超硬材料刀具的應用

超硬材料刀具不僅是加工高硬度材料的理想刀具，而且適用於高速精密和自動化加工，尤其是用超硬材料刀具進行以車代磨、以銑代磨，更具有高效、低耗。適應性強、縮短製造周期等優點，目前已在要求精度高、批量大的汽車零部件加工中得到廣泛應用。雖然這類刀具的價格比硬質合金類貴，但只要加工對象和條件選擇得適當，分攤到每個工件的刀具成本反而低於硬質合金刀具。如一汽公司用PCD刀具精鏜硅鋁合金材料的活塞銷孔(V＝160m/min，f＝0.08－0.10mm/r，a＝0.05mm。)，刀具耐用度達42500件，是原來硬質合金刀具的90倍，加工表面粗糙度值由原來的*，每班可減少裝調刀具等輔助時間30min，分攤到每個工件的刀具成本比硬質合金刀具下降了約85％。PCBN刀具的耐磨性比末塗層的硬質合金刀具高50倍，比塗層的硬質合金刀具高刀倍，比陶瓷刀具高25倍，但只接近金剛石刀具的一半。

二、超硬材料磨具在機械製造業中的應用

金屬材料的加工。不僅可以替代普通磨具的磨削，而且可以實現鑄、鍛毛坯件的高速、高效加工，一次性完成粗、精磨削。尤其適用於成形、仿形及定尺寸的精密磨削，可使磨削質量和磨削效率得到數倍乃至數十倍的提高。

硬質合金製品及難磨材料的加工。硬質合金硬度高、耐磨性強，用超硬材料代替傳統碳化硅和剛玉磨料加工硬質合金工件，可防止工件表面燒傷、微裂紋。缺口或變質層過深等缺陷，提高加工效率和節約磨削成本。超硬材料硬度比普通磨料高得多，其磨削能力用複合式漸開線跳齒內孔拉刀來加工工件孔，優點為：(1)用這種技刀加工工件的花鍵孔，由於能夠可靠地保證工件內孔各形面間的同軸度，因而可以在工件的後續加工工序中統一用小徑圓面作為定位基準，大大地方便了工件後續加工工序定位心軸和檢驗心軸的製作，又能夠可靠地保證工件所有加工表面的位置精度。(2)複合式漸開線跳齒內孔拉刀是一種質量、經濟都比較好的拉刀。由於這種技刀的刀齒採用了合理的跳齒排布方式和花鍵刃開側隙的刀齒結構，可以可靠地保證技刀的製造質量，大大方便了拉刀的製造，這種技刀的製造成本幾乎和普通複合式漸開線拉刀相同。為普通磨料的2000-10000)倍，因此硬質合金的各種形式的磨削均可用超硬材料來實現。

陶瓷材料加工。近年來陶瓷已作為一種技術進步產品，新陶瓷材料可作為金屬和WC的替代材料獲得工業應用。作為工程陶瓷產品，必須具備良好的表面粗糙度和準確的尺寸公差，但由於這些陶瓷有高硬度、高強度、抗磨損等特性，用普通工具加工十分困難，而用超硬材料工具加工則是唯一經濟而科學的方法。

鐵氧體材料加工。鐵氧體又稱黑色陶瓷，是重要的電子元件。從20世紀60年代開始用超硬材料加工，至今已獲全面應用。如平面磨削磁芯、雙端面磨削揚聲器磁鋼、R成形磨瓦形磁鋼等。應用超硬材料磨具磨削鐵氧體的優點是工效高、節能節材、減少廢品。提高工件質量減少環境污染及減輕勞動強度。

寶石加工。人工合成的紅寶石、水晶等是工業用元器件原料，它們的切、磨、鑽、拋、研都是用超硬材料來完成的。

半導體材料加工。半導體硅等硬、脆，價值極貴重，隨著計算機技術進入超大規模集成化，對矽片的精。度要求愈益嚴格，用傳統的普通磨具加工已不能滿足需要，而必須改用超硬材料磨具。

電氣絕緣材料加工。電氣絕緣材料具有導熱性和耐熱性差、非均質性和摩擦性強等特點。因此其切割、鑽孔、表面加工所用的傳統的金屬工具，存在崩口。起層、毛刺、燒傷等缺陷，從而使介電性能和物理機械性能下降。採用超硬材料工具加工不僅可消除上述缺陷，而且綜合成本也低。

以CBN砂輪為例，因其硬度高(比普通磨料剛玉和碳化硅高出2－3倍)，切削刃耐磨，且在很高的磨削溫度下，不與鐵族金屬反應，是磨削鐵基和鎳基材料理想的超硬磨具。在使用普通磨具磨削難以達到較高的生產率和較低的生產成本時，尤其是需要加工硬質材料或其它難加工材料時，或是對加工件質量要求較高時，都考慮採用CBN磨具磨削。一般說來，採用CBN磨具磨削可以提高效率數十倍，降低生產總成本25%－50%。

三、制約超硬材料刀具應用的因素及對策

加強超硬材料刀具製造技術的系統研究。對刀具的配方應以開發專用配方為主，並加以系統化。

加強超硬材料刀具應用技術的研究。包括刀具選擇的原則、工藝參數的優化、修整、刃磨和冷卻技術。

加強宏觀管理，合理引導。鼓勵企業聯合、組建大型集團，形成規模化生產。

加強超硬材料刀具的推廣應用和普及。超硬材料刀具製造企業應積極與使用單位緊密聯繫，加大宣傳力度，正確引導用戶合理使用。