探究超硬材料刀具在機械加工中的應用

張越

摘要：隨著機械加工的發展，操作人員逐步提高了對刀具硬度的要求，并在加工中大量使用。由此，本篇文章首先介紹了超硬材料的刀具，隨后，以此為基礎，在機械加工中應用，以優化機械加工的效果，并體現出超硬材料刀具的優勢，為人們的研究提供理論支持。

關鍵詞：超硬材料刀具；機械加工；鏜削加工；鉆削加工

刀具是機械生產中必須使用的工具，而質量優良的刀具不論從質地、硬度與韌性等方面，都優于其他刀具，且隨著機械加工的優化，也對刀具的使用提出了更高的要求。超硬材料刀具的使用，可以做到長時間使用，減少了使用的成本，在機械加工中的使用有明顯的優勢。

1 超硬材料刀具

它是用超硬材料做成的刀具，有較強的韌性且不易彎曲，但根據目前的生產情況分析，大部分刀具使用的材料都是人造的金剛石等，其中人造的金剛石為聚晶金剛石，在溫度較高、壓力較大的環境下，由多種材料復合而成的材料，雖然硬度與自然的金剛石不同，但金剛石內的不同顆粒卻具有同向性的特點，是PCD最基本的材料，由此，可符合材料加工的要求，降低了刀具的制作成本。而在20世紀50年代，美國已經把金剛石、微粉混合，作為刀具的制作材料，并隨著技術的發展，很多金剛石的復合材料也已經在刀具生產中使用，提升了刀具的抗彎性，解決了刀具制作中的難題。

其種類包括兩類，一是用金剛石CVD做成的材料，做成后其有良好的導熱性，可在金屬機械的加工中使用。它的特點是：不易摩擦，不具備與非鐵金屬的親和力，加工產生的碎屑可以順利流出，保證了加工表面的質量，可以應用的加工材料包括陶瓷、鋁、有色金屬等，但這種刀具存在的問題是，隨著外部環境的變化容易出現碳化，即熱穩定性有待提升，韌性不足，當溫度達到700℃到800℃之間時，會發生碳化，不可以在純鋼鐵的材料中使用，二是用聚晶立方氮化硼做成的刀具，可以保持熱度的穩定，應用環境的溫度可以達到1200°。其具有的優勢是，自身有良好耐磨性，硬度符合工作要求，不會發生化學反應，摩擦系數較小[1]。

2 超硬材料刀具在機械加工中的使用

超硬材料刀具可以在機械加工中廣泛應用，比如汽輪機、燃氣輪機等，這類機械對刀具的硬度有很高的要求，需要使用高強度的刀具，以讓機械加工順利進行。其應用包括以下幾方面：

2.1 車削與銑削加工

其一，車削加工是用刀具對淬硬鋼進行處理，使用時，刀具的使用可以優化剛件的打磨效果，增加了切削的深度。另它也提高了加工效率，變為原有效率的4倍，且成本只是原有成本的80%。以淬硬鋼的加工為例，其強度超過了45HRC，工作人員會用PCBN對其進行處理，在設定的速度內完成對鋼材的處理。如果加工過程中硬件的硬度不斷上升，工作人員可以適當變緩加工速度。

其二，銑削加工是使用由PCD材料做成的刀具處理，實際使用過程中，加工速度最大可以達到4000m/min，縮短了加工所需的時間。而從目前我國的基本情況分析，這類材料多在鋁合金加工中使用，工作效率是原有機器的兩倍，同時，其也可以用于玻璃的加工，使用的刀具是用PCD制成的螺旋內配液面銑刀。

2.2 鏜削與拉削加工

首先，鏜削多用于汽車發動機的加工，以PCBN刀具為主，該刀具具有使用時間較長、尺寸一致的特點，可以精確控制加工的精度，有較高的生產效率。以鎢硬質合金汽缸的加工為例，其可使用CVD刀具，切削的速度為0.5m/s，深度最深可以超過0.12mm，且在同一時間可以完成八個零件的加工。

其次，拉削加工多以工件孔的加工為主，使用的刀具是復合式漸開線跳齒孔的硬質刀具。這一刀具的使用具有兩個特點，一是工作人員需按照刀上齒的結構，以及跳齒的分布方式，完成加工，如此，可以優化加工的質量，減少加工的操作步驟，且這一刀具與其他刀具相比，操作更加簡便，減少了使用的成本。二是，用其拉削，可以讓零件內孔保持同一個軸度，讓加工最后呈現出良好的效果，為后續的加工步驟提供了便利[2]。

2.3 鉸削與鉆削加工

鉸削加工多用于硬鑄件小孔的加工，或是淬硬鋼的加工，其使用的刀具是PCBN的電鍍鉸刀，從當下的加工情況分析，其已經在機械加工中大量使用。制作這類刀具的材料是鋼材，而刀具也可以在切削中使用，并在刀具上設置了前后導向，另從制造的角度分析，制造中要求每一個位置都必須符合規范，對精度有很高的要求。以淬火鋼工件為例，該鋼工件的硬度是45HRC，對零件的精度有很高的要求，所以，工作人員會舍棄原有的珩磨加工，用電鍍鉸刀完成加工，以提高加工的效率，保證零件的加工質量。

鉆削加工是針對陶器、玻璃、石材等材料的加工，使用的工具是PCD鉆頭。現在很多制作玻璃或是生產玻璃的企業，都會用金剛鉆打磨玻璃，或是加工鏡子孔。我國玻璃加工使用的金剛鉆的直徑最小為3mm，最大是130mm，由樹脂金剛石制作而成，同時也可以使用鑲嵌的金剛石制造。用這一刀具加工玻璃或瓷器，可以有效提升加工的效率與水平，并根據客戶的要求，加工出特殊的孔洞或圓錐孔，優化了刀具使用的效果。

3 結語

如果使用傳統的金屬刀加工硬件，中途可能會出現零件分層、刀口崩壞的情況，與當代機械加工的速度不符，很難滿足工業發展提出的要求，所以，超硬材料刀具的使用，可有效彌補傳統刀具在工業中加工的不足，并在使用中呈現出高效、高速的優勢，應用范圍不斷擴大，同時，它的使用，也提高了機械加工的效率，減少了加工使用的成本，在未來的應用與發展中，有很大的空間。

參考文獻：

[1]陳群英.硬質材料刀具在機械加工中的應用[J].科技風，2012，（13）：79.

[2]苗赫濯，齊龍浩，司文捷，仇啟源.新型陶瓷刀具在超硬材料加工中的應用[J].機械工程師，2012，（01）：2022.