1、硬质材料刀具在机械加工中的应用摘要：当前，我国的机械加工业迅速发展，一些切割难度比较大的材料在材料工业和精密机械工业中得到了广泛的应用。而要想满足现代机械加工业的发展需求，还需要科学使用一些强度高、韧性好的工具。因此，硬质材料刀具便逐渐应用到机械加工业中。本篇文章针对硬质材料刀具的发展历程，着重探讨了硬质材料刀具在机械加工中的应用，以供同行业朋友相互参考借鉴。 关键词：硬质材料刀具；机械加工；应用 中图分类号：S756 文献标识码： A 文章编号： 现代制造技术随着激烈的市场竞争迅速发展，机械制造业对机械设备零件的要求也日益提高，尤其是对于机械零件结构性能的要求不断提升。因此，社会上便逐渐出现
2、了具备各种性能的新材料，这些新材料不仅对传统的机械加工刀具提出了严峻的挑战，而且加工难度相当大。这时，先进的切削刀具便成为机械加工业发展的关键，而硬质材料刀具无可厚非地应用到了现代机械加工中。 一、硬质材料刀具的发展历程 上世纪五十年代，美国科学家将人造金刚石、结合剂，以及碳化硼微粉作为原材料，在高温高压的条件下进行反应，将烧结出的聚晶块作为刀具的主要材料。发展到上世纪七十年代之后，人们逐渐研究出复合片材料，这样的材料是对金刚石与硬质合金结合生产的，或者是氮化硼与硬质合金结合生产的。这样的技术将硬质合金视为基体，使用压制或者烧结等方法在基体的表面形成一层金刚石而得到的，金刚石大约厚 0.5到
3、1 毫米。这样的材料不仅能够提升材料的抗弯性，而且将传统材料不易焊接的问题有效解决。这便促进了硬质材料刀具进入应用阶段。 二、硬质材料刀具在机械加工中的应用 （一）单晶金刚石刀具的应用 单晶金刚石通常又被分为人工合成金刚石与天然金刚石。通常情况下，如果使用单晶金刚石制作刀具，那么就需要选择那些颗粒较大、质量大于 0.1 克，直径长度大于 3 毫米的金刚石。天然金刚石是目前矿物中坚硬程度最高的材料，其不仅耐磨性好，而且使用其制作的刀具非常锋利，同时抗粘结性高，导热率低，加工出的刀具既光滑，质量又好。与此同时，使用天然金刚石制作的刀具耐久性非常好，使用寿命相对较长，而且在进行长时间的切割时，几乎不
4、会影响到加工零件，相对较低的导热率能够对零件变形产生很好的防止效果。天然金刚石具有非常多的优点，这些优点尽管价格昂贵，但是能够使很多高精密度的切割操作的要求得到满足，广泛应用到了精密切割加工与超精密切割加工中。诸如应用了原子反应堆和其他先进技术的反射镜，以及导弹或者火箭上使用的地航陀螺等，此外还有一些手表零件、金属饰品等都应用了该项技术。当然，天然金刚石也有明显的缺点，诸如该材料与铁族原素会在高温下产生化学反应。所以，天然金刚石作为材料的刀具不适用于钢铁材料的机械加工。 （二）聚晶金刚石刀具的应用 聚晶金刚石通常又被叫做烧结体金刚石。聚晶金刚石对诸如钴等金属的利用，通过高温高压的条件将非常多的
5、金刚石单晶粉聚晶为一体，进而形成的多晶体刀具的材料。聚晶金刚石在硬度上要比天然金刚石低。但是其是由多种金刚石粉形成的，不存在不同晶面有不同强度和硬度的情况。使用聚晶金刚石制作而成的刀具在切割时，切割刃抵抗意外损坏的能力非常高，而且耐磨损能力也不错，能够在相对较长的时间内保持一定的刀刃锋利，同时在进行机械加工的时候，可以采用相对较快的切割速度。聚晶金刚石与 WC 硬质合金刀具相比较，使用寿命更长，合成材料更加容易获得，价格也相对较低。聚晶金刚石刀具的硬度较强，而且使用时间长、刀刃锋利、摩擦系数低，凭借着这些优点在诸多领域中得到了广泛的应用，并且很大程度上代替了 WC 硬质合金刀具。与此同时，聚晶
6、金刚石复合片的刀具技术是建立在聚晶金刚石技术的基础上逐渐发展起来的，其主要将硬质合金作为基体，然后在应用聚晶金刚石，主要体现出诸如韧性好、强度高，以及可焊接能力强等优点。 （三）CVD 金刚石的应用 CVD 金刚石的刀具材料是在低压状态下进行的，这是与传统的 PSC 技术、PDC 技术最大的区别。CVD 金刚石中没有包含任何催化剂的成份，尽管在一些性质上与天然金刚石有相似之处，但是在材料上还是与聚晶金刚石有相同点的，即组成晶粒无序排列，缺乏带有脆性的解理面，面与面之间都具有相同的性质。与传统技术制作的刀具相比，采用 CVD 金刚石技术制作的刀具更具优势，诸如刀具形状更加复杂、制作花费低，以及同
7、一刀片多个刀刃等。与此同时，通过这种技术制作出来的刀具也存在着一定的缺点，即在加工的过程中非常容易出现金刚石涂层与硬质合金基体相互分离的现象。 （四）聚晶立方氮化硼的应用 聚晶立方氮化硼是一中非常常见的硬质材料刀具，在机械加工中的应用越来越广泛。使用这一项技术制作出的刀具在硬度与耐磨性方面都非常好，不仅能够在相对较高的温度下使用，而且还具有非常好的耐腐蚀性与导热性。聚晶立方氮化硼刀具与 PCD、PDC 技术制作出的刀具相比较，在耐磨性上还是有劣势的，但是在 1200的高温下却可以正常使用，并且能够承受一定的化学腐蚀。当前，聚晶立方氮化硼主要应用在汽车制造业方面，诸如汽车发动机、传动轴，以及刹车
8、盘等。此外，大约五分之一的重型设备加工也使用此项技术。在近几年来，随着计算机技术和数控机床技术的发展，聚晶立方氮化硼的应用日益广泛，再加上诸如高速切削、以车代磨等先进的加工理念的贯彻，聚晶立方氮化硼的刀具材料已经逐渐发展成为现代车削加工中重要的材料。 总结： 硬质材料刀具在机械加工中的应用，不仅提高了机械加工的质量与效率，而且对于机械加工业的发展也起到了至关重要的作用。因此，要想促进机械加工业的发展，就必须要不断加强对硬质材料刀具的研究，充分了解与硬质材料刀具相关的知识，加强应用实践，不仅要提高工作人员的素质，而且要加强科学技术在提高硬质材料刀具中的应用，进而实现我国机械加工业的跨越式发展。 参考文献： 1卢敬利.牛素清.机械加工中超硬材料刀具的发展与应用J.中国科技博览.2011(6). 2王继明.浅谈超硬材料刀具在机械加工中的应用J.黑龙江科技信息.2011(18). 3汤敏星.浅谈超硬刀具材料发展J.致富时代（下半月）.2010(9).4陈群英.硬质材料刀具在机械加工中的应用J.科技风.2012(13).
