超硬材料刀具在机械制造中应用

得心应手

一、超硬材料刀具在机械制造业中的应用

超硬材料刀具不仅是加工高硬度材料的理想刀具，而且适用于高速精密和自动化加工，尤其是用超硬材料刀具进行以车代磨、以铣代磨，更具有高效、低耗。适应性强、缩短制造周期等优点，目前已在要求精度 高、批量大的汽车零部件加工中得到广泛应用。虽然这类刀具的价格比硬质合金类贵，但只要加工对象和条件选择得适当，分摊到每个工件的刀具成本反而低于硬质合金刀具。如一汽公司用PCD刀具精镗硅铝合金材料的活塞销孔(V＝160m/min，f＝0.08－0.10mm/r，a＝0.05mm。)，刀具耐用度达 42500件，是原 来硬质合金刀具的90倍，加工表面粗糙度值由原来的*，每班可减少装调刀具等辅助时间30min，分摊到每个工件的刀具成本比硬质合金刀具下降了约85％。PCBN刀具的耐磨性比末涂层的硬质合金刀具高50倍，比涂层的硬质合金刀具高刀倍，比陶瓷刀具高25倍，但只接近金刚石刀具的一半。
二、超硬材料磨具在机械制造业中的应用

1、金属材料的加工。不仅可以替代普通磨具的磨削，而且可以实现铸、锻毛坯件的高速、高效加工，一次性完成粗、精磨削。尤其适用于成形、仿形及定尺寸的精密磨削，可使磨削质量和磨削效率得到数倍乃至数十倍的提高。
2、硬质合金制品及难磨材料的加工。硬质合金硬度高、耐磨性强，用超硬材料代替传统碳化硅和刚玉磨料加工硬质合金工件，可防止工件表面烧伤、微裂纹。缺口或变质层过深等缺陷，提高加工效率和节约磨削成本。超硬材料硬度比普通磨料高得多，其磨削能力用复合式渐开线跳齿内孔拉刀来加工工件孔，优点为：(1)用这种技刀加工工件的花键孔，由于能够可靠地保证工件内孔各形面间的同轴度，因而可以在工件的后续加工工序中统一用小径圆面作为定位基准，大大地方便了工件后续加工工序定位心轴和检验心轴的制作，又能够可靠地保证工件所有加工表面的位置精度。(2)复合式渐开线跳齿内孔拉刀是一种质量、经济都比较好的拉刀。由于这种技刀的刀齿采用了合理的跳齿排布方式和花键刃开侧隙的刀齿结构，可以可靠地保证技刀的制造质量，大大方便了拉刀的制造，这种技刀的制造成本几乎和普通复合式渐开线拉刀相同。为普通磨料的2000-10000)倍，因此硬质合金的各种形式的磨削均可用超硬材料来实现。
3、陶瓷材料加工。近年来陶瓷已作为一种技术进步产品，新陶瓷材料可作为金属和WC的替代材料获得工业应用。作为工程陶瓷产品，必须具备良好的表面粗糙度和准确的尺寸公差，但由于这些陶瓷有高硬度、高强度、抗磨损等特性，用普通工具加工十分困难，而用超硬材料工具加工则是唯一经济而科学的方法。
4、铁氧体材料加工。铁氧体又称黑色陶瓷，是重要的电子元件。从20世纪60年代开始用超硬材料加工，至今已获全面应用。如平面磨削磁芯、双端面磨削扬声器磁钢、R成形磨瓦形磁钢等。应用超硬材料磨具磨削铁氧体的优点是工效高、节能节材、减少废品。提高工件质量减少环境污染及减轻劳动强度。
5、宝石加工。人工合成的红宝石、水晶等是工业用元器件原料，它们的切、磨、钻、抛、研都是用超硬材料来完成的。
6、半导体材料加工。半导体硅等硬、脆，价值极贵重，随着计算机技术进入超大规模集成化，对硅片的精。度要求愈益严格，用传统的普通磨具加工已不能满足需要，而必须改用超硬材料磨具。
7、电气绝缘材料加工。电气绝缘材料具有导热性和耐热性差、非均质性和摩擦性强等特点。因此其切割、钻孔、表面加工所用的传统的金属工具，存在崩口。起层、毛刺、烧伤等缺陷，从而使介电性能和物理机械性能下降。采用超硬材料工具加工不仅可消除上述缺陷，而且综合成本也低。

以CBN砂轮为例，因其硬度高(比普通磨料刚玉和碳化硅高出2－3倍)，切削刃耐磨，且在很高的磨削温度下，不与铁族金属反应，是磨削铁基和镍基材料理想的超硬磨具。在使用普通磨具磨削难以达到较高的生产率和较低的生产成本时，尤其是需要加工硬质材料或其它难加工材料时，或是对加工件质量要求较高时，都考虑采用CBN磨具磨削。一般说来，采用CBN磨具磨削可以提高效率数十倍，降低生产总成本25%－50%。
三、制约超硬材料刀具应用的因素及对策

1、加强超硬材料刀具制造技术的系统研究。对刀具的配方应以开发专用配方为主，并加以系统化。
2、加强超硬材料刀具应用技术的研究。包括刀具选择的原则、工艺参数的优化、修整、刃磨和冷却技术。
3、加强宏观管理，合理引导。鼓励企业联合、组建大型集团，形成规模化生产。
4、加强超硬材料刀具的推广应用和普及。超硬材料刀具制造企业应积极与使用单位紧密联系，加大宣传力度，正确引导用户合理使用。