超硬材料刀具在機械冷加工中的應用

上官紅松 武冬陽

【摘? 要】機械冷加工的重要工具之一就是刀具，機械冷加工的質(zhì)量由刀具的質(zhì)量所決定。因此，在實際加工操作中，對刀具的質(zhì)地、韌性、硬度等因素都有十分嚴格的要求。超硬材料刀具在機械冷加工中不僅可以提高刀具的整體使用壽命，還能減少更換刀具的成本。所以在機械冷加工這個領域中，超硬材料刀具應用較為廣泛，并且具有非常良好的應用效果。本文首先簡要介紹了機械冷加工這項工藝，接著介紹了超硬材料刀具及其發(fā)展現(xiàn)狀，隨后從六個方面分析了超硬材料刀具在機械冷加工中的應用，以此來供相關人士交流參考。

【關鍵詞】超硬材料刀具;機械冷加工;應用

引言

機械加工行業(yè)正在不斷發(fā)展，在這種背景下的加工刀具也逐漸改進。比起普通刀具，超硬材料刀具更適用于大范圍的冷加工。超硬材料在加工硬質(zhì)材料領域有著十分出色的表現(xiàn)和毋庸置疑的優(yōu)越性，正是因為超硬材料這種優(yōu)勢，它被廣泛應用于機械制造、航天航空、醫(yī)藥、電子等眾多領域。因此，將硬材料刀具應用于機械冷加工領域，會對這一領域的發(fā)展有著很大的幫助。

1.機械冷加工工藝概述

機械冷加工指的是通過人工控制機床切削材料的加工方法，利用切割刀具將器件上多余的部分切掉，從而使得器件的外形和大小符合標準，也就是切削加工工藝。機械冷加工包括磨削、鉆削、刨削等等。還有一種機械冷加工的方式是壓力加工，在低于再結晶溫度下通過金屬的變形來進行加工，一般有沖壓、冷軋、冷鍛、冷拔等方法。由這種工藝加工出來的器件具有較強的形變抗壓力，很大程度上提高了器件的硬度和強度。

2.超硬材料刀具概述及其發(fā)展現(xiàn)狀

運用超硬材料制作出來的刀具具有十分高的韌性，并且在機械冷加工過程中也不易彎曲變形，最大程度上為零部件表面的光滑度提供保障。普通材料制成的刀具會在長時間的加工過程中出現(xiàn)刀口磨損、出現(xiàn)缺口等問題，會影響到零部件表面的光滑程度和完整性。但超硬材料刀具由于自身的超強硬度，所以完全符合材料加工的要求。使用超硬材料刀具不僅可以節(jié)省成本，并且提高了刀具的耐磨抗彎性。目前，超硬材料刀具包括兩大類，一類是由金剛石CVD為原材料的超硬材料，這類材料具有良好的導熱性能，并且不易產(chǎn)生摩擦。此外，金剛石CVD不與非金屬產(chǎn)生反應，因此在制作過程中機械能夠順利產(chǎn)出碎屑。但金剛石CVD也有一定的缺陷，金剛石CVD會產(chǎn)生碳化反應，這就導致其韌性不足，無法在700℃到800℃之間使用。第二類刀具的原材料是聚晶立方氮化硼。這類刀具的耐熱性能非常好，可在1200℃下工作，且耐磨性也十分良好，可以用于長時間的連續(xù)性工作，并且不會產(chǎn)生化學反應，所以應用范圍較廣泛。

目前的機械加工人們通常都使用天然金剛石、人造金剛石、聚晶立方氮化硼進行超硬材料刀具的制作，但我國天然金剛石數(shù)量稀少，很難滿足現(xiàn)在的市場需求，所以，人們逐漸采用人造金剛石來代替天然金剛石。人造金剛石雖然能夠大規(guī)模生產(chǎn)但其制作成本高昂，許多人看到人造金剛石的價格便退卻了，所以現(xiàn)今的人造金剛石沒有被廣泛應用。我國對超硬材料的研究起步較早，但由于多種原因，雖然起步較早，超硬材料的發(fā)展還是較為緩慢。但隨著科技進步，我國的超硬材料研究已經(jīng)有了很大的突破。

3.超硬材料刀具在機械冷加工中的應用

3.1在車削加工中的應用

我國的機械加工產(chǎn)業(yè)隨著經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，處于越來越重要的地位。在車削加工的過程中，超硬材料刀具能夠在加工過程中有極大的促進作用，能夠幫助加工效果達到最優(yōu)狀態(tài)。在切削過程中，超硬材料在車削深度高于磨削深度，顯著提高了以車代磨的效率和效果，并且在一定程度上節(jié)約了成本。但值得注意的是，要嚴密監(jiān)控加工過程中的切削速度，要采取中速或者中低速的方式進行切削加工，避免出現(xiàn)軌道偏離的情況，造成不必要的損失。除此之外，還要依據(jù)材料進行車削。比如，在生產(chǎn)發(fā)動機的閥門時，要選取銅材料。要依據(jù)生產(chǎn)的零件選擇合適的合金材料。在利用聚晶立方氮化硼制作刀具的時候，要保持其切削速度，并且將速度控制在合理范圍內(nèi)，保障最優(yōu)的生產(chǎn)效果。

3.2在拉削加工中的應用

在進行拉削加工時，一般會采用漸開線跳齒材料來對機械孔進行加工。采用此種材料有兩個優(yōu)點，一方面是漸開線跳齒材料的跳齒排布方式很獨特，但又具有合理性，很大程度上保證了拉刀的質(zhì)量。拉刀的質(zhì)量得到了保障的情況下，其生產(chǎn)制作成本較為低廉，制造工藝也較為簡單。另一方面是這種加工保證了內(nèi)孔制作時各個面的同軸度，隨著漸開線跳齒材料在機械孔加工中的不斷發(fā)展，這種材料可以對間孔的小徑制定準確的標準，進而在后續(xù)檢驗心軸的時候，有效保證各個表面的精準度。

3.3在鉆削加工中的應用

對于一些建筑材料如玻璃、工程瓷器、石材等加工的過程中，人們通常會采用人造金剛石作為原材料。例如在五金店購買的玻璃，商家一般都會使用帶有人造金剛石的鉆頭來進行玻璃的切割。現(xiàn)在的金剛石鉆頭的直徑存在著較大的區(qū)別，通常在3至300毫米范圍內(nèi)。由于金剛石的硬度較大，所以對于機械來說，如果是對小部件進行切割，必須采用小的鉆頭，便于切割。在進行機械加工時，人造金剛石還可以用于陶瓷的加工，極大地提高了陶瓷加工的效率。金剛石鉆削可以對各種難以施工的材料中的圓柱孔和圓錐孔等進行加工。

3.4在銑削加工中的應用

在鋁合金的銑削加工過程中，可利用人造金剛石材料制造而成的超硬材料刀具進行加工。在實際應用過程中，使用這種材料加工速度可以達到4000m/min，很大程度上節(jié)省了加工的時間，提高了效率。從目前情況來看，我國國內(nèi)在進行鋁合金加工室，運用的人造金剛石刀具進行加工時，加工速度最高可以達到4012m/min，效率是90年代從國外引進的設備的速度的兩倍。除此之外，在玻璃深加工領域，人造金剛石螺旋內(nèi)排液面銑刀造就已經(jīng)被廣泛使用。

3.5在鏜削加工中的應用

從目前的情況來看，在汽車發(fā)動機缸孔的鏜削加工時，廣泛運用了PCBN刀具。PCBN刀具是由聚晶立方氮化硼材料制造而成的，具有較長的使用壽命，其尺寸也較為穩(wěn)定，并且具有較高的加工精度和生產(chǎn)效率。除此之外，在進行鎢硬質(zhì)合金汽缸加工時，可以運用天然金剛石制造成的刀具，其切割速度可以達到0.5m/s，深度可以達到0.12毫米，還可以一次性進行八個零件的加工，極大地提高了加工效率。

3.6在鉸削加工中的而應用

將鉸削加工應用到硬鑄件小孔或者淬硬鋼的加工中時，PCBN的電鍍鉸刀被廣泛應用。這類型的鉸刀以42HRC鋼作為基體，有切削和前后導向兩個部分。這類刀具的設計要求較高，需要有較高的制造精度，切削部分要比前導向部分大0.04毫米，切削區(qū)的長度要大于工件孔的深度且小于后導向長度。有一部分的發(fā)動機制造廠會采用立方氮化硼或者人造金剛石電鍍鉸刀珩鉸氣缸體的主軸承孔替代珩磨工藝，這樣的做法不僅極大地提高了工作效率，還很大程度上保證了加工成品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

4.結束語

就目前情況來看，機械加工部門對于機械加工的要求越來越嚴格且復雜多樣。超硬材料本身所具備的特殊優(yōu)勢，在各個領域都有出色的表現(xiàn)且取得了較為顯著的成績。為了加快超硬材料刀具的規(guī)模化運用，提高機械加工的效率和品質(zhì)，機械加工技術人員應該不斷增強自身的專業(yè)知識，研究超硬材料刀具在機械冷加工中的問題，積極采取優(yōu)化措施來完善超硬材料在機械冷加工中的應用，保障機械加工的穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻

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