浅议超硬材料刀具在机械冷加工中的应用

摘 要：刀具作为机械冷加工重要工具，刀具的质量直接决定机械冷加工的质量，在实际应用的过程中，对于刀具的质地、硬度、韧性等因素具有非常高的要求。超硬材料刀具不仅可以提高刀具的整体使用寿命，而且也能够减小刀具的更换成本，所以在机械冷加工领域中，超硬材料刀具的应用效果非常明显。

关键词：超硬材料刀具;机械冷加工;应用

1 机械冷加工工艺概述

机械冷加工一般指的就是工人通过控制机床来进行切削材料的一种加工方法，即是指利用切削工具把器件上或者金属材料上多余的东西切掉，从而使器件具有符合标准的外型和大小，也就是我们常说的切削加工。机械冷加工主要包括磨削、刨削、钻削、车削、拉削、铣削等。另一种机械冷加工方式是压力加工，就是指在低于再结晶温度下使金属产生塑性变形的加工工艺，主要有冲压、冷锻、冷轧、冷挤压、冷拔等方式，这种加工工艺的器件变形抗力比较大，不仅可以使金属成形而且还提高了加工器件的强度和硬度。

2 超硬材料刀具简介

通过运用超硬材料制作的刀具够具有非常高的韧性，而且在机械冷加工的过程中也不容易出现弯曲变形的情况，在最大程度上保证了零部件表面的光滑程度。普通的刀具由于在长时间使用的过程中，经常会出现磨损缺口等问题，导致零部件表面完整性受到影响，而超硬材料刀具由于自身的硬度非常高，所以符合材料加工的需求，既可以有效降低刀具的制作成本，也能够提高刀具的抗弯性和耐磨性，从整体上解决了刀具制作的难题。

从目前来看，超硬材料刀具包括两大类，首先是金刚石CVD制成的超硬材料，不仅具有良好的导热性能，而且不易摩擦，也不能够与非铁金属进行反应在制作和加工的过程中产生的碎屑能够顺利的排出，但是金刚石CVD材料会出现碳化反应，韧性不足，不能够在700℃至800℃之间应用。第二类超硬材料刀具则是聚晶立方氮化硼制作而成，这种材料的刀具具有非常高的耐热性，可以在1200℃左右的环境下工作，而且具有非常良好的耐磨性，适合长时间连续性工作，也不会出现化学反应，应用范围非常的广泛。

3 超硬材料刀具在机械冷加工中的应用

（1）车削加工。在车削钢件材料加工时，对于淬硬钢的加工，超硬材料刀具能够在很大程度上实现以车代磨的加工效果。在切削加工过程中，由于其切削深度要远远高于磨削，极大程度上提高了以车代磨的工作效率，从而降低了加工制造的成本。需要注意的是，在进行高硬度机械部件加工时，要采取低速或中低速的切削方式，防止超硬材料刀具偏离切割轨道。在车削铸铁件时，对于发动机缸盖的排气阀座，可以选择铜、钼高铬合金铸铁，这种材料的加工一般有车削和铣削2种工艺。用PCBN材料所制的刀具加工灰铸铁刹车盘时，其切削速度一般在700～2000m/min最适宜。

（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。

（3）鏜削加工。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。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。

（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。

（5）铰削加工。在硬铸件小孔或淬硬钢的铰削加工中，PCBN电镀铰刀应用十分广泛。这类铰刀以9CrSi或42HRC的45#钢作为基体，具有切削和前后导向部分。其基体设计要十分合理，且制造精度要求很高，切削部分要比前导向部分大0.04mm，工件孔深要小于切削区长度，切削区长度要比后导向长度略小。例如，某工厂加工直径大约为12mm的淬火钢工件，其硬度为45HRC，底部尺寸大约为12mm，加工要求孔的圆柱度为0.005mm，表面粗糙度为0.2μm。这个时候一般选用的是一组5把电镀CBN铰刀来进行加工。有些发动机制造厂用PCBN或PCD电镀铰刀珩铰汽缸体的主轴承孔来代替珩磨，这种做法使工作效率提高了数倍，且加工成品质量稳定。

（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。

4 总结

现阶段，机械加工部门对于机械加工的要求日趋复杂多样，超硬材料本身所具有的独特优势，在不同领域的机械加工工作上都取得了较为显著的成绩。为了实现超硬材料刀具的规模化使用，提升机械加工质量和加工效率，广大机械加工人员需要不断加强自身专业技能的学习，深入了解和分析超硬材料刀具在机械加工中的问题和不足，以便于采取相应的优化和完善对策，为机械加工的进一步发展提供基础保障。

参考文献：

[1]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）：193.

[2]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，2018，176（44）：216.

[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.

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