超硬材料刀具在機(jī)械加工中的應(yīng)用分析

王守光

（湖北航特科技有限責(zé)任公司 湖北 荊門？448000）

摘 要： 隨著機(jī)械加工行業(yè)的不斷發(fā)展，其使用刀具材料的性能和強(qiáng)度也受到了相關(guān)行業(yè)者的關(guān)注，機(jī)械加工工作中刀具應(yīng)該具備較強(qiáng)的硬度和韌性，因此超硬材料刀具逐漸被普及，文章將會(huì)從超硬材料刀具在機(jī)械加工中的應(yīng)用進(jìn)行分析，為我國(guó)機(jī)械加工行業(yè)的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 超硬材料；刀具；機(jī)械加工；應(yīng)用分析

超硬材料的刀具在機(jī)械加工中的應(yīng)用和普及，為我國(guó)機(jī)械加工行業(yè)的發(fā)展做出了有效的推進(jìn)，因此開展超硬材料刀具的實(shí)踐研究可以為機(jī)械加工工作的質(zhì)量和效率做出基本的保障。超硬材料刀具的理想成分是金剛石系列的材料，包括人造金剛石、天然金剛石以及立方氮化硼等，由于天然金剛石價(jià)格上的劣勢(shì)，很多機(jī)械加工廠家為降低刀具生產(chǎn)成本會(huì)使用其他材料與金剛石相結(jié)合的方式制成復(fù)合型超硬材料的機(jī)械加工刀具。該技術(shù)源自美國(guó)，最初的研究是將氮化硼的微粒和金剛石的微粒相結(jié)合，經(jīng)過(guò)高溫高壓處理合成了硬度較大的復(fù)合型刀具材料。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，超硬材料刀具也有了更加廣泛的材料來(lái)源，因此硬度和韌性也有了明顯的提升，文章會(huì)從多種應(yīng)用環(huán)境分析超硬材料刀具在現(xiàn)代化科技中的發(fā)展情況，同時(shí)對(duì)其在實(shí)際機(jī)械加工中產(chǎn)生的效果做出探討。

1金剛石材質(zhì)超硬材料刀具在機(jī)械加工中的應(yīng)用

金剛石因其硬度的優(yōu)勢(shì)在我國(guó)機(jī)械加工中常常被應(yīng)用在非鐵族金屬以及其它難以被加工材料的制造過(guò)程中，例如玻璃、石材、水泥、陶瓷、合金、水泥制品或者是硬質(zhì)合金等等。據(jù)調(diào)查顯示，金剛石材質(zhì)的磨料以及超硬材料刀具在機(jī)械加工中的應(yīng)用數(shù)量?jī)H為整體的十分之一，主要用于磨削和車削加工，其種類有銑刀、車刀、鏜刀等，大部分都是用在汽車和非機(jī)動(dòng)車領(lǐng)域，還有一部分使用在家電、燃?xì)庖约捌渌麢C(jī)械加工行業(yè)中。

金剛石刀具在汽車和非機(jī)動(dòng)車行業(yè)中主要作用與加工發(fā)動(dòng)機(jī)活塞中的銷孔、變速箱、氣缸、裙部以及化油器等位置，這些位置普遍的特征就是硅含量較高，而且生產(chǎn)的方式屬于流水線作業(yè)，因此會(huì)對(duì)加工其產(chǎn)品的刀具有著較高的要求，普通的硬質(zhì)刀具很難達(dá)到該生產(chǎn)線的標(biāo)準(zhǔn)，而金剛石特有的韌性是其他硬質(zhì)材料的十倍到五十倍以上，因此可以有效的提高機(jī)械加工的速度和質(zhì)量，讓機(jī)械零件加工的質(zhì)量和效率得到顯著的提高，同時(shí)還能讓工件表面處理的工序得到有效的保障。

天然金剛石的價(jià)格昂貴，因此很多廠家都根據(jù)金剛石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)研制出了一系列的仿制材料代替天然金剛石，其中一種叫做金剛石燒結(jié)體，又稱為人造聚晶金剛石，是通過(guò)高溫高壓的環(huán)境將不同種類金屬結(jié)合劑與金剛石的單晶粉混合處理，形成了硬度較高的多晶體類金剛石材料。雖然比不上天然金剛石的硬度和耐磨性質(zhì)，但是壽命和強(qiáng)度也高出其他硬質(zhì)材料數(shù)十倍，因此已經(jīng)成為了天然金剛石的主要替代品。

2立方氮化硼材質(zhì)超硬材料刀具在機(jī)械加工中的應(yīng)用

立方氮化硼自從二十世紀(jì)八十年代以來(lái)，就已經(jīng)在全世界的汽車、機(jī)床、軍事、航天、軸承等領(lǐng)域普及并應(yīng)用，而且近幾年還有繼續(xù)擴(kuò)大滲透領(lǐng)域的趨勢(shì)。立方氮化硼具有生產(chǎn)效率高和自動(dòng)化便捷等特點(diǎn)，因此被譽(yù)為是半永久性的機(jī)械加工工具材料。我國(guó)針對(duì)立方氮化硼的研究開始于二十世紀(jì)七十年代，通過(guò)使用轉(zhuǎn)子槽、凸輪軸、油泵油嘴、滾珠絲杠、機(jī)床導(dǎo)軌等其他難以加工和處理的工序開展大量的實(shí)驗(yàn)和研究工作，并取得了較好的成果和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。目前我國(guó)的立方氮化硼的規(guī)格和市場(chǎng)已經(jīng)漸漸成熟，甚至某些加工成品的質(zhì)量已經(jīng)超過(guò)了國(guó)際先進(jìn)技術(shù)。一部分先進(jìn)企業(yè)開始使用陶瓷結(jié)合劑處理后的立方氮化硼在機(jī)械加工中應(yīng)用和實(shí)踐，對(duì)工件產(chǎn)品的質(zhì)量和效果做出了優(yōu)化。

立方氮化硼材質(zhì)超硬刀具最大的特色是可以處理車削硬度大于45HRC的零件，立方氮化硼和鐵族材質(zhì)不會(huì)產(chǎn)生親和性，因此可以將立方氮化硼作用在軸承鋼、高速鋼以及工具鋼的加工和切削過(guò)程中，用車切的方式代替磨具，最大程度的提高機(jī)械加工的質(zhì)量和效率。除此之外，立方氮化硼還具有很強(qiáng)的耐高溫性質(zhì)，在一千攝氏度的環(huán)境下也能保持好較為優(yōu)質(zhì)的硬度優(yōu)勢(shì)，性能上也比其他硬質(zhì)材料穩(wěn)定。例如在立方氮化硼材質(zhì)的刀具加工煉鋼爐進(jìn)料外殼的封閉部位時(shí)，該工件的直徑為1000mm左右，硬度大于55HRC，采用較為普通的硬質(zhì)材料加工往往需要一個(gè)小時(shí)以上，使用立方氮化硼就僅僅需要七分鐘左右，極大的提高了機(jī)械加工中的效率，同時(shí)還能保障工件表面處理粗糙率的減低，加強(qiáng)了工件的使用性能。使用立方氮化硼加工水泵輻板時(shí)，輻板的硬度一般為60HRC以上，使用一般材質(zhì)的硬質(zhì)材料刀具處理一塊輻板需要三把合金刀具，而使用立方氮化硼處理時(shí)三塊輻板只用一把立方氮化硼材質(zhì)的刀具，不僅能為工件的生產(chǎn)速率做出保障，還能有效的延長(zhǎng)刀具的使用壽命，穩(wěn)定機(jī)械加工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，超硬材料刀具在機(jī)械加工行業(yè)中的發(fā)展前景十分廣闊，而且科研和生產(chǎn)的普及范圍也愈來(lái)愈廣，可以看出不同結(jié)構(gòu)的超硬材料可以在不同的機(jī)械加工領(lǐng)域應(yīng)用，因此技術(shù)人員需要根據(jù)工件的特點(diǎn)選擇最適合進(jìn)行切削的刀具材質(zhì)，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)超硬材料刀具的研發(fā)速度，提高我國(guó)在機(jī)械加工領(lǐng)域的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，縮短和國(guó)際加工材料之間的距離。