摘要：刀具在机械加工中属于基础性工具，其硬度对加工质量和效果有直接影响，由于机械加工要求标准高，在刀具材料上也要求愈加严苛，超硬材料刀具在性能上有很大优越性，因此在机械加工中应用广泛。本研究尝试分析超硬材料刀具在机械加工中的具体种类和性能分析以及应用方法，希望研究内容有实践参考意义。
关键词：超硬刀具；机械加工；设计应用
引言
超硬材料刀具就是天然的金刚石、人造金刚石和立方碳化硼制作的机械加工工具，其中天然的金刚石造价较贵，因此在实际的机械加工过程中我们利用的是人造聚晶金刚石；聚晶立方碳化硼是一种经过化学加工的复合型材料。我国超硬材料刀具研究始于20世纪70年代到90年代之间，由开始的超硬材料进口逐步发展为从国外金钩成套的超硬材料合成设备以及后期的技术引进，超硬材料刀具在机械加工过程中的应用水平也逐步提高。
1.超硬刀具材料的种类和性能分析
人造金刚石目前作为超硬刀具材料的主要来源之一，其加工制造过程需要低压条件，其本身在硬度以及耐磨性上有很高的应用价值，是制作机械加工刀具的好材料。金刚石在机械加工过程中产生的摩擦系数很小，和非铁元素的金属物质无亲和力，传导热量性能好、在切削的过程中不容易产生堆积的屑沫，对于表的加工制造操作方便。其最大的缺陷就是韧性不足，热能稳定性能低。在700℃-800℃的高温中金刚石非常容易发生碳化，因此机械加工过程中金刚石不用于铁制品的加工制作。在高温下，铁原子与碳原子在发生化学变化后就会生成石墨，同时用这种材料来加工纪念性镍基合金的切削时，会加速金刚石的磨损。人造聚晶金刚石又被人们称之为是金刚石的烧结体，对它进行高温、高压的加工处理，通过使用钴等相关的金属结合剂来将多个金刚石的单晶体聚集结晶成为多个晶体于一体的晶体材料。人造聚晶金刚石的硬度虽然没有天然单体金刚石的硬度好，但是人造聚晶金刚石是随机取向与晶体聚合颗粒的金刚石，其两者的属性是各不相同的。所以说人造聚晶金刚石与天然的大单晶体金刚石在晶体表面上的强度、硬度以及耐磨损度都存在着很大的差别。在切削加工中，切削刃对于那些衣物外损坏是不敏感的，其抗磨损的能力也是比较强的，能够保持切削刃的长时间锋利、耐磨，在机器加工的过程中能够承受高速的运转和较强较大的力，其使用的寿命一般是普通硬质合金刀具的10-50倍；人造聚晶金刚石的原料来源是十分广泛的，市场价格相对较低，而且通过加工生产出来的刀具产品具有非常高的硬度，其使用寿命长、耐磨擦系数高、刀具锋利、导热性好以及膨胀系数低等一系列的特点都是人造聚晶金刚石被广泛使用的主要原因[1]。聚晶立方碳化硼刀具制作材料按照其含有的成分可以分为三大种类：整体聚晶立方碳化硼刀具、聚晶立方碳化硼
复合材料刀具以及电镀立方碳化硼刀具。聚晶立方碳化硼刀具具有极高的硬度和耐磨性，同时还具备很好的耐热性，在加工制造使用过程中具有良好的化学稳定性和导热能力，大大降低了摩擦系数数值，聚晶立方碳化硼刀具与人造晶体金刚石刀具材料看似有着相似、相同的的结构和性质，但是聚晶立方碳化硼刀具的耐磨性要比人造晶体金刚石稍差一些，聚晶立方碳化硼刀具更适合于加工制造淬硬钢、冷硬铸造零部件以及喷焊材料等。
2.超硬刀具制作材料在机械加工制造工业中的应用
2.1超硬刀具制作材料在机械部件加工中的应用
2.1.1车削加工
在加工制作钢件的车削加工时，加工淬硬钢材料必须要进行超硬材料刀具的应用。在超硬材料刀具的应用过程中，超硬材料刀具能够代替原始的磨，通过车的形式促进加工的效果，同时还能够使所加工的零件的切削深度高于磨削制造的十几倍，同时还能够有效地提升加工制造的工作效率和工作质量[2]。
2.1.2铣削加工
在对铝合金产品进行铣削加工制造时，可以使用聚晶立方碳化硼刀具材料制成的硬质材料刀具进行加工。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在应用的过程中，将机器的转速提升到4000R/MIN，能够有效地节省加工制造所耗费的时间。
2.1.3镗削加工
目前，在汽车发动机的缸孔制造中需要对镗削进行加工，使用广泛的就是PCBN材质的超硬材料刀具，PCBN刀具材料就是通过利用聚晶立方染化硼材料加工制造而成，这种材质的最大特点就是具有较长的使用寿命、尺寸相对比较稳定、加工的精细度高、生产效率高等[3]。
2.1.4拉削加工
在拉削加工中，可以使用复合式的渐开线跳齿内控硬质材料刀具进行零部件的加工制作。这种硬质材料的刀具有两大主要特征，第一，这种材料的刀具能够合理的利用刀齿的结构和跳齿的分布方式进行零部件的加工制作，既能够保证零部件加工制造的质量，又使得加工制造的工艺变得更加的简单方便，且相对于普通的生产加工方式，这种材料的刀具还能够大大的降低生产加工的成本。第二个特点就是，这种制作方式采用的是拉削加工工艺，拉削加工能够保证所加工制造的零部件的内孔各个形面的轴度是相同的，这种加工的工艺效果能够为后续的加工制造提供更多的便利条件[4]。
2.2金属材料的加工制作
超导材料在金属材料的加工制作中能够代替普通的磨具进行磨削制作，同时还能够实现快速的铸造毛坯件，进行高速、高效的加工制造，进行一次性的粗、细精致磨削。超硬刀具制作材料更适用于那些成型的或是仿形状制作或者是固定尺寸定制物品的精密加工磨削，能够使磨削的质量和磨削的效率提升数十倍乃至数百倍[5]。
2.3硬质合金制品以及难磨材料的加工制作
硬质合金材料硬度非常高，耐磨性能好，以超硬材料替代传统机械加工中的碳化硅材料和刚玉膜料参与机械加工过程，能够有效规避传统机械加工过程中造成的零部件表面烧伤、微裂纹情况，在减少缺口和防止变质层过深上起到的作用十分显著。此外，对生产加工效率提高以及节约材料的消磨成本上有积极意义。
2.4陶瓷材料加工
陶瓷材料在现代机械生产中也比较常见，新陶瓷材料作为金属材料替代人造聚晶金刚石在现代生产加工制造业中广泛应用，金属陶瓷刀具材料无论是力学性能和材料晶体颗粒大小有直接关系。工程陶瓷产品对表面粗糙程度以及误差率要求比较严格，基于陶瓷材料本身具有的高硬度和高强度特点，其在普通的加工制造工程中使用难度比较大，超硬材料刀具在现代机械加工中的应用则能够起到提高经济效益和生产效率的作用。
结语
机械加工作为现代生产加工业的重要组成部分，传统的金属刀具在机械生产过程中逐渐不能满足需求，因此超硬材料得到替代应用，在制作刀具的硬度以及质地上发挥着优良性能，保证了机械加工的实际效果。超硬材料刀具本身有很好的抗压性能和优良的导热性能以及耐磨性，成本价值也高，广泛应用是机械制造业发展的必然。
参考文献
[1]李文敏,张玉升,刘洪涛.浅谈超硬材料刀具在机械加工中的应用[J].山东工业科技,2015,21(14):117-118,120-122.
[2]孙继生,毕伟达.浅析超硬材料刀具在机械加工中的应用[J].黑龙江科技信息,2015,21(04):1139-1140,1143-1144.
[3]张越,张皓月.探究超硬材料刀具在机械加工中的应用[J].科技风,2017, 20(24):152-154,157-158.
[4]王守光.超硬材料刀具在机械加工中的应用分析[J].科学与财富,2017, 21(15):140-141,144-145.
[5]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,2018,10(04):200-201,203-204.
论文作者:靳建果
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/16
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