超硬材料刀具在機(jī)械制造中的應(yīng)用

 
一、超硬材料刀具在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用

   超硬材料刀具不僅是加工高硬度材料的理想刀具，而且適用于高速精密和自動(dòng)化加工，尤其是用超硬材料刀具進(jìn)行以車代磨、以銑代磨，更具有高效、低耗。適應(yīng)性強(qiáng)、縮短制造周期等優(yōu)點(diǎn)，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(yīng)用。雖然這類刀具的價(jià)格比硬質(zhì)合金類貴，但只要加工對(duì)象和條件選擇得適當(dāng)，分?jǐn)偟矫總�(gè)工件的刀具成本反而低于硬質(zhì)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(dá) 42500件，是原 來(lái)硬質(zhì)合金刀具的90倍，加工表面粗糙度值由原來(lái)的*，每班可減少裝調(diào)刀具等輔助時(shí)間30min，分?jǐn)偟矫總�(gè)工件的刀具成本比硬質(zhì)合金刀具下降了約85％。PCBN刀具的耐磨性比末涂層的硬質(zhì)合金刀具高50倍，比涂層的硬質(zhì)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(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)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(shí)現(xiàn)鑄、鍛毛坯件的高速、高效加工，一次性完成粗、精磨削。尤其適用于成形、仿形及定尺寸的精密磨削，可使磨削質(zhì)量和磨削效率得到數(shù)倍乃至數(shù)十倍的提高。 


    硬質(zhì)合金制品及難磨材料的加工。硬質(zhì)合金硬度高、耐磨性強(qiáng)，用超硬材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)碳化硅和剛玉磨料加工硬質(zhì)合金工件，可防止工件表面燒傷、微裂紋。缺口或變質(zhì)層過(guò)深等缺陷，提高加工效率和節(jié)約磨削成本。超硬材料硬度比普通磨料高得多，其磨削能力用復(fù)合式漸開(kāi)線跳齒內(nèi)孔拉刀來(lái)加工工件孔，優(yōu)點(diǎn)為：(1)用這種技刀加工工件的花鍵孔，由于能夠可靠地保證工件內(nèi)孔各形面間的同軸度，因而可以在工件的后續(xù)加工工序中統(tǒng)一用小徑圓面作為定位基準(zhǔn)，大大地方便了工件后續(xù)加工工序定位心軸和檢驗(yàn)心軸的制作，又能夠可靠地保證工件所有加工表面的位置精度。(2)復(fù)合式漸開(kāi)線跳齒內(nèi)孔拉刀是一種質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)都比較好的拉刀。由于這種技刀的刀齒采用了合理的跳齒排布方式和花鍵刃開(kāi)側(cè)隙的刀齒結(jié)構(gòu)，可以可靠地保證技刀的制造質(zhì)量，大大方便了拉刀的制造，這種技刀的制造成本幾乎和普通復(fù)合式漸開(kāi)線拉刀相同。為普通磨料的2000-10000)倍，因此硬質(zhì)合金的各種形式的磨削均可用超硬材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。 


    陶瓷材料加工。近年來(lái)陶瓷已作為一種技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)品，新陶瓷材料可作為金屬和WC的替代材料獲得工業(yè)應(yīng)用。作為工程陶瓷產(chǎn)品，必須具備良好的表面粗糙度和準(zhǔn)確的尺寸公差，但由于這些陶瓷有高硬度、高強(qiáng)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(jīng)濟(jì)而科學(xué)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(jì)60年代開(kāi)始用超硬材料加工，至今已獲全面應(yīng)用。如平面磨削磁芯、雙端面磨削揚(yáng)聲器磁鋼、R成形磨瓦形磁鋼等。應(yīng)用超硬材料磨具磨削鐵氧體的優(yōu)點(diǎn)是工效高、節(jié)能節(jié)材、減少?gòu)U品。提高工件質(zhì)量減少環(huán)境污染及減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。 

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

     半導(dǎo)體材料加工。半導(dǎo)體硅等硬、脆，價(jià)值極貴重，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)入超大規(guī)模集成化，對(duì)硅片的精。度要求愈益嚴(yán)格，用傳統(tǒng)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(dǎo)熱性和耐熱性差、非均質(zhì)性和摩擦性強(qiáng)等特點(diǎn)。因此其切割、鉆孔、表面加工所用的傳統(tǒng)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(jī)械性能下降。采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(yīng)，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(dá)到較高的生產(chǎn)率和較低的生產(chǎn)成本時(shí)，尤其是需要加工硬質(zhì)材料或其它難加工材料時(shí)，或是對(duì)加工件質(zhì)量要求較高時(shí)，都考慮采用CBN磨具磨削。一般說(shuō)來(lái)，采用CBN磨具磨削可以提高效率數(shù)十倍，降低生產(chǎn)總成本25%－50%。  

三、制約超硬材料刀具應(yīng)用的因素及對(duì)策

    加強(qiáng)超硬材料刀具制造技術(shù)的系統(tǒng)研究。對(duì)刀具的配方應(yīng)以開(kāi)發(fā)專用配方為主，并加以系統(tǒng)化。


    加強(qiáng)超硬材料刀具應(yīng)用技術(shù)的研究。包括刀具選擇的原則、工藝參數(shù)的優(yōu)化、修整、刃磨和冷卻技術(shù)。


    加強(qiáng)宏觀管理，合理引導(dǎo)。鼓勵(lì)企業(yè)聯(lián)合、組建大型集團(tuán)，形成規(guī)模化生產(chǎn)。


    加強(qiáng)超硬材料刀具的推廣應(yīng)用和普及。超硬材料刀具制造企業(yè)應(yīng)積極與使用單位緊密聯(lián)系，加大宣傳力度，正確引導(dǎo)用戶合理使用。