微探超硬刀具在硬脆材料加工中的渗透

夏冰

摘要：科技水平的不断提升给我国超硬材料的研究带来了较大的挑战，硬脆材料的加工工作中，加工人员对刀具材料提出了更高的要求，加工过程中为了获得较为理想的刀具，加工人员应该不断提升刀具的硬度和综合性能。通过调查当前研发成功的超硬刀具不难发现，这类超硬工具具有较为良好的综合性能，且其耐用度较高、成本较低，被广泛运用到各行各业中。该文主要论述了超硬工具在硬脆材料加工中的渗透，希望能够推动超硬工具的长远可持续发展。

关键词：超硬刀具;硬脆材料;渗透

科技水平的不断提升，人们生活质量的提升，机械产品的制作工作、加工质量和生产有效性都需要不断提升;为了更好地满足各行各业对超硬刀具的使用需求，我们应该不断提升超硬刀具的自身硬度和耐磨性等。但是，受到不同因素的影响，我国原有的刀具制作材料已经无法满足硬脆材料加工需要，超硬刀具的出现及运用能够较好地缓解这一问题。比如，在使用硬质合金刀具进行花岗岩的加工工作时，会导致硬质合金刀具被花岗岩损坏的问题;使用聚晶金刚石刀具进行加工时，就不会出现这种刀具被损坏的问题。使用硬质合金车刀进行冷硬铸铁的加工过程中，尽可能地降低切削速度，仍然可能加剧刀具的磨损，严重的甚至会出现崩刃的问题;假如运用氮化硅陶瓷刀具进行切削操作时，不仅能够有效提升切削速度，还会降低刀具的受损程度，增加刀具的使用周期。通常情况下，退火工具钢大都应进行磨削加工，这样就会影响生产效率的提升;使用立方氮化硼刀具能够有效提升车削或铣削的效率。由此不难看出，在硬脆材料的快速切削过程中采用超硬刀具能够提升加工质量，提升生产有效性，还能提升刀具的自身耐用性。基于此，我们应该结合超硬刀具材料的自身特征，探讨其在硬脆材料中的运用情况，希望能够推动超硬刀具的长远发展。

一、分析超硬刀具的自身特征和性能

一般情况下，超硬工具的主要组成材料是天然金刚石，这种材料具有较为明显的优势，其硬度和耐磨性都较强，基本上是所有刀具材料中硬度最高的材料。金刚石的摩擦系数小、热导率高，在进行切削时表面不容易积屑瘤，使加工的表面质量好，适用于加工硬度较高的硬质合金、陶瓷、玻璃等材料。然而，由于金刚石与钢铁材料具有化学亲和作用，在高温下铁会使碳原子转化成石墨结构，从而使性能变得不稳定，硬度大大下降，只适用于加工各种有色金属和非金属材料。此外，用金刚石切削镍基合金时，同样也会出现迅速磨损的情况。

人造金刚石，实际上就是工作人员利用结合剂把金刚石单晶粉制作成的多晶体材料，与天然金刚石相比，这种人造金刚石的硬度相对较小，二者的硬度和耐磨性也各不相同。人造金刚石在切削时抗磨损能力较强，寿命要比一般的刀具长。另外，由于价格比天然金刚石低很多，又具有摩擦系数和膨胀系数较低的特点，因此，人造金刚石刀具已成为传统的高性能硬质合金刀具的替代品。聚晶立方氮化硼刀具一共分为三种，整体聚晶立方氮化硼刀具、聚晶立方氮化硼复合片以及电镀立方氮化硼刀具。聚晶立方氮化硼刀具具有很高的硬度和耐磨性，同时还具有良好的耐热性、化学稳定性和导热性。与天然金刚石和人造金刚石两种刀具材料一样，聚晶立方氮化硼的摩擦系数较小，耐磨性与人造聚晶金刚石相比虽然差一些，但具有良好的抗化学腐蚀性，在高温下也具有良好的热稳定性。

二、微谈超硬刀具在硬脆材料加工中的渗透

（一）把金刚石运用到硬脆材料切割技术加工中

通过调查分析不难发现，硬脆材料的加工切割技术大体可以分成三大类，圆片锯、带锯和线锯。把金刚石带锯运用到硬脆材料的加工切割技术中，能够有效提升生产质量和效率。但是，由于金刚石框架锯工作时锯条需要进行往复运动，而金刚石烧结刀头上的金刚石不能形成良好的支撑，保持力较小，容易在胎体上脱落。因此不能切割过硬的花岗岩石材。在硬脆材料加工技术中，金刚石线锯也有很好的应用，带来了许多的好处。金刚石线锯适用于单晶硅、多晶硅等各种半导体材料以及磁性材料、磁带、光盘、集成电路等的精密切割。也可以用于切割宝石、玉器等硬脆材料，优点是切割缝隙小、原材料的利用率高。用金刚石线锯切割硬质合金，能使硬质合金的边缘部分不破损，和砂轮切割相比，对脆性晶体切片效果好，而且当线锯碰到工件时，会马上停止工作。由于金刚石线锯切割时温度较低，用来切割容易炸裂的材料时也不会引起崩碎。

金刚石串珠锯是近期新研发出来的一种切割工具，这种工具的切割操作较为简便、产生的噪声较小、切割中的粉尘较少、比较节能，因此得到了较为广泛的运用。这种切割工具主要应用在建筑物、桥梁和混凝土结构中的拆除和改造，同时也可以用在切割玻璃材料。金刚石串珠锯的使用寿命取决于它的物理和机械特性，和传统的磨料相比，金刚石串珠锯具有很多优良特性，在切割硬脆材料时，不仅能切割直面，还能切割曲面，在切割板料时，可以利用多道串珠锯进行切割，因此切割的效率非常高。但是，由于受串珠直径的限制，切割时的切缝较宽，对细微结构和贵重材料的加工不适宜使用这种技术。

（二）把超硬刀具运用到硬脆材料切削加工技术中

一般来讲，硬脆材料的切削加工技术种类较多，常见的主要由干、湿切削技术、低温冷风切削技术等。把立方氮化硼刀具运用到干式切削加工中能够提升切削成效，还能提升超硬刀具的使用寿命。而湿式切削加工中烧结金刚石刀具的切削性能非常好，除加工效率高以外，燒结后再磨削的成本也很低。

结语

简而言之，超硬刀具在硬脆材料加工过程中起到了关键性的作用，基于此，我们应该深入研究分析超硬刀具的自身特征，把其运用到硬脆材料加工中，能够进一步拓展超硬刀具的使用范围。在超硬刀具的材料当中，人造金刚石和聚晶立方氮化硼这两种材料越来越受到重视，应进行深入的研究。发挥超硬刀具材料在制造刀具方面的潜力，促进超硬刀具在以后的加工中得到更好的应用和发展。

参考文献：

[1]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）：31.

[2]张宝国.超硬刀具在铝合金活塞加工中的应用与发展[J].制造技术与机床，2011（09）：151-154.