浅议超硬材料刀具在机械冷加工中的应用

聂洪轩

摘 要：近年来，随着我国机械加工行业的发展，超硬材料刀具逐渐得到了人们的重视，且被应用在机械冷加工中。而实践证明：超硬材料刀具在机械冷加工中具有非常良好的应用效果，值得进一步推广。文章就此展开了讨论，先是简单介绍了超硬材料刀具，然后详细分析了超硬材料刀具在机械冷加工中的六种应用形式，

关键词：超硬材料;刀具;机械冷加工;应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.006

刀具是机械冷加工必需的重要工具。采用质量较好的刀具不仅保证机械产品加工质量，而且还能提高机械产品加工效率。超硬材料是一种新型的机械材料，其耐久性、质地都比较好，尤其是成本低，正适合机械冷加工。也正因为如此，超硬材料刀具被广泛在应用在机械冷加工中。

1 超硬材料刀具

超硬刀具材料的硬度与金刚石、CNB接近，且抗弯度较好。应用这种材料进行机械冷加工，不仅能弥补传统刀具材料抗弯性不足，而且还能解决镶焊卡困难的问题，从而有效机械冷加工质量。最重要的是这种材料的成本非常低，能降低机械冷加工的成本投入。近几年，随着人工超硬材料刀具生产工艺的改进，超硬材料的应用范围又扩大了许多，在精加工、半精加工、粗加工中都有所应用。实践证明，超硬材料刀具的寿命非常高，且极大地缩短了机械加工工艺流程。

2 超硬材料刀具在机械冷加工中的应用

2.1 车削加工

车削加工是指在车床上，利用刀具的直线或曲线运动，进行毛坯产品形成、尺寸的切削，从而生产出符合设计图纸的机械产品。这是机械产品生产最常见的一种方法，其应用基础就是刀具。在车削加工中，刀具材料需具有足够的硬度、耐磨性、耐热性、韧性。常用的合金钢、工具钢、碳钢、钴高速钢等刀具材料性硬度、耐磨性等远不如超硬材料。实践证明：超硬材料刀具的切削深度远高于磨削高度，且加工效率非常高。而成本投入只有原来的80%。以45HRC淬硬钢为例，若以PCBN为刀具材料，则可将切削速度维持在100±20m/min左右。

2.2 铣削加工

铣削加工是固定毛坯，然后进行借助铣刀进行切削。这样在数控车床上，就可以加工复杂的机械产品。比如模具、胎具等。与车削不同的是铣削时，铣刀是高速旋转的。这就意味着即便是在高温下，也能保持较好的切削性能，且耐磨不会轻易损坏。对此，就可选择超硬材料加工成刀具。如利用PCD人造聚晶金刚石制作刀具，其加工速度能达到4000m/min，可有效缩短加工时间，有效提高加工效率。而且，据有关数据显示，利用PCD进行铣削加工，其最高加工速度能到4012m/min。由此可见，在铣削加工中应用超硬材料刀具能有效提供机械冷加工效率及产品质量。

2.3 镗削加工

镗削是一种内径切削工艺，在粗加工、精加工中都可应用这种加工工艺。一般在实际应用中，主要是应用非标准的刀具进行镗削加工。另外，镗削加工还可分为粗镗加工、半精镗加工、精镗加工。据有关研究表明，若是采用高速钢镗削普通钢材，其加工速度最高只能达到50m/min。若是采用硬质合金刀具进行粗镗加工时，其最高加工速度能达到60m/min。进行精镗加工时，其最高速度能达到150m/min。但若是进行超高精密加工，仍不能选择硬质合金刀具，只能选择超硬材料。因为在应用超硬材料进行加工时，即便是选择0.02-0.08mm/mm的进给量、0.05-0.1mm/min的切削深度，其精密镗削的加工精度也能达到IT7-6，表面粗糙度最高也只有0.08微米。现如今，金刚石、立方氮化硼等超硬材料已经被应用在镗削加工刀具的加工中。由此可见，将超硬材料应用在镗削加工中，不仅能有效提高机械产品的精度，而且也能提高机械产品的平滑度。

2.4 铰削加工

铰削加工主要就是利用铰刀切下已经完成加工孔壁的薄层金属，从而得到表面粗糙度比较低且孔径较精确的机械产品。比如可加工圆孔、锥孔等带有孔洞的机械产品。一般情况下，铰削的加工孔径范围非常小，最大只有100毫米。这就意味铰刀的刀具精度要高。而且在铰削过程中，被加工工件是固定的。另外，铰削还可分为粗铰削、精铰削。粗铰的切削深度最高只有0.8毫米，精铰切削深度最高只有0.3毫米。在粗铰中可应用硬质合金。在精铰中，就可应用超硬材料。因为超硬材料刀具的精度较高，且切削深入也能满足设计要求。尤其是超硬材料的使用寿命长，可耐受长时间的振动。如今，已经有了金刚石铰刀、CBN铰刀。其中金刚石铰刀可用于碱金属、玻璃、陶瓷等加工，CBN铰刀可用于淬火钢、不锈钢、热压工具、合金等的加工中。总之，将超硬材料应用在铰削加工可有效解决一些本身硬度就比较高的深孔、锥孔等的产品加工中。

2.5 拉削加工

拉削加工是指利用拉刀，对工件从上到下进行切削，以得到较薄的金属层，并使产品达到精度设计要求。一般情况下，拉削是需要一次性完成的。需要注意的是在钛合金、高温合金等金属材料的拉削加工中，必须采用硬质合金刀具。另外，若是采用超硬材料铰刀，可结合拉削加工要求。比如对于工件孔的加工，可采用复合式的渐开线跳齿内孔硬质材料刀具。这种刀具的刀齿结构比较合理，且跳齿排布更能保证加工效率。尤其是能降低加工难度。总之，超硬材料在拉削加工中也具有非常重要的应用。

2.6 钻削加工

钻削加工是一种孔加工方式，主要就是在钻床、车床上进行加工。该加工工艺具有一定的缺点：不具备冷却环境，钻削加工产生的热量较多，会影响到切削速度。而且，該工艺属于粗加工无法应用于高精度孔的加工中。所以，可采用超硬材料的刀具改善这种情况，提高加工效率。比如金刚石钻头可用在石材、陶瓷等的加工中。另外，PCD钻头还经常被用于玻璃、镜子的孔加工。可以说，这种材料的钻头不仅可以承受高温影响，而且还可以保证钻削效率。

综上所述，超硬刀具材料具有明显的应用优势。在机械冷加工中，可应用这种材料加工出各种各样的刀具，从而提高机械产品的加工效率，加工质量。所以，研究人员仍继续加大超硬材料的应用研究，从而充分发挥出超硬材料的优势，促进我国机械冷加工工艺的创新与发展，并有效推动我国工业的发展。

参考文献：

[1]姚祥勇.初探超硬材料刀具在机械冷加工中的应用[J].中国战略新兴产业，2018（44）：204.

[2]左学智.超硬材料刀具在机械冷加工中的应用[J].时代农机，2018，45（08）：188.