李欽慶 匙江濤 張春明 彭樂云 孫志杰

（濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊261000）

0 引言

在機(jī)械冷加工的過程中，刀具的質(zhì)量直接決定了加工效果。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，材料的質(zhì)量與性能正在逐漸提升，使得其加工難度不斷提高。在這種復(fù)雜的加工生產(chǎn)制造情況下，超硬材料刀具的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，也顯得愈發(fā)重要。此外，超硬材料刀具的應(yīng)用不但可以提高機(jī)械加工的效率，還能為產(chǎn)品的質(zhì)量提供保障，并降低加工生產(chǎn)制造的成本。由此，相關(guān)人員需加強(qiáng)對這一內(nèi)容的研究，為機(jī)械行業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1 超硬材料刀具的概念及發(fā)展概述

在當(dāng)前的機(jī)械加工過程中，為提高刀具的質(zhì)量與使用性能，許多生產(chǎn)廠家會使用金剛石、氮化硼等材料來制作刀具。但在實(shí)際的制作過程中，由于天然金剛石數(shù)量稀少、人造金剛石造價昂貴，使得其無法快速滿足市場的大規(guī)模需求。在這種情況下，氮化硼成為當(dāng)前制作超硬刀具的主要應(yīng)用材料[1]。其不僅具備成本低廉的特點(diǎn)，且加工流程較簡便易操作。在機(jī)械加工領(lǐng)域很早就有通過立方氮化硼來進(jìn)行刀具加工的實(shí)戰(zhàn)案例，雖然當(dāng)時的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不能完全滿足今天的應(yīng)用需求，但隨著人們研究的不斷深入，科學(xué)家們在分析立方氮化硼性能的過程中又發(fā)現(xiàn)了其復(fù)合片，并將其與金剛石微粉在高溫高壓的環(huán)境下進(jìn)行結(jié)合，從而制作，性能良好的刀具，緩解了超硬刀具原材料緊張的問題。我國針對超硬材料的研究起步較早，但在各方面因素的影響下，使得其研究進(jìn)展較緩慢。

2 超硬材料刀具的種類與性能分析

2.1 金剛石CVD材料

CVD材料主要通過低壓等條件經(jīng)由生產(chǎn)人員制備而成。金剛石作為目前已知硬度最高的材料，不僅具備極高的耐磨性，顯微硬度也達(dá)到了10 000 HV。同時，該材料的摩擦系數(shù)較低，且具有較高的熱導(dǎo)率，可以利用其對金屬及非金屬材料進(jìn)行高效加工[2]。然而，這種材料也存在著缺陷，如與非金屬材料的親和力較差，在切屑時很容易出現(xiàn)流出現(xiàn)象。而且多數(shù)金剛石的韌性較差，熱穩(wěn)定性較低，在使用過程中容易出現(xiàn)碳化的現(xiàn)象。這使得該材料不宜被用于對純鋼鐵材料的加工處理。

2.2 人造聚晶金剛石

人造聚晶金剛石又被稱為PCD，這種材料主要是將金剛石放置于高溫高壓的條件下制備而成，并采用金屬結(jié)合劑將其與其他多種金剛石的單晶粉相結(jié)合，從而完成聚晶過程。與天然金剛石相比，PCD硬度較差，但具有更高的聚合度，使得其在切削過程中不會受到過于嚴(yán)重的損壞[3]。工作人員通過利用這種材料制作成的刀具可以對材料的形式進(jìn)行控制，具有較高的耐磨性。此外，這種材料具有較為廣闊的材料來源渠道，且造價較低，得到了各企業(yè)及生產(chǎn)人員的推崇和青睞。由此，利用PCD制作而成的刀具在我國機(jī)械加工領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用范圍[4]。

2.3 聚晶立方氮化硼

目前針對碳化硼的應(yīng)用主要有刀具、復(fù)合片及電鍍等三種方向。與其他材料相比，氮化硼的制備較為簡單，且具有較強(qiáng)的硬度及耐熱性[5]。同時，根據(jù)其實(shí)際的應(yīng)用表現(xiàn)來看，該材料的穩(wěn)定性及導(dǎo)熱性的效果較為突出，摩擦系數(shù)也相對較低。此外，雖然這種材料的耐磨性不高，無法與PCD等材料相媲美，但其卻具有較好的抗腐蝕性，這使得經(jīng)由氮化硼制作的刀具常被應(yīng)用于萃取加工過程中。

3 超硬材料刀具在機(jī)械冷加工中的應(yīng)用

3.1 車削與銑削加工

首先，車削加工的對象主要為淬硬鋼等硬度較高的材料，工作人員通過刀具對其進(jìn)行加工處理，使其滿足加工生產(chǎn)制造需求。而超硬材料的使用可以進(jìn)一步提高鋼件的打磨效果，并對切削的深度進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大。同時，超硬材料的應(yīng)用還可以促進(jìn)加工效率的提高，最高可以提升至4倍，而所需的成本僅為之前應(yīng)用的80%左右，大規(guī)模的降低了生產(chǎn)制造過程中的成本。如在處理淬硬鋼的過程中，由于淬硬鋼的強(qiáng)度超過45HRC，使得工作人員需利用PCBN對其進(jìn)行深度處理，在保障加工效率的基礎(chǔ)上提升對該材料的處理效果。

其次，在開展銑削加工的過程中，工作人員普遍使用PCD材料制作而成的刀具進(jìn)行加工。在加工生產(chǎn)制造過程中刀具的運(yùn)轉(zhuǎn)速度最高可達(dá)到4 000 m/min，使施工效率得到了廣泛提升，達(dá)到了快速提高生產(chǎn)能力的效果。同時，該類材料也能被用于玻璃等材料的加工生產(chǎn)制造過程中，有助于加工效率的快速提升，滿足其產(chǎn)能要求。

3.2 陶瓷材料加工

現(xiàn)如今，陶瓷材料在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用十分廣泛，其能夠?qū)饘俚炔牧线M(jìn)行替代，不但可以促進(jìn)加工效率的快速提升，還能使生產(chǎn)制造過程中的安全性得到充分保障。在實(shí)際應(yīng)用過程中，工作人員需要在其表面對粗糙度等參數(shù)進(jìn)行標(biāo)識，以便后續(xù)生產(chǎn)過程的進(jìn)一步開展。然而，由于陶瓷材料的硬度較高，使得工作人員需利用超硬材料來進(jìn)行加工，只有這樣，產(chǎn)品質(zhì)量才能得到充分的保障。

3.3 鐵氧體材料加工

鐵氧體材料是我國工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)中重要的電子元件，在對該材料進(jìn)行加工的過程中，超硬材料刀具的應(yīng)用較為廣泛。這種部件的應(yīng)用不僅可以有效提高加工效率，還能實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)材的工作目標(biāo)，有助于降低廢品的出現(xiàn)概率，達(dá)到全面提升產(chǎn)品質(zhì)量的生產(chǎn)目的。此外，人工合成的寶石、水晶等材料的加工也均應(yīng)用超硬材料刀具來完成，能夠有效減少加工生產(chǎn)制造流程中對環(huán)境的影響，并減輕工人的勞動強(qiáng)度，進(jìn)而促進(jìn)工作效率的快速提升。

3.4 鉸削與鉆削加工

鉸削加工主要用于對硬鑄件或淬硬鋼等材料的加工。通常使用PCBN的電鍍鉸刀來完成。這類刀具的制作材料以鋼材為主，并設(shè)置了前后導(dǎo)向，因此在機(jī)械加工領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。同時，在制作刀具的生產(chǎn)過程中，相關(guān)人員需保證刀具中每一部位的制作效果都能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，且保證精度，以此來確保刀具的質(zhì)量。以淬火鋼工件為案例，由于該類材料的硬度為45HRC，且對工件精度的要求較高。因此，工作人員在加工生產(chǎn)制造過程中可以利用電鍍鉸刀來代替原有的研磨加工。

鉆削加工的對象主要為陶器、玻璃等非金屬材料常用工具為PCD鉆頭。現(xiàn)如今，大部分玻璃生產(chǎn)企業(yè)均會在玻璃制作完成后利用金剛鉆對其進(jìn)行打磨。而其在玻璃加工過程中使用的金剛鉆直徑不一，需根據(jù)實(shí)際的加工需求來進(jìn)行實(shí)時選擇。且鉆頭材料常為樹脂金剛石。

4 結(jié)語

在當(dāng)前的機(jī)械加工生產(chǎn)制造過程中，超硬工具材料刀具的應(yīng)用可以為加工效率及產(chǎn)品質(zhì)量提供保障，有助于促進(jìn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，大幅度降低生產(chǎn)制造成本，增加企業(yè)利潤。因此，操作、工藝、管理等人員需加強(qiáng)對這一材料應(yīng)用的深度研究，積極對刀具的性能進(jìn)行優(yōu)化，以滿足企業(yè)的生產(chǎn)加工需要。本文對超硬材料刀具在機(jī)械冷加工中的應(yīng)用進(jìn)行研究，通過對超硬材料的種類與性能進(jìn)行分析，提出了其在車削與銑削加工、陶瓷材料加工等方面的應(yīng)用，對我國機(jī)械行業(yè)的發(fā)展有著重要的促進(jìn)作用。