淺談超硬材料刀具在機械加工中的應用

李文敏++張玉升++劉洪濤

摘 要：隨著機械加工技術的不斷發展，機械加工技術人員對機械加工刀具的性能質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用。基于這種認識，本文首先對超硬材料刀具進行了介紹。而在此基礎上，則對超硬材料刀具在機械加工中的應用問題進行了分析，以便為關注這一話題的人們提供參考。

關鍵詞：超硬材料刀具；機械加工；應用

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地和韌性。隨著機械加工工作質量的提升，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，大多數超硬材料刀具都是利用人造聚晶金剛石等復合材料制成的，可以使刀具的制作成本得到降低。早在上個世紀50年代，美國就開始將人造金剛石微粉當做是刀具材料。而到了70年代，金剛石復合片等復合材料的推出，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用。而到了今天，超硬材料刀具已經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熱率，可以用來進行金屬材料的加工。但是，該刀具容易出現碳化問題，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，需要進行超硬材料刀具的應用。在應用的過程中，超硬材料刀具可以實現以車代磨的效果，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，在進行硬度高于45HRC的淬硬鋼的加工時，可以利用PCBN刀具進行車削加工，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，則可以適當降低加工速度。

2.2 銑削加工

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

2.3 鏜削加工

就目前來看，在汽車發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、尺寸穩定、加工精度高和生產效率高等特點[2]。此外，在進行鎢硬質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0.5m/s，深度可達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，可以采用復合式漸開線跳齒內孔硬質材料刀具進行工件孔的加工。而使用該種硬質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構和跳齒排布方式進行加工。而這樣一來，則可以確保加工的質量，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，采用該刀具進行拉削加工，可以確保工件內孔各形面的同軸度。而這樣的加工效果，則可以為后續加工提供更多便利。

2.5 鉸削加工

在進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向部分[3]。從設計上來看，該刀具的制造精度要求較高，前后導向較之切削部分小0.04mm。此外，該刀具的工件孔深小于切削區長度。例如，在進行硬度為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，以便進行加工效率和質量的提升。

2.6 鉆削加工

在進行陶瓷、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，大多數玻璃店和玻璃加工企業都利用PCD鉆頭進行玻璃和鏡子孔加工。在國內，市面上常見的金剛石鉆頭的直徑在3mm到130mm之間。而從材質上來看，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用。

3 結論

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

參考文獻：

[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展[J].機電工程技術，2013，04（42）：9-14.

[2]楚勃.吉林旺榮公司超硬材料刀具開發方案選擇與風險控制研究[D].吉林大學，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展[J].機械工程材料，2014，12（38）：1-4.endprint