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超硬材料硬質合金刀具的基本概念和發(fā)展概況

從目前的機械加工行業(yè)來看，傳統(tǒng)意義上的超硬刀具材料主要包括天然金剛石、人造金剛石以及立方氮化硼這三種材料。由于天然金剛石數(shù)量較為稀少，難以滿足機械加工行業(yè)的大規(guī)模需求。人造金剛石雖然能夠實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，但是由于成本較高，市場價格昂貴，因此也難以得到廣泛普及應用。我國目前應用于超硬材料刀具上的主流材料是聚晶立方氮化硼及其復合材料。超硬材料刀具的早應用在上世界五十年代的美國，科學家通過在實驗高溫高壓狀態(tài)添加凝合劑的方法，制成了數(shù)量較大的氮化硼聚晶塊。隨后的幾十年里，科學家又先后研制出了金剛石硬質合金和氮化硼復合片，基本上解決了超硬刀具材料的來源問題。我國在超硬刀具材料的相關方面研究開始于上世紀七十年代，雖然起步較早，但是由于當時各種外界條件的限制， 無論是生產(chǎn)技術還是廠房設備條件都相對艱苦，所以研究工作進展緩慢。直到二十世紀末才真正意義上開始對這方面進行立項研究，目前已經(jīng)取得了較為顯著的成果。

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視頻作者：馬鞍山市金菲硬質合金刀具有限公司

機械刀具在車削和銑削加工中的應用

在車削鋼件材料加工時，對于淬硬鋼的加工，超硬材料刀具能夠在很大程度上實現(xiàn)以車代磨的加工效果。在切削加工過程中，由于其切削深度要遠遠高于磨削，極大程度上提高了以車代磨的工作效率，從而降低了加工制造的成本。需要注意的是，在進行高硬度機械部件加工時，要采取低速或中低速的切削方式，防止超硬材料刀具偏離切割軌道。

   在車削鑄鐵件時，對于發(fā)動機缸蓋的排氣閥座，可以選擇銅、鉬高鉻合金鑄鐵，這種材料的加工一般有車削和銑削2 種工藝。用PCBN 材料所制的刀具加工灰鑄鐵剎車盤時，其切削速度一般在700～2000m/min 適宜。

用PCD 材料制成的刀具銑削鋁合金時， 其速度可達到300～4000m/min；用PCBN 制成的刀具銑削灰鑄鐵時，其速度一般在1000～2000m/min 范圍內。目前， 我國加工鋁合金缸蓋的PCD 面銑刀切削速度已達到了4021m/min， 其進給速度為5670mm/min，這種效率是我國20 世紀90 年代初期引進外國設備的2 倍。精加工灰鑄鐵缸體的CBN 面銑刀銑削速度也達到了2000m/min，其效率是硬質合金面銑刀的10 倍之多。在玻璃深加工中，銑削玻璃的PCD 螺旋內排液面銑刀應用為廣泛。

與傳統(tǒng)加工方法相比，合金刀具的要求，尤其在剛性和耐用度方面更為嚴格。應根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：既要求精度高、強度大、剛性好、耐用度高，又要求尺寸穩(wěn)定，安裝調整方便。銳正精密工具有限公司提醒買家在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具的剛性。

目前所使用的金屬切削刀具材料主要有五類：高速鋼、硬質合金、陶瓷、立方氮化硼、聚晶金剛石。1.根據(jù)數(shù)控加工對刀具的要求，選擇刀具材料的一般原則是盡可能選用硬質合金刀具。只要加工情況允許選用硬質合金刀具，就不用高速鋼。  2.陶瓷不僅用于加工各種鑄鐵和不同鋼料，也適用于加工有色金屬和非金屬材料。使用陶瓷，無論什么情況都要用負前角，為了不易崩刀，必要時可將刃口倒鈍。陶瓷在下列情況下使用效果欠佳；短零件的加工；沖擊大的斷續(xù)切削和重切削；鈹、鎂、鋁和鈦等的單質材料及其合金的加工（易產(chǎn)生親和力，導致切削刃剝落和崩刀）。3.金剛石和立方氮化硼都屬于超硬刀具材料，它們可用于加工任何硬度的工件材料，具有很高的切削性能，加工精度高，表面粗糙值小。一般可用切削液。  聚晶金剛石刀片一般引用于加工有色金屬和非金屬材料。立方氮化硼刀片一般適用加工硬度大于450HBS的冷硬鑄鐵、合金結構鋼、工具鋼、高速鋼、軸承鋼，以及硬度不小于350HBS的鎳基合金、鈷基合金和高鈷粉末冶金零件。4.從刀具的結構應用方面，數(shù)控加工應盡可能采用鑲塊式機夾可轉位刀片以減少刀具磨損后的更換和預調時間。5.選用涂層刀具以提高耐磨性和耐用度。

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