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長春機械加工:硬質材料刀具在機械加工中的應




當前,我國的機械加工業迅速發展,一些切割難度比較大的材料在材料工業和精密機械工業中得到了廣泛的應用。而要想滿足現代機械加工業的發展需求,還需要科學使用一些強度高、韌性好的工具。因此,硬質材料刀具便逐漸應用到機械加工業中。本篇文章針對硬質材料刀具的發展曆程,著重探討了硬質材料刀具在機械加工中的應用,以供同行業朋友相互參考借鑒。
 
 
現代製造技術隨著激烈的市場競爭迅速發展,機械製造業對機械設備零件的要求也日益提高,尤其是對於機械零件結構性能的要求不斷提升。因此,社會上便逐漸出現了具備各種性能的新材料,這些新材料不僅對傳統的機械加工刀具提出了嚴峻的挑戰,而且加工難度相當大。這時,先進的切削刀具便成為機械加工業發展的關鍵,而硬質材料刀具無可厚非地應用到了現代機械加工中。
 
 
1.硬質材料刀具的發展曆程
 
 
上世紀五十年代,美國科學家將人造金剛石、結合劑,以及碳化硼微粉作為原材料,在高溫高壓的條件下進行反應,將燒結出的聚晶塊作為刀具的主要材料。發展到上世紀七十年代之後,人們逐漸研究出複合片材料,這樣的材料是對金剛石與硬質合金結合生產的,或者是氮化硼與硬質合金結合生產的。這樣的技術將硬質合金視為基體,使用壓製或者燒結等方法在基體的表麵形成一層金剛石而得到的,金剛石大約厚0.5到1毫米。這樣的材料不僅能夠提升材料的抗彎性,而且將傳統材料不易焊接的問題有效解決。這便促進了硬質材料刀具進入應用階段。
 
 
2.硬質材料刀具在機械加工中的應用
 
 
(1)單晶金剛石刀具的應用
 
 
單晶金剛石通常又被分為人工合成金剛石與天然金剛石。通常情況下,如果使用單晶金剛石製作刀具,那麽就需要選擇那些顆粒較大、質量大於0.1克,直徑長度大於3毫米的金剛石。天然金剛石是目前礦物中堅硬程度最高的材料,其不僅耐磨性好,而且使用其製作的刀具非常鋒利,同時抗粘結性高,導熱率低,加工出的刀具既光滑,質量又好。與此同時,使用天然金剛石製作的刀具耐久性非常好,使用壽命相對較長,而且在進行長時間的切割時,幾乎不會影響到加工零件,相對較低的導熱率能夠對零件變形產生很好的防止效果。
 
 
天然金剛石具有非常多的優點,這些優點盡管價格昂貴,但是能夠使很多高精密度的切割操作的要求得到滿足,廣泛應用到了精密切割加工與超精密切割加工中。諸如應用了原子反應堆和其他先進技術的反射鏡,以及導彈或者火箭上使用的地航陀螺等,此外還有一些手表零件、金屬飾品等都應用了該項技術。當然,天然金剛石也有明顯的缺點,諸如該材料與鐵族原素會在高溫下產生化學反應。所以,天然金剛石作為材料的刀具不適用於鋼鐵材料的機械加工。
 
 
(2)聚晶金剛石刀具的應用
 
 
聚晶金剛石通常又被叫做燒結體金剛石。聚晶金剛石對諸如鈷等金屬的利用,通過高溫高壓的條件將非常多的金剛石單晶粉聚晶為一體,進而形成的多晶體刀具的材料。聚晶金剛石在硬度上要比天然金剛石低。但是其是由多種金剛石粉形成的,不存在不同晶麵有不同強度和硬度的情況。使用聚晶金剛石製作而成的刀具在切割時,切割刃抵抗意外損壞的能力非常高,而且耐磨損能力也不錯,能夠在相對較長的時間內保持一定的刀刃鋒利,同時在進行機械加工的時候,可以采用相對較快的切割速度。聚晶金剛石與WC硬質合金刀具相比較,使用壽命更長,合成材料更加容易獲得,價格也相對較低。
 
 
聚晶金剛石刀具的硬度較強,而且使用時間長、刀刃鋒利、摩擦係數低,憑借著這些優點在諸多領域中得到了廣泛的應用,並且很大程度上代替了WC硬質合金刀具。與此同時,聚晶金剛石複合片的刀具技術是建立在聚晶金剛石技術的基礎上逐漸發展起來的,其主要將硬質合金作為基體,然後在應用聚晶金剛石,主要體現出諸如韌性好、強度高,以及可焊接能力強等優點。
 
 
(3)CVD金剛石的應用
 
 
CVD金剛石的刀具材料是在低壓狀態下進行的,這是與傳統的PSC技術、PDC技術最大的區別。CVD金剛石中沒有包含任何催化劑的成份,盡管在一些性質上與天然金剛石有相似之處,但是在材料上還是與聚晶金剛石有相同點的,即組成晶粒無序排列,缺乏帶有脆性的解理麵,麵與麵之間都具有相同的性質。與傳統技術製作的刀具相比,采用CVD金剛石技術製作的刀具更具優勢,諸如刀具形狀更加複雜、製作花費低,以及同一刀片多個刀刃等。與此同時,通過這種技術製作出來的刀具也存在著一定的缺點,即在加工的過程中非常容易出現金剛石塗層與硬質合金基體相互分離的現象。
 
 
(4)聚晶立方氮化硼的應用
 
 
聚晶立方氮化硼是一中非常常見的硬質材料刀具,在機械加工中的應用越來越廣泛。使用這一項技術製作出的刀具在硬度與耐磨性方麵都非常好,不僅能夠在相對較高的溫度下使用,而且還具有非常好的耐腐蝕性與導熱性。聚晶立方氮化硼刀具與PCD、PDC技術製作出的刀具相比較,在耐磨性上還是有劣勢的,但是在1200℃的高溫下卻可以正常使用,並且能夠承受一定的化學腐蝕。
 
 
當前,聚晶立方氮化硼主要應用在汽車製造業方麵,諸如汽車發動機、傳動軸,以及刹車盤等。此外,大約五分之一的重型設備加工也使用此項技術。在近幾年來,隨著計算機技術和數控機床技術的發展,聚晶立方氮化硼的應用日益廣泛,再加上諸如高速切削、以車代磨等先進的加工理念的貫徹,聚晶立方氮化硼的刀具材料已經逐漸發展成為現代車削加工中重要的材料。
 
 
3.總結
 
 
硬質材料刀具在機械加工中的應用,不僅提高了機械加工的質量與效率,而且對於機械加工業的發展也起到了至關重要的作用。因此,要想促進機械加工業的發展,就必須要不斷加強對硬質材料刀具的研究,充分了解與硬質材料刀具相關的知識,加強應用實踐,不僅要提高工作人員的素質,而且要加強科學技術在提高硬質材料刀具中的應用,進而實現我國機械加工業的跨越式發展。
 
 
結尾:以上就是硬質材料刀具在機械加工中的應用的相關知識,希望可以對朋友們有所幫助.
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