淺談超硬材料刀具在機械加工中的應(yīng)用

李文敏++張玉升++劉洪濤

摘 要：隨著機械加工技術(shù)的不斷發(fā)展，機械加工技術(shù)人員對機械加工刀具的性能質(zhì)地和韌性提出了更高的要求，從而促使了超硬材料刀具在機械加工中得到了一定程度的應(yīng)用?；谶@種認(rèn)識，本文首先對超硬材料刀具進(jìn)行了介紹。而在此基礎(chǔ)上，則對超硬材料刀具在機械加工中的應(yīng)用問題進(jìn)行了分析，以便為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：超硬材料刀具；機械加工；應(yīng)用

0 引言

刀具工具是機械加工的必備工具，而較好的刀具則具有較硬的質(zhì)地和韌性。隨著機械加工工作質(zhì)量的提升，機械加工工作對刀具類型提出了新的要求。而超硬材料刀具具有較高的質(zhì)地，所以具有耐用性強和成本低的特點，因此在機械加工方面得到了廣泛的應(yīng)用。

1 超硬材料刀具概述

超硬材料刀具是利用超硬材料制成的刀具，所以具有較強的硬度和抗彎度。就目前來看，大多數(shù)超硬材料刀具都是利用人造聚晶金剛石等復(fù)合材料制成的，可以使刀具的制作成本得到降低。早在上個世紀(jì)50年代，美國就開始將人造金剛石微粉當(dāng)做是刀具材料。而到了70年代，金剛石復(fù)合片等復(fù)合材料的推出，則真正解決了超硬材料刀具抗彎強度低和鑲焊卡困難等問題，繼而使超硬材料刀具真正得到了應(yīng)用。而到了今天，超硬材料刀具已經(jīng)可以劃分成許多種類，而不同的種類則有不同性能[1]。例如，利用金剛石CVD材料制成的超硬刀具具有較高的導(dǎo)熱率，可以用來進(jìn)行金屬材料的加工。但是，該刀具容易出現(xiàn)碳化問題，不易用于加工純鋼鐵材料。而利用聚晶立方氮化硼材料制作的刀具則具有較好的熱穩(wěn)定性，可以在1200°的高溫下使用。

2 超硬材料刀具在機械加工中的應(yīng)用

2.1 車削加工

在鋼件的車削加工時，加工淬硬鋼材料，需要進(jìn)行超硬材料刀具的應(yīng)用。在應(yīng)用的過程中，超硬材料刀具可以實現(xiàn)以車代磨的效果，并使切削深度高出磨削高度十幾倍。同時，加工的效率也將提升4倍以上，而成本則降低至原來的20%。例如，在進(jìn)行硬度高于45HRC的淬硬鋼的加工時，可以利用PCBN刀具進(jìn)行車削加工，并保持切割速度在80m/min到120m/min之間。而隨著工件硬度的增加，則可以適當(dāng)降低加工速度。

2.2 銑削加工

在進(jìn)行鋁合金的銑削加工時，可以利用PCD材料制成的硬質(zhì)材料刀具進(jìn)行加工。而在應(yīng)用的過程中，加工速度可高達(dá)4000m/min，從而有效的節(jié)省了加工的時間。就目前來看，國內(nèi)在進(jìn)行鋁合金加工時，運用PCD刀具進(jìn)行加工的速度最高達(dá)4012m/min，效率是90年代引進(jìn)的國外設(shè)備的2倍。而在玻璃的深加工方面，PCD螺旋內(nèi)排液面銑刀已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。

2.3 鏜削加工

就目前來看，在汽車發(fā)動機缸孔的鏜削加工方面，PCBN刀具得到了廣泛的使用。而PCBN刀具是利用聚晶立方氮化硼材料制造而成的，具有使用壽命長、尺寸穩(wěn)定、加工精度高和生產(chǎn)效率高等特點[2]。此外，在進(jìn)行鎢硬質(zhì)合金汽缸的鏜削加工時，則可以利用CVD刀具。而切削的速度可達(dá)0.5m/s，深度可達(dá)0.12mm，并且一次可以完成8個零件的加工。

2.4 拉削加工

在拉削加工中，可以采用復(fù)合式漸開線跳齒內(nèi)孔硬質(zhì)材料刀具進(jìn)行工件孔的加工。而使用該種硬質(zhì)材料刀具具有兩方面的特點。一方面，采用該種刀具，可以利用合理的刀齒結(jié)構(gòu)和跳齒排布方式進(jìn)行加工。而這樣一來，則可以確保加工的質(zhì)量，并且使加工制造工藝更加簡單。此外，相較于普通加工方式，利用該刀具加工并不需要耗費過多的成本。另一方面，采用該刀具進(jìn)行拉削加工，可以確保工件內(nèi)孔各形面的同軸度。而這樣的加工效果，則可以為后續(xù)加工提供更多便利。

2.5 鉸削加工

在進(jìn)行硬鑄件小孔或淬硬鋼的鉸削加工時，可以采用PCBN電鍍較刀。就目前來看，這類刀具已經(jīng)在機械加工中得到了廣泛的使用。在材料上，PCBN電鍍鉸刀是利用9CrSi的45#鋼材料制作而成的，刀具本身具有切削和前后導(dǎo)向部分[3]。從設(shè)計上來看，該刀具的制造精度要求較高，前后導(dǎo)向較之切削部分小0.04mm。此外，該刀具的工件孔深小于切削區(qū)長度。例如，在進(jìn)行硬度為45HRC、加工精度要求較高的淬火鋼工件加工時，就可以PCBN電鍍鉸刀加工代替珩磨加工，以便進(jìn)行加工效率和質(zhì)量的提升。

2.6 鉆削加工

在進(jìn)行陶瓷、玻璃和石材等材料的鉆削加工時，可以利用PCD鉆頭。就目前來看，大多數(shù)玻璃店和玻璃加工企業(yè)都利用PCD鉆頭進(jìn)行玻璃和鏡子孔加工。在國內(nèi)，市面上常見的金剛石鉆頭的直徑在3mm到130mm之間。而從材質(zhì)上來看，玻璃鉆頭既有樹脂金剛石材料，也有鑲嵌金剛石的材料。而利用該種刀具進(jìn)行石材和陶瓷的加工，不僅具有較高的效率，還能獲得較好的加工效果。此外，在導(dǎo)電材料的圓柱孔、特型孔和圓錐孔的加工方面，金剛石刀具也可以得到很好的應(yīng)用。

3 結(jié)論

總而言之，隨著機械加工要求的不斷增加，傳統(tǒng)金屬刀具已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代工藝技術(shù)的發(fā)展需求。而超硬材料刀具具有較高的質(zhì)地，可以很好的進(jìn)行硬工件的加工，所以在機械加工中得到了應(yīng)用。因此，相關(guān)人員有必要對超硬材料刀具在機械加工中的應(yīng)用問題進(jìn)行深入的了解，以便更好的掌握相關(guān)的加工知識，繼而較好的完成機械加工。

參考文獻(xiàn)：

[1]王成勇，周玉海，余新偉.高速加工中超硬材料刀具性能及進(jìn)展[J].機電工程技術(shù)，2013，04（42）：9-14.

[2]楚勃.吉林旺榮公司超硬材料刀具開發(fā)方案選擇與風(fēng)險控制研究[D].吉林大學(xué)，2013.

[3]高建紅，李文輝，劉倫倫等.鈦合金和鎳合金加工用新型刀具材料的研究進(jìn)展[J].機械工程材料，2014，12（38）：1-4.endprint