浅谈超硬材料刀具在机械加工中的应用

李文敏++张玉升++刘洪涛

摘 要：随着机械加工技术的不断发展，机械加工技术人员对机械加工刀具的性能质地和韧性提出了更高的要求，从而促使了超硬材料刀具在机械加工中得到了一定程度的应用。基于这种认识，本文首先对超硬材料刀具进行了介绍。而在此基础上，则对超硬材料刀具在机械加工中的应用问题进行了分析，以便为关注这一话题的人们提供参考。

关键词：超硬材料刀具；机械加工；应用

0 引言

刀具工具是机械加工的必备工具，而较好的刀具则具有较硬的质地和韧性。随着机械加工工作质量的提升，机械加工工作对刀具类型提出了新的要求。而超硬材料刀具具有较高的质地，所以具有耐用性强和成本低的特点，因此在机械加工方面得到了广泛的应用。

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，所以具有较强的硬度和抗弯度。就目前来看，大多数超硬材料刀具都是利用人造聚晶金刚石等复合材料制成的，可以使刀具的制作成本得到降低。早在上个世纪50年代，美国就开始将人造金刚石微粉当做是刀具材料。而到了70年代，金刚石复合片等复合材料的推出，则真正解决了超硬材料刀具抗弯强度低和镶焊卡困难等问题，继而使超硬材料刀具真正得到了应用。而到了今天，超硬材料刀具已经可以划分成许多种类，而不同的种类则有不同性能[1]。例如，利用金刚石CVD材料制成的超硬刀具具有较高的导热率，可以用来进行金属材料的加工。但是，该刀具容易出现碳化问题，不易用于加工纯钢铁材料。而利用聚晶立方氮化硼材料制作的刀具则具有较好的热稳定性，可以在1200°的高温下使用。

2 超硬材料刀具在机械加工中的应用

2.1 车削加工

在钢件的车削加工时，加工淬硬钢材料，需要进行超硬材料刀具的应用。在应用的过程中，超硬材料刀具可以实现以车代磨的效果，并使切削深度高出磨削高度十几倍。同时，加工的效率也将提升4倍以上，而成本则降低至原来的20%。例如，在进行硬度高于45HRC的淬硬钢的加工时，可以利用PCBN刀具进行车削加工，并保持切割速度在80m/min到120m/min之间。而随着工件硬度的增加，则可以适当降低加工速度。

2.2 铣削加工

在进行铝合金的铣削加工时，可以利用PCD材料制成的硬质材料刀具进行加工。而在应用的过程中，加工速度可高达4000m/min，从而有效的节省了加工的时间。就目前来看，国内在进行铝合金加工时，运用PCD刀具进行加工的速度最高达4012m/min，效率是90年代引进的国外设备的2倍。而在玻璃的深加工方面，PCD螺旋内排液面铣刀已经得到了广泛的应用。

2.3 镗削加工

就目前来看，在汽车发动机缸孔的镗削加工方面，PCBN刀具得到了广泛的使用。而PCBN刀具是利用聚晶立方氮化硼材料制造而成的，具有使用寿命长、尺寸稳定、加工精度高和生产效率高等特点[2]。此外，在进行钨硬质合金汽缸的镗削加工时，则可以利用CVD刀具。而切削的速度可达0.5m/s，深度可达0.12mm，并且一次可以完成8个零件的加工。

2.4 拉削加工

在拉削加工中，可以采用复合式渐开线跳齿内孔硬质材料刀具进行工件孔的加工。而使用该种硬质材料刀具具有两方面的特点。一方面，采用该种刀具，可以利用合理的刀齿结构和跳齿排布方式进行加工。而这样一来，则可以确保加工的质量，并且使加工制造工艺更加简单。此外，相较于普通加工方式，利用该刀具加工并不需要耗费过多的成本。另一方面，采用该刀具进行拉削加工，可以确保工件内孔各形面的同轴度。而这样的加工效果，则可以为后续加工提供更多便利。

2.5 铰削加工

在进行硬铸件小孔或淬硬钢的铰削加工时，可以采用PCBN电镀较刀。就目前来看，这类刀具已经在机械加工中得到了广泛的使用。在材料上，PCBN电镀铰刀是利用9CrSi的45#钢材料制作而成的，刀具本身具有切削和前后导向部分[3]。从设计上来看，该刀具的制造精度要求较高，前后导向较之切削部分小0.04mm。此外，该刀具的工件孔深小于切削区长度。例如，在进行硬度为45HRC、加工精度要求较高的淬火钢工件加工时，就可以PCBN电镀铰刀加工代替珩磨加工，以便进行加工效率和质量的提升。

2.6 钻削加工

在进行陶瓷、玻璃和石材等材料的钻削加工时，可以利用PCD钻头。就目前来看，大多数玻璃店和玻璃加工企业都利用PCD钻头进行玻璃和镜子孔加工。在国内，市面上常见的金刚石钻头的直径在3mm到130mm之间。而从材质上来看，玻璃钻头既有树脂金刚石材料，也有镶嵌金刚石的材料。而利用该种刀具进行石材和陶瓷的加工，不仅具有较高的效率，还能获得较好的加工效果。此外，在导电材料的圆柱孔、特型孔和圆锥孔的加工方面，金刚石刀具也可以得到很好的应用。

3 结论

总而言之，随着机械加工要求的不断增加，传统金属刀具已经无法满足现代工艺技术的发展需求。而超硬材料刀具具有较高的质地，可以很好的进行硬工件的加工，所以在机械加工中得到了应用。因此，相关人员有必要对超硬材料刀具在机械加工中的应用问题进行深入的了解，以便更好的掌握相关的加工知识，继而较好的完成机械加工。

参考文献：

[1]王成勇，周玉海，余新伟.高速加工中超硬材料刀具性能及进展[J].机电工程技术，2013，04（42）：9-14.

[2]楚勃.吉林旺荣公司超硬材料刀具开发方案选择与风险控制研究[D].吉林大学，2013.

[3]高建红，李文辉，刘伦伦等.钛合金和镍合金加工用新型刀具材料的研究进展[J].机械工程材料，2014，12（38）：1-4.endprint