談超硬材料刀具在機(jī)械加工中的應(yīng)用

車仁峰　陳明輝

摘要：超硬材料刀具是指硬度可與金剛石相比擬的材料刀具，其具有極高的硬度及韌性，隨著干式切削及加工技術(shù)的快速發(fā)展，對超硬材料刀具要求愈來愈高。本文主要介紹了其在金屬材料加工、硬質(zhì)合金制品及難磨材料的加工、陶瓷材料加工、鐵氧體材料加工等方面的應(yīng)用情況，以及在切削加工中車削加工、銑削加工、鏜削加工等不同領(lǐng)域中的應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：超硬材料刀具；機(jī)械加工；材料加工；切削加工；應(yīng)用

引言

超硬材料主要是指硬度可與金剛石相比擬的材料，目前使用的超硬材料主要是立方氮化硼與金剛石，除此之外，還有許多正在研發(fā)的超硬材料，如碳化硼，富硼氧化物等。金剛石目前已知的世界上最硬的物質(zhì)，立方氮化硼硬度僅次于金剛石，超硬材料適于用來制造加工其它材料的工具，尤其是在加工硬質(zhì)材料方面，具有無可比擬的優(yōu)越性，占有不可替代的重要地位。

1.超硬材料刀具在機(jī)械加工業(yè)中的應(yīng)用

1.1 超硬材料刀具在材料加工中的應(yīng)用

1.1.1超硬材料刀具在金屬材料加工中的應(yīng)用

超硬材料刀具在機(jī)械加工中應(yīng)用廣泛，最顯著的應(yīng)用是在金屬材料的加工過程中，超硬材料可以替代普通材料，可以實現(xiàn)鑄、鍛毛坯件的高速、高效加工，同時也可以一次性的完成粗、精細(xì)加工，其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出了普通材料刀具的磨削加工過程。尤其是，在成形、仿形及定尺寸的精密磨削方面，超硬材料刀具的優(yōu)越性體現(xiàn)的更是淋漓盡致。

1.1.2超硬材料刀具在硬質(zhì)合金制品及難磨材料加工中的應(yīng)用

硬度合金具有硬度高、耐磨性強(qiáng)的特點，傳統(tǒng)碳化硅和剛玉磨料已經(jīng)不能滿足這種硬質(zhì)合金和難磨材料加工的需要，超硬材料刀具可以克服工件表面燒傷、微裂紋、缺口或變質(zhì)層過深等缺陷，提高磨削效率和磨削質(zhì)量，節(jié)約磨削成本。復(fù)合式漸開線跳齒內(nèi)孔拉刀是一種質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)都比較好的拉刀，這種技刀的制造質(zhì)量高，但成本與普通拉刀成本相同，而且其可以實現(xiàn)各種形式的硬質(zhì)合金的磨削。

1.2 超硬材料刀具在切削加工中的應(yīng)用

切削加工，是指利用切削工具（包括刀具）將坯料或工件上多余的材料切去成為碎屑，使工件得到規(guī)定的形狀、尺寸及標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的加工方法。切削加工必須具備三個條件，即切削工具、切削運動和工件，進(jìn)行切削的方法包括車削、鉆削、鏜削、銑削、刨削、拉削和鋸切等。接下來詳細(xì)介紹超硬材料道具在各種切削方法中的應(yīng)用。

1.2.1在車削加工中的應(yīng)用

在車削加工中，超硬材料道具可以車削鋼件、車削鑄鐵件、車削合金工件及車削其他材料。用超硬材料刀具加工淬硬鋼時，其切削深度比磨削要高十幾倍，效率可提高4倍之上，其加工成本即可下降為原來的五分之一。其中用PCBN刀具加工剛性好、刃口鋒利、精度高，可達(dá)到數(shù)控磨床加工水平。在加工鑄硬鐵時，只要硬度達(dá)到中等硬度水平，利用超硬材料刀具加工就能取得良好的加工效果，廣泛應(yīng)用于汽車加工行業(yè)。此外，利用PCD超硬材料刀具切削鋁合金輪轂、電動車整流子的紫銅換向器時，加工效率也可明顯提高。

1.2.2在銑削加工中的應(yīng)用

在銑削加工中，超硬材料刀具在主軸驅(qū)動下高速旋轉(zhuǎn)，在相對靜止的加工材料上走刀，發(fā)揮了其耐磨、銑削速率快的優(yōu)勢。其中，利用PCBN刀具銑削灰鑄鐵時，其銑削速度可達(dá)1000-2000m/min，在銑削鋁合金時，其銑削速度達(dá)3000-4000m/min。此外，PCD刀具在銑削石墨時，充分發(fā)揮了其耐磨的特性，一次裝夾刀具可加工可加工20件石墨電極，其精度也達(dá)到精確至低于0.01mm。

1.2.3在鏜削加工中的應(yīng)用

在鏜削加工中，利用超硬材料刀具擴(kuò)大孔徑或圓形輪廓的內(nèi)徑，常用的鏜刀有單刃鏜刀和雙刃鏜刀。利用超硬材料刀具制作鏜刀，使得刀具壽命長、加工精度高、尺寸穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高，目前國內(nèi)多家發(fā)動機(jī)制造廠已選用PCBN刀具。據(jù)統(tǒng)計，一汽公司利用PCD刀具制作鏜刀，耐用度達(dá)到42500件，加工表面粗糙度由原來的1.12降為0.15，成本下降約85%，生產(chǎn)效率極大提高。

1.2.4在切削加工其他領(lǐng)域的應(yīng)用

超硬材料刀具在切削加工中，除了在車削、銑削、鏜削加工領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，在拉削、鉸削、鉆削等領(lǐng)域也應(yīng)用廣泛。在拉削加工中，利用超硬材料拉刀加工工件孔，不僅可以保證加工表面的位置精度，而且成本低廉；在鉸削加工中，超硬材料刀具不僅契合了現(xiàn)代汽車變速箱對圓度、表面粗糙度、圓柱度的高精度要求，以及其在不同的加工負(fù)荷下仍具備優(yōu)良的鉸削性能；在鉆削加工中，超硬材料刀具鉆削范圍廣、精度高，利用金剛石刀具可鉆削各種難加工的導(dǎo)電材料、可鉆削出各種孔形。

2.結(jié)論

以金剛石為首的超硬材料刀具具有極高的硬度、耐磨性和化學(xué)穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)的金屬刀具相比，超硬材料刀具在切削加工難磨材料方面具有高速高效、綜合成本低、應(yīng)用廣泛等特點。隨著機(jī)械制造業(yè)近幾年的快速發(fā)展，超硬材料刀具將朝向標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、高品質(zhì)方向發(fā)展。此外，超硬材料的產(chǎn)量正逐年增長，其將形成更明確的市場定位，在機(jī)械加工各個領(lǐng)域的應(yīng)用會越來越多元、越來越廣泛。

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