淺談超硬材料刀具在機械冷加工中的應用

張國棟

摘 要：近年來，隨著我國機械加工行業的發展，超硬材料刀具逐漸得到了人們的重視，且被應用在機械冷加工中。而實踐證明：超硬材料刀具在機械冷加工中具有非常良好的應用效果，值得進一步推廣。文章就此展開了討論，先是簡單介紹了超硬材料刀具，然后詳細分析了超硬材料刀具在機械冷加工中的六種應用形式。

關鍵詞：超硬材料;刀具;機械冷加工;應用

刀具是機械冷加工必需的重要工具。采用質量較好的刀具不僅保證機械產品加工質量，而且還能提高機械產品加工效率。超硬材料是一種新型的機械材料，其耐久性、質地都比較好，尤其是成本低，正適合機械冷加工。也正因為如此，超硬材料刀具被廣泛在應用在機械冷加工中。

1 超硬材料刀具

超硬刀具材料的硬度與金剛石、CNB接近，且抗彎度較好。應用這種材料進行機械冷加工，不僅能彌補傳統刀具材料抗彎性不足，而且還能解決鑲焊卡困難的問題，從而有效機械冷加工質量。最重要的是這種材料的成本非常低，能降低機械冷加工的成本投入。近幾年，隨著人工超硬材料刀具生產工藝的改進，超硬材料的應用范圍又擴大了許多，在精加工、半精加工、粗加工中都有所應用。實踐證明，超硬材料刀具的壽命非常高，且極大地縮短了機械加工工藝流程。

2 超硬材料刀具在機械冷加工中的應用

2.1 車削加工

車削加工是指在車床上，利用刀具的直線或曲線運動，進行毛坯產品形成、尺寸的切削，從而生產出符合設計圖紙的機械產品。這是機械產品生產最常見的一種方法，其應用基礎就是刀具。在車削加工中，刀具材料需具有足夠的硬度、耐磨性、耐熱性、韌性。常用的合金鋼、工具鋼、碳鋼、鈷高速鋼等刀具材料性硬度、耐磨性等遠不如超硬材料。實踐證明：超硬材料刀具的切削深度遠高于磨削高度，且加工效率非常高。而成本投入只有原來的80%。以45HRC淬硬鋼為例，若以PCBN為刀具材料，則可將切削速度維持在100±20m/min左右。

2.2 銑削加工

銑削加工是固定毛坯，然后進行借助銑刀進行切削。這樣在數控車床上，就可以加工復雜的機械產品。比如模具、胎具等。與車削不同的是銑削時，銑刀是高速旋轉的。這就意味著即便是在高溫下，也能保持較好的切削性能，且耐磨不會輕易損壞。對此，就可選擇超硬材料加工成刀具。如利用PCD人造聚晶金剛石制作刀具，其加工速度能達到4000m/min，可有效縮短加工時間，有效提高加工效率。而且，據有關數據顯示，利用PCD進行銑削加工，其最高加工速度能到4012m/min。由此可見，在銑削加工中應用超硬材料刀具能有效提供機械冷加工效率及產品質量。

2.3 鏜削加工

鏜削是一種內徑切削工藝，在粗加工、精加工中都可應用這種加工工藝。一般在實際應用中，主要是應用非標準的刀具進行鏜削加工。另外，鏜削加工還可分為粗鏜加工、半精鏜加工、精鏜加工。據有關研究表明，若是采用高速鋼鏜削普通鋼材，其加工速度最高只能達到50m/min。若是采用硬質合金刀具進行粗鏜加工時，其最高加工速度能達到60m/min。進行精鏜加工時，其最高速度能達到150m/min。但若是進行超高精密加工，仍不能選擇硬質合金刀具，只能選擇超硬材料。因為在應用超硬材料進行加工時，即便是選擇0.02-0.08mm/mm的進給量、0.05-0.1mm/min的切削深度，其精密鏜削的加工精度也能達到IT7-6，表面粗糙度最高也只有0.08微米。現如今，金剛石、立方氮化硼等超硬材料已經被應用在鏜削加工刀具的加工中。由此可見，將超硬材料應用在鏜削加工中，不僅能有效提高機械產品的精度，而且也能提高機械產品的平滑度。

2.4 鉸削加工

鉸削加工主要就是利用鉸刀切下已經完成加工孔壁的薄層金屬，從而得到表面粗糙度比較低且孔徑較精確的機械產品。比如可加工圓孔、錐孔等帶有孔洞的機械產品。一般情況下，鉸削的加工孔徑范圍非常小，最大只有100毫米。這就意味鉸刀的刀具精度要高。而且在鉸削過程中，被加工工件是固定的。另外，鉸削還可分為粗鉸削、精鉸削。粗鉸的切削深度最高只有0.8毫米，精鉸切削深度最高只有0.3毫米。在粗鉸中可應用硬質合金。在精鉸中，就可應用超硬材料。因為超硬材料刀具的精度較高，且切削深入也能滿足設計要求。尤其是超硬材料的使用壽命長，可耐受長時間的振動。如今，已經有了金剛石鉸刀、CBN鉸刀。其中金剛石鉸刀可用于堿金屬、玻璃、陶瓷等加工，CBN鉸刀可用于淬火鋼、不銹鋼、熱壓工具、合金等的加工中。總之，將超硬材料應用在鉸削加工可有效解決一些本身硬度就比較高的深孔、錐孔等的產品加工中。

2.5 拉削加工

拉削加工是指利用拉刀，對工件從上到下進行切削，以得到較薄的金屬層，并使產品達到精度設計要求。一般情況下，拉削是需要一次性完成的。需要注意的是在鈦合金、高溫合金等金屬材料的拉削加工中，必須采用硬質合金刀具。另外，若是采用超硬材料鉸刀，可結合拉削加工要求。比如對于工件孔的加工，可采用復合式的漸開線跳齒內孔硬質材料刀具。這種刀具的刀齒結構比較合理，且跳齒排布更能保證加工效率。尤其是能降低加工難度。總之，超硬材料在拉削加工中也具有非常重要的應用。

2.6 鉆削加工

鉆削加工是一種孔加工方式，主要就是在鉆床、車床上進行加工。該加工工藝具有一定的缺點：不具備冷卻環境，鉆削加工產生的熱量較多，會影響到切削速度。而且，該工藝屬于粗加工無法應用于高精度孔的加工中。所以，可采用超硬材料的刀具改善這種情況，提高加工效率。比如金剛石鉆頭可用在石材、陶瓷等的加工中。另外，PCD鉆頭還經常被用于玻璃、鏡子的孔加工。可以說，這種材料的鉆頭不僅可以承受高溫影響，而且還可以保證鉆削效率。

綜上所述，超硬刀具材料具有明顯的應用優勢。在機械冷加工中，可應用這種材料加工出各種各樣的刀具，從而提高機械產品的加工效率，加工質量。所以，研究人員仍繼續加大超硬材料的應用研究，從而充分發揮出超硬材料的優勢，促進我國機械冷加工工藝的創新與發展，并有效推動我國工業的發展。

參考文獻：

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