超硬材料刀具在机械加工中的应用分析

王守光

（湖北航特科技有限责任公司 湖北 荆门？448000）

摘 要： 随着机械加工行业的不断发展，其使用刀具材料的性能和强度也受到了相关行业者的关注，机械加工工作中刀具应该具备较强的硬度和韧性，因此超硬材料刀具逐渐被普及，文章将会从超硬材料刀具在机械加工中的应用进行分析，为我国机械加工行业的发展提供理论基础。

关键词： 超硬材料；刀具；机械加工；应用分析

超硬材料的刀具在机械加工中的应用和普及，为我国机械加工行业的发展做出了有效的推进，因此开展超硬材料刀具的实践研究可以为机械加工工作的质量和效率做出基本的保障。超硬材料刀具的理想成分是金刚石系列的材料，包括人造金刚石、天然金刚石以及立方氮化硼等，由于天然金刚石价格上的劣势，很多机械加工厂家为降低刀具生产成本会使用其他材料与金刚石相结合的方式制成复合型超硬材料的机械加工刀具。该技术源自美国，最初的研究是将氮化硼的微粒和金刚石的微粒相结合，经过高温高压处理合成了硬度较大的复合型刀具材料。经过十几年的发展，超硬材料刀具也有了更加广泛的材料来源，因此硬度和韧性也有了明显的提升，文章会从多种应用环境分析超硬材料刀具在现代化科技中的发展情况，同时对其在实际机械加工中产生的效果做出探讨。

1金刚石材质超硬材料刀具在机械加工中的应用

金刚石因其硬度的优势在我国机械加工中常常被应用在非铁族金属以及其它难以被加工材料的制造过程中，例如玻璃、石材、水泥、陶瓷、合金、水泥制品或者是硬质合金等等。据调查显示，金刚石材质的磨料以及超硬材料刀具在机械加工中的应用数量仅为整体的十分之一，主要用于磨削和车削加工，其种类有铣刀、车刀、镗刀等，大部分都是用在汽车和非机动车领域，还有一部分使用在家电、燃气以及其他机械加工行业中。

金刚石刀具在汽车和非机动车行业中主要作用与加工发动机活塞中的销孔、变速箱、气缸、裙部以及化油器等位置，这些位置普遍的特征就是硅含量较高，而且生产的方式属于流水线作业，因此会对加工其产品的刀具有着较高的要求，普通的硬质刀具很难达到该生产线的标准，而金刚石特有的韧性是其他硬质材料的十倍到五十倍以上，因此可以有效的提高机械加工的速度和质量，让机械零件加工的质量和效率得到显著的提高，同时还能让工件表面处理的工序得到有效的保障。

天然金剛石的价格昂贵，因此很多厂家都根据金刚石的结构特点研制出了一系列的仿制材料代替天然金刚石，其中一种叫做金刚石烧结体，又称为人造聚晶金刚石，是通过高温高压的环境将不同种类金属结合剂与金刚石的单晶粉混合处理，形成了硬度较高的多晶体类金刚石材料。虽然比不上天然金刚石的硬度和耐磨性质，但是寿命和强度也高出其他硬质材料数十倍，因此已经成为了天然金刚石的主要替代品。

2立方氮化硼材质超硬材料刀具在机械加工中的应用

立方氮化硼自从二十世纪八十年代以来，就已经在全世界的汽车、机床、军事、航天、轴承等领域普及并应用，而且近几年还有继续扩大渗透领域的趋势。立方氮化硼具有生产效率高和自动化便捷等特点，因此被誉为是半永久性的机械加工工具材料。我国针对立方氮化硼的研究开始于二十世纪七十年代，通过使用转子槽、凸轮轴、油泵油嘴、滚珠丝杠、机床导轨等其他难以加工和处理的工序开展大量的实验和研究工作，并取得了较好的成果和应用经验。目前我国的立方氮化硼的规格和市场已经渐渐成熟，甚至某些加工成品的质量已经超过了国际先进技术。一部分先进企业开始使用陶瓷结合剂处理后的立方氮化硼在机械加工中应用和实践，对工件产品的质量和效果做出了优化。

立方氮化硼材质超硬刀具最大的特色是可以处理车削硬度大于45HRC的零件，立方氮化硼和铁族材质不会产生亲和性，因此可以将立方氮化硼作用在轴承钢、高速钢以及工具钢的加工和切削过程中，用车切的方式代替磨具，最大程度的提高机械加工的质量和效率。除此之外，立方氮化硼还具有很强的耐高温性质，在一千摄氏度的环境下也能保持好较为优质的硬度优势，性能上也比其他硬质材料稳定。例如在立方氮化硼材质的刀具加工炼钢炉进料外壳的封闭部位时，该工件的直径为1000mm左右，硬度大于55HRC，采用较为普通的硬质材料加工往往需要一个小时以上，使用立方氮化硼就仅仅需要七分钟左右，极大的提高了机械加工中的效率，同时还能保障工件表面处理粗糙率的减低，加强了工件的使用性能。使用立方氮化硼加工水泵辐板时，辐板的硬度一般为60HRC以上，使用一般材质的硬质材料刀具处理一块辐板需要三把合金刀具，而使用立方氮化硼处理时三块辐板只用一把立方氮化硼材质的刀具，不仅能为工件的生产速率做出保障，还能有效的延长刀具的使用寿命，稳定机械加工企业的经济效益。

结束语：

综上所述，超硬材料刀具在机械加工行业中的发展前景十分广阔，而且科研和生产的普及范围也愈来愈广，可以看出不同结构的超硬材料可以在不同的机械加工领域应用，因此技术人员需要根据工件的特点选择最适合进行切削的刀具材质，同时加强对超硬材料刀具的研发速度，提高我国在机械加工领域的自主知识产权，缩短和国际加工材料之间的距离。