淺議超硬材料刀具在機械冷加工中的應(yīng)用

聶洪軒

摘 要：近年來，隨著我國機械加工行業(yè)的發(fā)展，超硬材料刀具逐漸得到了人們的重視，且被應(yīng)用在機械冷加工中。而實踐證明：超硬材料刀具在機械冷加工中具有非常良好的應(yīng)用效果，值得進一步推廣。文章就此展開了討論，先是簡單介紹了超硬材料刀具，然后詳細分析了超硬材料刀具在機械冷加工中的六種應(yīng)用形式，

關(guān)鍵詞：超硬材料;刀具;機械冷加工;應(yīng)用

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

刀具是機械冷加工必需的重要工具。采用質(zhì)量較好的刀具不僅保證機械產(chǎn)品加工質(zhì)量，而且還能提高機械產(chǎn)品加工效率。超硬材料是一種新型的機械材料，其耐久性、質(zhì)地都比較好，尤其是成本低，正適合機械冷加工。也正因為如此，超硬材料刀具被廣泛在應(yīng)用在機械冷加工中。

1 超硬材料刀具

超硬刀具材料的硬度與金剛石、CNB接近，且抗彎度較好。應(yīng)用這種材料進行機械冷加工，不僅能彌補傳統(tǒng)刀具材料抗彎性不足，而且還能解決鑲焊卡困難的問題，從而有效機械冷加工質(zhì)量。最重要的是這種材料的成本非常低，能降低機械冷加工的成本投入。近幾年，隨著人工超硬材料刀具生產(chǎn)工藝的改進，超硬材料的應(yīng)用范圍又擴大了許多，在精加工、半精加工、粗加工中都有所應(yīng)用。實踐證明，超硬材料刀具的壽命非常高，且極大地縮短了機械加工工藝流程。

2 超硬材料刀具在機械冷加工中的應(yīng)用

2.1 車削加工

車削加工是指在車床上，利用刀具的直線或曲線運動，進行毛坯產(chǎn)品形成、尺寸的切削，從而生產(chǎn)出符合設(shè)計圖紙的機械產(chǎn)品。這是機械產(chǎn)品生產(chǎn)最常見的一種方法，其應(yīng)用基礎(chǔ)就是刀具。在車削加工中，刀具材料需具有足夠的硬度、耐磨性、耐熱性、韌性。常用的合金鋼、工具鋼、碳鋼、鈷高速鋼等刀具材料性硬度、耐磨性等遠不如超硬材料。實踐證明：超硬材料刀具的切削深度遠高于磨削高度，且加工效率非常高。而成本投入只有原來的80%。以45HRC淬硬鋼為例，若以PCBN為刀具材料，則可將切削速度維持在100±20m/min左右。

2.2 銑削加工

銑削加工是固定毛坯，然后進行借助銑刀進行切削。這樣在數(shù)控車床上，就可以加工復(fù)雜的機械產(chǎn)品。比如模具、胎具等。與車削不同的是銑削時，銑刀是高速旋轉(zhuǎn)的。這就意味著即便是在高溫下，也能保持較好的切削性能，且耐磨不會輕易損壞。對此，就可選擇超硬材料加工成刀具。如利用PCD人造聚晶金剛石制作刀具，其加工速度能達到4000m/min，可有效縮短加工時間，有效提高加工效率。而且，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，利用PCD進行銑削加工，其最高加工速度能到4012m/min。由此可見，在銑削加工中應(yīng)用超硬材料刀具能有效提供機械冷加工效率及產(chǎn)品質(zhì)量。

2.3 鏜削加工

鏜削是一種內(nèi)徑切削工藝，在粗加工、精加工中都可應(yīng)用這種加工工藝。一般在實際應(yīng)用中，主要是應(yīng)用非標準的刀具進行鏜削加工。另外，鏜削加工還可分為粗鏜加工、半精鏜加工、精鏜加工。據(jù)有關(guān)研究表明，若是采用高速鋼鏜削普通鋼材，其加工速度最高只能達到50m/min。若是采用硬質(zhì)合金刀具進行粗鏜加工時，其最高加工速度能達到60m/min。進行精鏜加工時，其最高速度能達到150m/min。但若是進行超高精密加工，仍不能選擇硬質(zhì)合金刀具，只能選擇超硬材料。因為在應(yīng)用超硬材料進行加工時，即便是選擇0.02-0.08mm/mm的進給量、0.05-0.1mm/min的切削深度，其精密鏜削的加工精度也能達到IT7-6，表面粗糙度最高也只有0.08微米?，F(xiàn)如今，金剛石、立方氮化硼等超硬材料已經(jīng)被應(yīng)用在鏜削加工刀具的加工中。由此可見，將超硬材料應(yīng)用在鏜削加工中，不僅能有效提高機械產(chǎn)品的精度，而且也能提高機械產(chǎn)品的平滑度。

2.4 鉸削加工

鉸削加工主要就是利用鉸刀切下已經(jīng)完成加工孔壁的薄層金屬，從而得到表面粗糙度比較低且孔徑較精確的機械產(chǎn)品。比如可加工圓孔、錐孔等帶有孔洞的機械產(chǎn)品。一般情況下，鉸削的加工孔徑范圍非常小，最大只有100毫米。這就意味鉸刀的刀具精度要高。而且在鉸削過程中，被加工工件是固定的。另外，鉸削還可分為粗鉸削、精鉸削。粗鉸的切削深度最高只有0.8毫米，精鉸切削深度最高只有0.3毫米。在粗鉸中可應(yīng)用硬質(zhì)合金。在精鉸中，就可應(yīng)用超硬材料。因為超硬材料刀具的精度較高，且切削深入也能滿足設(shè)計要求。尤其是超硬材料的使用壽命長，可耐受長時間的振動。如今，已經(jīng)有了金剛石鉸刀、CBN鉸刀。其中金剛石鉸刀可用于堿金屬、玻璃、陶瓷等加工，CBN鉸刀可用于淬火鋼、不銹鋼、熱壓工具、合金等的加工中。總之，將超硬材料應(yīng)用在鉸削加工可有效解決一些本身硬度就比較高的深孔、錐孔等的產(chǎn)品加工中。

2.5 拉削加工

拉削加工是指利用拉刀，對工件從上到下進行切削，以得到較薄的金屬層，并使產(chǎn)品達到精度設(shè)計要求。一般情況下，拉削是需要一次性完成的。需要注意的是在鈦合金、高溫合金等金屬材料的拉削加工中，必須采用硬質(zhì)合金刀具。另外，若是采用超硬材料鉸刀，可結(jié)合拉削加工要求。比如對于工件孔的加工，可采用復(fù)合式的漸開線跳齒內(nèi)孔硬質(zhì)材料刀具。這種刀具的刀齒結(jié)構(gòu)比較合理，且跳齒排布更能保證加工效率。尤其是能降低加工難度?？傊?，超硬材料在拉削加工中也具有非常重要的應(yīng)用。

2.6 鉆削加工

鉆削加工是一種孔加工方式，主要就是在鉆床、車床上進行加工。該加工工藝具有一定的缺點：不具備冷卻環(huán)境，鉆削加工產(chǎn)生的熱量較多，會影響到切削速度。而且，該工藝屬于粗加工無法應(yīng)用于高精度孔的加工中。所以，可采用超硬材料的刀具改善這種情況，提高加工效率。比如金剛石鉆頭可用在石材、陶瓷等的加工中。另外，PCD鉆頭還經(jīng)常被用于玻璃、鏡子的孔加工?？梢哉f，這種材料的鉆頭不僅可以承受高溫影響，而且還可以保證鉆削效率。

綜上所述，超硬刀具材料具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢。在機械冷加工中，可應(yīng)用這種材料加工出各種各樣的刀具，從而提高機械產(chǎn)品的加工效率，加工質(zhì)量。所以，研究人員仍繼續(xù)加大超硬材料的應(yīng)用研究，從而充分發(fā)揮出超硬材料的優(yōu)勢，促進我國機械冷加工工藝的創(chuàng)新與發(fā)展，并有效推動我國工業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]姚祥勇.初探超硬材料刀具在機械冷加工中的應(yīng)用[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018（44）：204.

[2]左學(xué)智.超硬材料刀具在機械冷加工中的應(yīng)用[J].時代農(nóng)機，2018，45（08）：188.