浅议超硬材料刀具在机械冷加工中的应用

苏海峰

：随着我国现代化进程的进一步加快，我国的机械加工行业也得到了长足的进展，相关材料也逐渐纳入科研人员的视野。近年来，超硬材料刀具渐渐得到了机械加工行业的青睐，具体而言，其在机械冷加工领域应用较为广泛。经广泛数据实践得以表明：超硬材料刀具能够适应于机械冷加工领域的大多数器械，且应用效果良好，值得深度研究并大范围推广应用。本文就超硬材料刀具进行了较为深入的探讨，在介绍超硬材料刀具基本结构、组分、存在形式的基础上，着重探讨分析了其在机械冷加工中的六种应用现状，希望能够籍此为相关行业人员提供一定的参考价值。 

一、超硬刀具材料应用背景

对于机械冷加工而言，刀具是必不可少的加工工具。如果道具的质量过关，符合甚至超过相关国家标准要求，就不单单能够确保机械产品的加工质量能够符合国际标准，同时道具使用寿命、机械产品的加工效率等也都能够得到大幅度提升。本文所探讨的超硬材料是一种新型的机械材料，其优势在于：耐久性好、质地坚硬、成本低，这些对于需要不断打磨的机械冷加工而言都是十分匮乏的。因此，超硬材料刀具现在被广泛在应用于机械冷加工，并逐渐得到大幅度推广，其总体应用前景较为广阔。

二、超硬刀具材料应用优势

超硬刀具材料的硬度与金刚石接近，其整体耐久性好、质地坚硬、成本低廉，且抗弯度较好。在机械冷加工中广泛应用该材料实现切削，一方面可以弥补传统刀具的抗弯性，另一方面还可以解决镶焊卡困难的现象，因而机械冷加工的质量也能够得到提升。最关键的还是该类型材料的成本问题，该材料成本较传统刀具材料低，能大幅缩减机械冷加工的成本，从而提升制造经营利润。近年来，相关从业人员、科研人员对该超硬材料刀具的生产工艺进一步完善，进一步延拓了该超硬材料的实际应用范围，现在其于粗加工、半精加工、精加工中都有较为广泛的实际应用。客观生产经验表明，超硬材料刀具的耐久性非常强，因此其寿命非常长，不仅有助于长期生产加工，而且较大程度地缩短了机械加工的总体工艺流程，性价比极高。 

三、超硬材料刀具在机械冷加工中的具体应用

1、车削加工 

车削加工是指在车床上，通过固定刀具的直线（或曲线）走刀，从而实现毛坯品形成以及相应关键尺寸的切削，打造出与设计图纸相符的工业品。车削加工对于工业品的生产制造而言最为常见，其制造基础就在于对不同刀具的具体应用。在进行车削加工时，其对于车削刀具的要求包括：耐磨性、耐热性、硬度、韧性。常见的传统材料如碳素结构钢、合金钢、工具钢等，客观实践证明其相应材料刀具的硬度、韧性、耐磨性等远远不及超硬材料。实验证明：超硬材料刀具的切削深度较磨削高度极其高，同时其加工效率也较高，总成本投入仅为原总成本的80%。举例来说，若是以PCBN为材料铸成的刀具，则其实际测量切削速度能够稳定于在100±20米每分钟。  2、铣削加工  铣削加工是先将毛坯进行夹固操作，尔后再通过铣刀进行切削，进而生产相应的工件。对于此类的数控车床，就能够对工艺较为复杂的机械产品进行生产加工，类似工件包括：生产模具、汽车胎具等。铣削的铣刀再工作时必须维持高速旋转，这就需要工作刀具哪怕是处于高温环境下依旧可以维持稳定的切削性能，同时必须耐磨，轻易无法损坏。结合种种要求，可综合考虑超硬材料作刀具材料。具体而言，可通过PCD人造聚晶金刚石来对铣削刀具进行加工，相应的加工时速可达4000米每分钟，相比传统刀具不仅缩短了加工耗时，而且大大提升了加工效率。相关实验数据表明，通过PCD实现铣削加工，最高加工速度甚至可达4012米每分钟。由此不难发现，如果铣削加工中全面应用超硬材料刀具进行生产，就可以较大幅度提升机械冷加工的效率以及产品的生产质量。  3、镗削加工  镗削是对工件内径进行切削的一种工艺，该工艺在粗、精加工中都能够广泛应用。通常就镗削客观应用而言，其大都应用非标准的刀具实现镗削加工。具体来说，镗削加工里的粗镗、半精镗、精镗加工，三者都可以应用超硬材料。相关研究数据显示，若通过高速钢对普通的钢材进行镗削，其最高加工速度可达50米每分钟;但是如果通过硬质合金刀具对普通的钢材进行镗削，最高加工速度可达60米每分钟;其在精镗加工时，最高速度可达150米每分钟。不仅如此，若对工件进行超高精密加工，依旧不能够选择硬质合金作为刀具材料，仅可选择超硬材料的刀具进行加工。其缘由在于：在客观应用超硬材料刀具对工件加工时，即便其进给量为：0.02-0.08mm/min、切削深度为0.05-0.1mm/min，相应的精密镗削的加工精度也可实现IT7-6，同时其表面粗糙度最高也仅为0.08微米。不难发现，在镗削加工中应用超硬材料刀具，不单单可以大幅度提升机械产品的精度，同时也能较大幅度提升其平滑度。时下，许多超硬材料（如金剛石、立方氮化硼等）已广泛被应用于镗削加工刀具材料。

4、铰削加工 

铰削加工：通过铰刀切下已完成加工孔壁的薄层金属，进一步取得表面粗糙度较低、孔径较精确的机械工艺品，类似产品包括：可加工圆孔、锥孔等带有孔洞的机械工艺品。客观情况来说，铰削加工的孔径区间较小，最大值也不过100毫米，因此其刀具精度要求非常高。不仅如此，在客观铰削加工时，被加工的毛胚工件都是夹固的。具体来说，铰削可划分为两种：粗铰削、精铰削。前者的切削深度最深仅达到0.8毫米，后者的切削深度最深仅达到0.3毫米。在粗铰加工时一般应用硬质合金;在精铰加工时一般应用超硬材料。其缘由不仅仅在于价格，更在于超硬材料刀具的精度较高，同时其切削深入也可以达到设计标准。除此之外，超硬材料的使用寿命较长，能经得住较长时间的机械振动。总的来说，把超硬材料应用于铰削加工的优势在于：可完成本身硬度就较高的深、锥孔、成本较低等。

5、拉削加工 

拉削加工：通过拉刀，对待切割毛坯自上而下实现切削，进而取得较薄的金属层，同时确保得到的产品必须符合精度设计标准。实际操作时，拉削加工大多都是一次性实现的。需要注意的是，对于高温合金、钛合金等金属毛坯，其拉削加工值能通过硬质合金刀具进行精加工。除此之外，倘若通过超硬材料铰刀拉削，必须结合拉削加工工艺标准进行。举例来说，对毛胚工件孔进行加工时，可通过复合式渐开线跳齿内孔的硬质材料刀具进行加工。该类型刀具的刀齿结构相对恰当，同时应用跳齿排布，更加能够确保实际加工的效率，还可以在一定程度上降低加工的难度。因此，在拉削加工中超硬材料在也能够发挥关键功效。

6、钻削加工

钻削加工隶属于孔加工方式，其大多应用于钻床、车床两类加工。钻削加的缺陷在于：不具备冷却氛围，钻削加工产生的热量较多，这就会大大波及切削的速度。不仅如此，其本身就是粗加工的一种，不能够应用于高精度孔的加工。因此可应用超硬材料的刀具来对该现象进行改观，进一步提升加工的效率。具体应用而言，如金刚石钻头可用在石材加工;PCD钻头可用于玻璃的孔加工。

四、总结

总的来说，超硬刀具材料的应用优势非常明显。对于机械冷加工而言，可应用该材料制造出不同类型的刀具，进而在生产加工中提升加工机械工艺品的效率

、质量，同时还能够减少成本。因此，超硬刀具材料势必会在我国的机械冷加工领域继续发热，同时也希望本文所论述的相关加工领域也能够为相关从业人员提供一定的借鉴价值。

参考文献：

[1]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（44）：204.

[2]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）：188.