确保精度，他们还必须手工抛光成角的凹槽壁。

由于刀具寿命经常不可预测以及生产时间长，TNG公司转向使用Greenleaf公司的陶瓷刀片。在环形槽应用中，该公司决定使用配备有WG-300晶须补强陶瓷刀片的Ring Max API环形槽刀具。Greenleaf公司的Ring Max环形槽刀具产品线专为油气行业而设计，经过工程加工，可缩短API环形槽的加工时间，而WG-300的基本理念涉及到通过极强、刚性和碳化硅晶体或“晶须”对硬质陶瓷基体进行加强。晶须扩散到细晶粒氯氧化铝基体中，它们的表现如同玻璃丝在玻璃纤维中的表现，可起到增加抗拉强度和提高脆性基体的断裂韧性。

尽管WG-300专为用于镍基和钴基超合金的高表面速度下的冲击和磨损抵抗能力而设计，但该等级刀片可完美适应TNG的应用，在该应用中，可在Hwacheon Vesta 1050B数控加工中心铣削车床上以相对较低的额定马力(20 hp)加工材料。

陶瓷刀片在再调质应用中才真正表现出其实力。Hylton表示，在进行Inconel合金镀层之后，他铣削了在凸缘上方凸出的焊缝，并继续使用Ring Max刀具，在仅仅28 s内就完成了环形槽的切削。由于环形槽加工是一个连续切削过程，因此使用了贯通主轴的冷却剂。冷却剂不是用来冷却刀片的，而是使金属屑变得更加脆性并破裂为更小的碎片，优势是几乎能变成粉末状。

图2 每个阀体都具有两个环形槽，在再调质应用过程中光这些特征就需要花费2h在人工普通车床上生产出来

TNG还使用陶瓷刀片用于其主营加工任务，即切削使用410不锈钢制成的带有Stellite包覆层的阀座。据Hylton表示，凹槽贯穿Stellite合金之后贯穿热影响区以及到达基底材料，要求切削40～67 HRC的材料，因此该应用非常具有技巧性。

利用硬质合金刀片，Hylton表示他必须以0.005 in深度的增幅为步长逐步切削，以保持刀刃完整。另外，由于刀具压力巨大，设置到啄式周期内的回退量必须比通常值大。在本例中，刀具工件界面实际表面比实际车床位置要远0.010 in。在各次啄式加工之间需要0.012 in的缓冲量，这样就将实际进给行程增加到1.498 in，这意味着机床总进给量必须为凹槽实际深度的六倍。由于需要进行啄式加工，因此加重了此工艺的慢速性质。

另一问题是该机床的速度较低。其并没有为高效加工材料所有层所需的必要的力矩，并且还会产生噪声，Hylton经常利用此工艺过程中的三个硬质合金刀片，这要求他停止、拉动刀片、更换刀片并重新开始加工。整个切槽工艺完成需花费47 min至1 h。更糟的是，刀片有时会随机地断裂，根本就没有一贯性可言。

现在，TNG公司利用配备有Greenleaf公司的新型Xsytin-1陶瓷刀片和支撑刀刃的平面切槽刀具。据Greenleaf公司称，Xsytin-1是一种相位增韧陶瓷刀片，展现出了比传统陶瓷刀片技术更广泛的材料应用前景，弥补了用于特殊材料以及更常规金属，如碳钢和不锈钢的常规硬质合金以及陶瓷刀片之间的差距。Greenleaf公司表示，其为此无涂层刀片开发的相位增韧陶瓷制造工艺能生产出可预测的、耐磨损和耐热冲击的刀片，强度是WG-300晶须刀片的两倍。其还实现了更锋利的刀刃的生产，从而降低了刀具压力并改善了表面精加工效果。

凹槽能一次性成型，从而也消除了Hylton的紧张。TNG公司开始使用陶瓷平面切槽刀具时，Hylton表示他很紧张。他对Greenleaf公司的代表表示了对其建议的切削速度的质疑。但是，当他看到Stellite合金像粉末一样被切削下来时，他的紧张立刻消失了。陶瓷平面切槽刀具可在30～40 s内对凹槽进行切削。

目前，Hylton表示问题在于基体材料。“过去我无法等待工艺的完成。”他表示，“现在，当我用刀具加工不锈钢时，金属屑以长串的形式脱落，由于平面切槽加工是复杂的加工，刀片在侧面会发生振动。”

Hylton注意到当凹槽加工完成后，Xsytin-1刀片表现出了少得多的损伤，因此他使用了WG-300批次刀具后，打算放弃Ring Max转而使用新型刀片。

虽然陶瓷刀片可能用于一个以上的凹槽，但他表示，在每次凹槽加工后他都更换刀片，到安全一侧。但是即使以每个刀片一个凹槽的加工速度，陶瓷刀片的可预测性和长度也让他印象深刻。实际上，由于在考虑时间节省因素的情况下陶瓷刀片在价格上与硬质合金刀片相当，因此，他没有尝试将刀具寿命都寄托在平面切槽加工上。

如果仅仅因为一个阀门特征获得生产率上的提升，Hylton就不会对使用陶瓷刀片产生质疑。由于这些提升，TNG公司甚至打算在未来每周生产两个阀门。“即使一个小小的刀片也能产生巨大改变。” Hylton表示。