王守光

（湖北航特科技有限責任公司 湖北 荊門？448000）

摘 要： 隨著機械加工行業(yè)的不斷發(fā)展，其使用刀具材料的性能和強度也受到了相關行業(yè)者的關注，機械加工工作中刀具應該具備較強的硬度和韌性，因此超硬材料刀具逐漸被普及，文章將會從超硬材料刀具在機械加工中的應用進行分析，為我國機械加工行業(yè)的發(fā)展提供理論基礎。

關鍵詞： 超硬材料；刀具；機械加工；應用分析

超硬材料的刀具在機械加工中的應用和普及，為我國機械加工行業(yè)的發(fā)展做出了有效的推進，因此開展超硬材料刀具的實踐研究可以為機械加工工作的質量和效率做出基本的保障。超硬材料刀具的理想成分是金剛石系列的材料，包括人造金剛石、天然金剛石以及立方氮化硼等，由于天然金剛石價格上的劣勢，很多機械加工廠家為降低刀具生產(chǎn)成本會使用其他材料與金剛石相結合的方式制成復合型超硬材料的機械加工刀具。該技術源自美國，最初的研究是將氮化硼的微粒和金剛石的微粒相結合，經(jīng)過高溫高壓處理合成了硬度較大的復合型刀具材料。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，超硬材料刀具也有了更加廣泛的材料來源，因此硬度和韌性也有了明顯的提升，文章會從多種應用環(huán)境分析超硬材料刀具在現(xiàn)代化科技中的發(fā)展情況，同時對其在實際機械加工中產(chǎn)生的效果做出探討。

1金剛石材質超硬材料刀具在機械加工中的應用

金剛石因其硬度的優(yōu)勢在我國機械加工中常常被應用在非鐵族金屬以及其它難以被加工材料的制造過程中，例如玻璃、石材、水泥、陶瓷、合金、水泥制品或者是硬質合金等等。據(jù)調查顯示，金剛石材質的磨料以及超硬材料刀具在機械加工中的應用數(shù)量僅為整體的十分之一，主要用于磨削和車削加工，其種類有銑刀、車刀、鏜刀等，大部分都是用在汽車和非機動車領域，還有一部分使用在家電、燃氣以及其他機械加工行業(yè)中。

金剛石刀具在汽車和非機動車行業(yè)中主要作用與加工發(fā)動機活塞中的銷孔、變速箱、氣缸、裙部以及化油器等位置，這些位置普遍的特征就是硅含量較高，而且生產(chǎn)的方式屬于流水線作業(yè)，因此會對加工其產(chǎn)品的刀具有著較高的要求，普通的硬質刀具很難達到該生產(chǎn)線的標準，而金剛石特有的韌性是其他硬質材料的十倍到五十倍以上，因此可以有效的提高機械加工的速度和質量，讓機械零件加工的質量和效率得到顯著的提高，同時還能讓工件表面處理的工序得到有效的保障。

天然金剛石的價格昂貴，因此很多廠家都根據(jù)金剛石的結構特點研制出了一系列的仿制材料代替天然金剛石，其中一種叫做金剛石燒結體，又稱為人造聚晶金剛石，是通過高溫高壓的環(huán)境將不同種類金屬結合劑與金剛石的單晶粉混合處理，形成了硬度較高的多晶體類金剛石材料。雖然比不上天然金剛石的硬度和耐磨性質，但是壽命和強度也高出其他硬質材料數(shù)十倍，因此已經(jīng)成為了天然金剛石的主要替代品。

2立方氮化硼材質超硬材料刀具在機械加工中的應用

立方氮化硼自從二十世紀八十年代以來，就已經(jīng)在全世界的汽車、機床、軍事、航天、軸承等領域普及并應用，而且近幾年還有繼續(xù)擴大滲透領域的趨勢。立方氮化硼具有生產(chǎn)效率高和自動化便捷等特點，因此被譽為是半永久性的機械加工工具材料。我國針對立方氮化硼的研究開始于二十世紀七十年代，通過使用轉子槽、凸輪軸、油泵油嘴、滾珠絲杠、機床導軌等其他難以加工和處理的工序開展大量的實驗和研究工作，并取得了較好的成果和應用經(jīng)驗。目前我國的立方氮化硼的規(guī)格和市場已經(jīng)漸漸成熟，甚至某些加工成品的質量已經(jīng)超過了國際先進技術。一部分先進企業(yè)開始使用陶瓷結合劑處理后的立方氮化硼在機械加工中應用和實踐，對工件產(chǎn)品的質量和效果做出了優(yōu)化。

立方氮化硼材質超硬刀具最大的特色是可以處理車削硬度大于45HRC的零件，立方氮化硼和鐵族材質不會產(chǎn)生親和性，因此可以將立方氮化硼作用在軸承鋼、高速鋼以及工具鋼的加工和切削過程中，用車切的方式代替磨具，最大程度的提高機械加工的質量和效率。除此之外，立方氮化硼還具有很強的耐高溫性質，在一千攝氏度的環(huán)境下也能保持好較為優(yōu)質的硬度優(yōu)勢，性能上也比其他硬質材料穩(wěn)定。例如在立方氮化硼材質的刀具加工煉鋼爐進料外殼的封閉部位時，該工件的直徑為1000mm左右，硬度大于55HRC，采用較為普通的硬質材料加工往往需要一個小時以上，使用立方氮化硼就僅僅需要七分鐘左右，極大的提高了機械加工中的效率，同時還能保障工件表面處理粗糙率的減低，加強了工件的使用性能。使用立方氮化硼加工水泵輻板時，輻板的硬度一般為60HRC以上，使用一般材質的硬質材料刀具處理一塊輻板需要三把合金刀具，而使用立方氮化硼處理時三塊輻板只用一把立方氮化硼材質的刀具，不僅能為工件的生產(chǎn)速率做出保障，還能有效的延長刀具的使用壽命，穩(wěn)定機械加工企業(yè)的經(jīng)濟效益。

結束語：

綜上所述，超硬材料刀具在機械加工行業(yè)中的發(fā)展前景十分廣闊，而且科研和生產(chǎn)的普及范圍也愈來愈廣，可以看出不同結構的超硬材料可以在不同的機械加工領域應用，因此技術人員需要根據(jù)工件的特點選擇最適合進行切削的刀具材質，同時加強對超硬材料刀具的研發(fā)速度，提高我國在機械加工領域的自主知識產(chǎn)權，縮短和國際加工材料之間的距離。