淺議超硬材料刀具在機械冷加工中的應用

蘇海峰

：隨著我國現代化進程的進一步加快，我國的機械加工行業也得到了長足的進展，相關材料也逐漸納入科研人員的視野。近年來，超硬材料刀具漸漸得到了機械加工行業的青睞，具體而言，其在機械冷加工領域應用較為廣泛。經廣泛數據實踐得以表明：超硬材料刀具能夠適應于機械冷加工領域的大多數器械，且應用效果良好，值得深度研究并大范圍推廣應用。本文就超硬材料刀具進行了較為深入的探討，在介紹超硬材料刀具基本結構、組分、存在形式的基礎上，著重探討分析了其在機械冷加工中的六種應用現狀，希望能夠籍此為相關行業人員提供一定的參考價值。?

一、超硬刀具材料應用背景

對于機械冷加工而言，刀具是必不可少的加工工具。如果道具的質量過關，符合甚至超過相關國家標準要求，就不單單能夠確保機械產品的加工質量能夠符合國際標準，同時道具使用壽命、機械產品的加工效率等也都能夠得到大幅度提升。本文所探討的超硬材料是一種新型的機械材料，其優勢在于：耐久性好、質地堅硬、成本低，這些對于需要不斷打磨的機械冷加工而言都是十分匱乏的。因此，超硬材料刀具現在被廣泛在應用于機械冷加工，并逐漸得到大幅度推廣，其總體應用前景較為廣闊。

二、超硬刀具材料應用優勢

超硬刀具材料的硬度與金剛石接近，其整體耐久性好、質地堅硬、成本低廉，且抗彎度較好。在機械冷加工中廣泛應用該材料實現切削，一方面可以彌補傳統刀具的抗彎性，另一方面還可以解決鑲焊卡困難的現象，因而機械冷加工的質量也能夠得到提升。最關鍵的還是該類型材料的成本問題，該材料成本較傳統刀具材料低，能大幅縮減機械冷加工的成本，從而提升制造經營利潤。近年來，相關從業人員、科研人員對該超硬材料刀具的生產工藝進一步完善，進一步延拓了該超硬材料的實際應用范圍，現在其于粗加工、半精加工、精加工中都有較為廣泛的實際應用。客觀生產經驗表明，超硬材料刀具的耐久性非常強，因此其壽命非常長，不僅有助于長期生產加工，而且較大程度地縮短了機械加工的總體工藝流程，性價比極高。?

三、超硬材料刀具在機械冷加工中的具體應用

1、車削加工?

車削加工是指在車床上，通過固定刀具的直線（或曲線）走刀，從而實現毛坯品形成以及相應關鍵尺寸的切削，打造出與設計圖紙相符的工業品。車削加工對于工業品的生產制造而言最為常見，其制造基礎就在于對不同刀具的具體應用。在進行車削加工時，其對于車削刀具的要求包括：耐磨性、耐熱性、硬度、韌性。常見的傳統材料如碳素結構鋼、合金鋼、工具鋼等，客觀實踐證明其相應材料刀具的硬度、韌性、耐磨性等遠遠不及超硬材料。實驗證明：超硬材料刀具的切削深度較磨削高度極其高，同時其加工效率也較高，總成本投入僅為原總成本的80%。舉例來說，若是以PCBN為材料鑄成的刀具，則其實際測量切削速度能夠穩定于在100±20米每分鐘。? 2、銑削加工? 銑削加工是先將毛坯進行夾固操作，爾后再通過銑刀進行切削，進而生產相應的工件。對于此類的數控車床，就能夠對工藝較為復雜的機械產品進行生產加工，類似工件包括：生產模具、汽車胎具等。銑削的銑刀再工作時必須維持高速旋轉，這就需要工作刀具哪怕是處于高溫環境下依舊可以維持穩定的切削性能，同時必須耐磨，輕易無法損壞。結合種種要求，可綜合考慮超硬材料作刀具材料。具體而言，可通過PCD人造聚晶金剛石來對銑削刀具進行加工，相應的加工時速可達4000米每分鐘，相比傳統刀具不僅縮短了加工耗時，而且大大提升了加工效率。相關實驗數據表明，通過PCD實現銑削加工，最高加工速度甚至可達4012米每分鐘。由此不難發現，如果銑削加工中全面應用超硬材料刀具進行生產，就可以較大幅度提升機械冷加工的效率以及產品的生產質量。? 3、鏜削加工? 鏜削是對工件內徑進行切削的一種工藝，該工藝在粗、精加工中都能夠廣泛應用。通常就鏜削客觀應用而言，其大都應用非標準的刀具實現鏜削加工。具體來說，鏜削加工里的粗鏜、半精鏜、精鏜加工，三者都可以應用超硬材料。相關研究數據顯示，若通過高速鋼對普通的鋼材進行鏜削，其最高加工速度可達50米每分鐘;但是如果通過硬質合金刀具對普通的鋼材進行鏜削，最高加工速度可達60米每分鐘;其在精鏜加工時，最高速度可達150米每分鐘。不僅如此，若對工件進行超高精密加工，依舊不能夠選擇硬質合金作為刀具材料，僅可選擇超硬材料的刀具進行加工。其緣由在于：在客觀應用超硬材料刀具對工件加工時，即便其進給量為：0.02-0.08mm/min、切削深度為0.05-0.1mm/min，相應的精密鏜削的加工精度也可實現IT7-6，同時其表面粗糙度最高也僅為0.08微米。不難發現，在鏜削加工中應用超硬材料刀具，不單單可以大幅度提升機械產品的精度，同時也能較大幅度提升其平滑度。時下，許多超硬材料（如金剛石、立方氮化硼等）已廣泛被應用于鏜削加工刀具材料。

4、鉸削加工?

鉸削加工：通過鉸刀切下已完成加工孔壁的薄層金屬，進一步取得表面粗糙度較低、孔徑較精確的機械工藝品，類似產品包括：可加工圓孔、錐孔等帶有孔洞的機械工藝品。客觀情況來說，鉸削加工的孔徑區間較小，最大值也不過100毫米，因此其刀具精度要求非常高。不僅如此，在客觀鉸削加工時，被加工的毛胚工件都是夾固的。具體來說，鉸削可劃分為兩種：粗鉸削、精鉸削。前者的切削深度最深僅達到0.8毫米，后者的切削深度最深僅達到0.3毫米。在粗鉸加工時一般應用硬質合金;在精鉸加工時一般應用超硬材料。其緣由不僅僅在于價格，更在于超硬材料刀具的精度較高，同時其切削深入也可以達到設計標準。除此之外，超硬材料的使用壽命較長，能經得住較長時間的機械振動。總的來說，把超硬材料應用于鉸削加工的優勢在于：可完成本身硬度就較高的深、錐孔、成本較低等。

5、拉削加工?

拉削加工：通過拉刀，對待切割毛坯自上而下實現切削，進而取得較薄的金屬層，同時確保得到的產品必須符合精度設計標準。實際操作時，拉削加工大多都是一次性實現的。需要注意的是，對于高溫合金、鈦合金等金屬毛坯，其拉削加工值能通過硬質合金刀具進行精加工。除此之外，倘若通過超硬材料鉸刀拉削，必須結合拉削加工工藝標準進行。舉例來說，對毛胚工件孔進行加工時，可通過復合式漸開線跳齒內孔的硬質材料刀具進行加工。該類型刀具的刀齒結構相對恰當，同時應用跳齒排布，更加能夠確保實際加工的效率，還可以在一定程度上降低加工的難度。因此，在拉削加工中超硬材料在也能夠發揮關鍵功效。

6、鉆削加工

鉆削加工隸屬于孔加工方式，其大多應用于鉆床、車床兩類加工。鉆削加的缺陷在于：不具備冷卻氛圍，鉆削加工產生的熱量較多，這就會大大波及切削的速度。不僅如此，其本身就是粗加工的一種，不能夠應用于高精度孔的加工。因此可應用超硬材料的刀具來對該現象進行改觀，進一步提升加工的效率。具體應用而言，如金剛石鉆頭可用在石材加工;PCD鉆頭可用于玻璃的孔加工。

四、總結

總的來說，超硬刀具材料的應用優勢非常明顯。對于機械冷加工而言，可應用該材料制造出不同類型的刀具，進而在生產加工中提升加工機械工藝品的效率

、質量，同時還能夠減少成本。因此，超硬刀具材料勢必會在我國的機械冷加工領域繼續發熱，同時也希望本文所論述的相關加工領域也能夠為相關從業人員提供一定的借鑒價值。

參考文獻：

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[2]左學智.超硬材料刀具在機械冷加工中的應用[J].時代農機，2018，45（08）：188.