超硬材料刀具在机械冷加工中的应用

上官红松 武冬阳

【摘  要】机械冷加工的重要工具之一就是刀具，机械冷加工的质量由刀具的质量所决定。因此，在实际加工操作中，对刀具的质地、韧性、硬度等因素都有十分严格的要求。超硬材料刀具在机械冷加工中不仅可以提高刀具的整体使用寿命，还能减少更换刀具的成本。所以在机械冷加工这个领域中，超硬材料刀具应用较为广泛，并且具有非常良好的应用效果。本文首先简要介绍了机械冷加工这项工艺，接着介绍了超硬材料刀具及其发展现状，随后从六个方面分析了超硬材料刀具在机械冷加工中的应用，以此来供相关人士交流参考。

【关键词】超硬材料刀具;机械冷加工;应用

引言

机械加工行业正在不断发展，在这种背景下的加工刀具也逐渐改进。比起普通刀具，超硬材料刀具更适用于大范围的冷加工。超硬材料在加工硬质材料领域有着十分出色的表现和毋庸置疑的优越性，正是因为超硬材料这种优势，它被广泛应用于机械制造、航天航空、医药、电子等众多领域。因此，将硬材料刀具应用于机械冷加工领域，会对这一领域的发展有着很大的帮助。

1.机械冷加工工艺概述

机械冷加工指的是通过人工控制机床切削材料的加工方法，利用切割刀具将器件上多余的部分切掉，从而使得器件的外形和大小符合标准，也就是切削加工工艺。机械冷加工包括磨削、钻削、刨削等等。还有一种机械冷加工的方式是压力加工，在低于再结晶温度下通过金属的变形来进行加工，一般有冲压、冷轧、冷锻、冷拔等方法。由这种工艺加工出来的器件具有较强的形变抗压力，很大程度上提高了器件的硬度和强度。

2.超硬材料刀具概述及其发展现状

运用超硬材料制作出来的刀具具有十分高的韧性，并且在机械冷加工过程中也不易弯曲变形，最大程度上为零部件表面的光滑度提供保障。普通材料制成的刀具会在长时间的加工过程中出现刀口磨损、出现缺口等问题，会影响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强硬度，所以完全符合材料加工的要求。使用超硬材料刀具不仅可以节省成本，并且提高了刀具的耐磨抗弯性。目前，超硬材料刀具包括两大类，一类是由金刚石CVD为原材料的超硬材料，这类材料具有良好的导热性能，并且不易产生摩擦。此外，金刚石CVD不与非金属产生反应，因此在制作过程中机械能够顺利产出碎屑。但金刚石CVD也有一定的缺陷，金刚石CVD会产生碳化反应，这就导致其韧性不足，无法在700℃到800℃之间使用。第二类刀具的原材料是聚晶立方氮化硼。这类刀具的耐热性能非常好，可在1200℃下工作，且耐磨性也十分良好，可以用于长时间的连续性工作，并且不会产生化学反应，所以应用范围较广泛。

目前的机械加工人们通常都使用天然金刚石、人造金刚石、聚晶立方氮化硼进行超硬材料刀具的制作，但我国天然金刚石数量稀少，很难满足现在的市场需求，所以，人们逐渐采用人造金刚石来代替天然金刚石。人造金刚石虽然能够大规模生产但其制作成本高昂，许多人看到人造金刚石的价格便退却了，所以现今的人造金刚石没有被广泛应用。我国对超硬材料的研究起步较早，但由于多种原因，虽然起步较早，超硬材料的发展還是较为缓慢。但随着科技进步，我国的超硬材料研究已经有了很大的突破。

3.超硬材料刀具在机械冷加工中的应用

3.1在车削加工中的应用

我国的机械加工产业随着经济的迅猛发展，处于越来越重要的地位。在车削加工的过程中，超硬材料刀具能够在加工过程中有极大的促进作用，能够帮助加工效果达到最优状态。在切削过程中，超硬材料在车削深度高于磨削深度，显著提高了以车代磨的效率和效果，并且在一定程度上节约了成本。但值得注意的是，要严密监控加工过程中的切削速度，要采取中速或者中低速的方式进行切削加工，避免出现轨道偏离的情况，造成不必要的损失。除此之外，还要依据材料进行车削。比如，在生产发动机的阀门时，要选取铜材料。要依据生产的零件选择合适的合金材料。在利用聚晶立方氮化硼制作刀具的时候，要保持其切削速度，并且将速度控制在合理范围内，保障最优的生产效果。

3.2在拉削加工中的应用

在进行拉削加工时，一般会采用渐开线跳齿材料来对机械孔进行加工。采用此种材料有两个优点，一方面是渐开线跳齿材料的跳齿排布方式很独特，但又具有合理性，很大程度上保证了拉刀的质量。拉刀的质量得到了保障的情况下，其生产制作成本较为低廉，制造工艺也较为简单。另一方面是这种加工保证了内孔制作时各个面的同轴度，随着渐开线跳齿材料在机械孔加工中的不断发展，这种材料可以对间孔的小径制定准确的标准，进而在后续检验心轴的时候，有效保证各个表面的精准度。

3.3在钻削加工中的应用

对于一些建筑材料如玻璃、工程瓷器、石材等加工的过程中，人们通常会采用人造金刚石作为原材料。例如在五金店购买的玻璃，商家一般都会使用带有人造金刚石的钻头来进行玻璃的切割。现在的金刚石钻头的直径存在着较大的区别，通常在3至300毫米范围内。由于金刚石的硬度较大，所以对于机械来说，如果是对小部件进行切割，必须采用小的钻头，便于切割。在进行机械加工时，人造金刚石还可以用于陶瓷的加工，极大地提高了陶瓷加工的效率。金刚石钻削可以对各种难以施工的材料中的圆柱孔和圆锥孔等进行加工。

3.4在铣削加工中的应用

在铝合金的铣削加工过程中，可利用人造金刚石材料制造而成的超硬材料刀具进行加工。在实际应用过程中，使用这种材料加工速度可以达到4000m/min，很大程度上节省了加工的时间，提高了效率。从目前情况来看，我国国内在进行铝合金加工室，运用的人造金刚石刀具进行加工时，加工速度最高可以达到4012m/min，效率是90年代从国外引进的设备的速度的两倍。除此之外，在玻璃深加工领域，人造金刚石螺旋内排液面铣刀造就已经被广泛使用。

3.5在镗削加工中的应用

从目前的情况来看，在汽车发动机缸孔的镗削加工时，广泛运用了PCBN刀具。PCBN刀具是由聚晶立方氮化硼材料制造而成的，具有较长的使用寿命，其尺寸也较为稳定，并且具有较高的加工精度和生产效率。除此之外，在进行钨硬质合金汽缸加工时，可以运用天然金刚石制造成的刀具，其切割速度可以达到0.5m/s，深度可以达到0.12毫米，还可以一次性进行八个零件的加工，极大地提高了加工效率。

3.6在铰削加工中的而应用

将铰削加工应用到硬铸件小孔或者淬硬钢的加工中时，PCBN的电镀铰刀被广泛应用。这类型的铰刀以42HRC钢作为基体，有切削和前后导向两个部分。这类刀具的设计要求较高，需要有较高的制造精度，切削部分要比前导向部分大0.04毫米，切削区的长度要大于工件孔的深度且小于后导向长度。有一部分的发动机制造厂会采用立方氮化硼或者人造金刚石电镀铰刀珩铰气缸体的主轴承孔替代珩磨工艺，这样的做法不仅极大地提高了工作效率，还很大程度上保证了加工成品质量的稳定性。

4.结束语

就目前情况来看，机械加工部门对于机械加工的要求越来越严格且复杂多样。超硬材料本身所具备的特殊优势，在各个领域都有出色的表现且取得了较为显著的成绩。为了加快超硬材料刀具的规模化运用，提高机械加工的效率和品质，机械加工技术人员应该不断增强自身的专业知识，研究超硬材料刀具在机械冷加工中的问题，积极采取优化措施来完善超硬材料在机械冷加工中的应用，保障机械加工的稳定发展。

参考文献

[1]闫晓龙. 浅议超硬材料刀具在机械冷加工中的应用[J]. 汽车世界， 2019， 000（008）：P.104-104.

[2]王刚. 机械冷加工技术在生产中的应用探究[J]. 现代职业教育， 2018， 000（021）：239-239.

[3]孙庆志. 超硬材料刀具在机械加工中的应用[J]. 科技创新导报， 2018， v.15;No.440（08）：115-116.