微探超硬刀具在硬脆材料加工中的滲透

夏冰

摘要：科技水平的不斷提升給我國超硬材料的研究帶來了較大的挑戰，硬脆材料的加工工作中，加工人員對刀具材料提出了更高的要求，加工過程中為了獲得較為理想的刀具，加工人員應該不斷提升刀具的硬度和綜合性能。通過調查當前研發成功的超硬刀具不難發現，這類超硬工具具有較為良好的綜合性能，且其耐用度較高、成本較低，被廣泛運用到各行各業中。該文主要論述了超硬工具在硬脆材料加工中的滲透，希望能夠推動超硬工具的長遠可持續發展。

關鍵詞：超硬刀具;硬脆材料;滲透

科技水平的不斷提升，人們生活質量的提升，機械產品的制作工作、加工質量和生產有效性都需要不斷提升;為了更好地滿足各行各業對超硬刀具的使用需求，我們應該不斷提升超硬刀具的自身硬度和耐磨性等。但是，受到不同因素的影響，我國原有的刀具制作材料已經無法滿足硬脆材料加工需要，超硬刀具的出現及運用能夠較好地緩解這一問題。比如，在使用硬質合金刀具進行花崗巖的加工工作時，會導致硬質合金刀具被花崗巖損壞的問題;使用聚晶金剛石刀具進行加工時，就不會出現這種刀具被損壞的問題。使用硬質合金車刀進行冷硬鑄鐵的加工過程中，盡可能地降低切削速度，仍然可能加劇刀具的磨損，嚴重的甚至會出現崩刃的問題;假如運用氮化硅陶瓷刀具進行切削操作時，不僅能夠有效提升切削速度，還會降低刀具的受損程度，增加刀具的使用周期。通常情況下，退火工具鋼大都應進行磨削加工，這樣就會影響生產效率的提升;使用立方氮化硼刀具能夠有效提升車削或銑削的效率。由此不難看出，在硬脆材料的快速切削過程中采用超硬刀具能夠提升加工質量，提升生產有效性，還能提升刀具的自身耐用性。基于此，我們應該結合超硬刀具材料的自身特征，探討其在硬脆材料中的運用情況，希望能夠推動超硬刀具的長遠發展。

一、分析超硬刀具的自身特征和性能

一般情況下，超硬工具的主要組成材料是天然金剛石，這種材料具有較為明顯的優勢，其硬度和耐磨性都較強，基本上是所有刀具材料中硬度最高的材料。金剛石的摩擦系數小、熱導率高，在進行切削時表面不容易積屑瘤，使加工的表面質量好，適用于加工硬度較高的硬質合金、陶瓷、玻璃等材料。然而，由于金剛石與鋼鐵材料具有化學親和作用，在高溫下鐵會使碳原子轉化成石墨結構，從而使性能變得不穩定，硬度大大下降，只適用于加工各種有色金屬和非金屬材料。此外，用金剛石切削鎳基合金時，同樣也會出現迅速磨損的情況。

人造金剛石，實際上就是工作人員利用結合劑把金剛石單晶粉制作成的多晶體材料，與天然金剛石相比，這種人造金剛石的硬度相對較小，二者的硬度和耐磨性也各不相同。人造金剛石在切削時抗磨損能力較強，壽命要比一般的刀具長。另外，由于價格比天然金剛石低很多，又具有摩擦系數和膨脹系數較低的特點，因此，人造金剛石刀具已成為傳統的高性能硬質合金刀具的替代品。聚晶立方氮化硼刀具一共分為三種，整體聚晶立方氮化硼刀具、聚晶立方氮化硼復合片以及電鍍立方氮化硼刀具。聚晶立方氮化硼刀具具有很高的硬度和耐磨性，同時還具有良好的耐熱性、化學穩定性和導熱性。與天然金剛石和人造金剛石兩種刀具材料一樣，聚晶立方氮化硼的摩擦系數較小，耐磨性與人造聚晶金剛石相比雖然差一些，但具有良好的抗化學腐蝕性，在高溫下也具有良好的熱穩定性。

二、微談超硬刀具在硬脆材料加工中的滲透

（一）把金剛石運用到硬脆材料切割技術加工中

通過調查分析不難發現，硬脆材料的加工切割技術大體可以分成三大類，圓片鋸、帶鋸和線鋸。把金剛石帶鋸運用到硬脆材料的加工切割技術中，能夠有效提升生產質量和效率。但是，由于金剛石框架鋸工作時鋸條需要進行往復運動，而金剛石燒結刀頭上的金剛石不能形成良好的支撐，保持力較小，容易在胎體上脫落。因此不能切割過硬的花崗巖石材。在硬脆材料加工技術中，金剛石線鋸也有很好的應用，帶來了許多的好處。金剛石線鋸適用于單晶硅、多晶硅等各種半導體材料以及磁性材料、磁帶、光盤、集成電路等的精密切割。也可以用于切割寶石、玉器等硬脆材料，優點是切割縫隙小、原材料的利用率高。用金剛石線鋸切割硬質合金，能使硬質合金的邊緣部分不破損，和砂輪切割相比，對脆性晶體切片效果好，而且當線鋸碰到工件時，會馬上停止工作。由于金剛石線鋸切割時溫度較低，用來切割容易炸裂的材料時也不會引起崩碎。

金剛石串珠鋸是近期新研發出來的一種切割工具，這種工具的切割操作較為簡便、產生的噪聲較小、切割中的粉塵較少、比較節能，因此得到了較為廣泛的運用。這種切割工具主要應用在建筑物、橋梁和混凝土結構中的拆除和改造，同時也可以用在切割玻璃材料。金剛石串珠鋸的使用壽命取決于它的物理和機械特性，和傳統的磨料相比，金剛石串珠鋸具有很多優良特性，在切割硬脆材料時，不僅能切割直面，還能切割曲面，在切割板料時，可以利用多道串珠鋸進行切割，因此切割的效率非常高。但是，由于受串珠直徑的限制，切割時的切縫較寬，對細微結構和貴重材料的加工不適宜使用這種技術。

（二）把超硬刀具運用到硬脆材料切削加工技術中

一般來講，硬脆材料的切削加工技術種類較多，常見的主要由干、濕切削技術、低溫冷風切削技術等。把立方氮化硼刀具運用到干式切削加工中能夠提升切削成效，還能提升超硬刀具的使用壽命。而濕式切削加工中燒結金剛石刀具的切削性能非常好，除加工效率高以外，燒結后再磨削的成本也很低。

結語

簡而言之，超硬刀具在硬脆材料加工過程中起到了關鍵性的作用，基于此，我們應該深入研究分析超硬刀具的自身特征，把其運用到硬脆材料加工中，能夠進一步拓展超硬刀具的使用范圍。在超硬刀具的材料當中，人造金剛石和聚晶立方氮化硼這兩種材料越來越受到重視，應進行深入的研究。發揮超硬刀具材料在制造刀具方面的潛力，促進超硬刀具在以后的加工中得到更好的應用和發展。

參考文獻：

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