超硬刀具運用淺析

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本文作者：趙李軍作者單位：中航工業(yè)湖南通用航空發(fā)動機有限公司國際加工貿(mào)易分公司

在車削加工中的應(yīng)用

在車削鋼件時，對于淬硬鋼的加工，超硬材料刀具完全可以實現(xiàn)以車代磨的效果。由于切削的深度比磨削高十幾倍，這種以車代磨的做法可提高4倍以上的效率，并縮減成本至原來的1/5。精車硬度高于45HRC的淬硬鋼時，PCBN刀具是效果最佳的一種材料，其切割速度一般在80～120m/min。對于高硬度工件的切削，應(yīng)該取較低的速度，比如對于70HRC硬度的工件，切削速度最好選擇60～80m/min。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最適宜。在切削合金工件時，采用PCD刀具車削一些鋁合金輪轂的應(yīng)用十分常見。一般對于含硅量低于10%的鋁合金，選用硬質(zhì)合金制成的刀具即可。如果含硅量高于10%的話，則需要選用PCD。目前，汽車發(fā)動機活塞的含硅量早已超過18%，因此，必須選用PCD刀具。

在銑削加工中的應(yīng)用

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(nèi)。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(shè)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(zhì)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(nèi)排液面銑刀應(yīng)用最為廣泛。

在鏜削加工中的應(yīng)用

目前，我國很多汽車制造廠發(fā)動機缸孔的精鏜均采用了PCBN刀片，這種刀具使用壽命長、尺寸穩(wěn)定、加工精度高、生產(chǎn)效率高。CVD刀具則用于鏜削鎢硬質(zhì)合金的汽缸，其切削速度大約為0.5m/s，切削深度為0.12mm，一次性可以加工8個零件。

在拉削加工中的應(yīng)用

在拉削加工中，一般采用復合式漸開線跳齒內(nèi)孔超硬材料拉刀加工工件孔，其優(yōu)點主要有2點：（1）花鍵刃開側(cè)隙的刀齒結(jié)構(gòu)和合理的跳齒排布方式，保證了拉刀的制造質(zhì)量，而且其制造工藝不復雜，成本與普通的復合式漸開線拉刀相比也沒有太多差別。（2）這種加工方式保證了工件內(nèi)孔各形面間的同軸度，在后續(xù)加工工序中，可以統(tǒng)一選用小徑圓面作為定位基準，從而使得后序檢驗心軸和定位心軸的制作簡化了許多，同時也保證了各加工表面的位置精度。

在鉸削加工中的應(yīng)用

在硬鑄件小孔或淬硬鋼的鉸削加工中，PCBN電鍍鉸刀應(yīng)用十分廣泛。這類鉸刀以9CrSi或42HRC的45#鋼作為基體，具有切削和前后導向部分。其基體設(shè)計要十分合理，且制造精度要求很高，切削部分要比前導向部分大0.04mm，工件孔深要小于切削區(qū)長度，切削區(qū)長度要比后導向長度略小。例如，某工廠加工直徑大約為12mm的淬火鋼工件，其硬度為45HRC，底部尺寸大約為12mm，加工要求孔的圓柱度為0.005mm，表面粗糙度為0.2μm。這個時候一般選用的是一組5把電鍍CBN鉸刀來進行加工。有些發(fā)動機制造廠用PCBN或PCD電鍍鉸刀珩鉸汽缸體的主軸承孔來代替珩磨，這種做法使工作效率提高了數(shù)倍，且加工成品質(zhì)量穩(wěn)定。

在鉆削加工中的應(yīng)用

用PCD鉆頭加工工程陶瓷、玻璃和石材的現(xiàn)象十分常見。很多玻璃店和玻璃深加工企業(yè)都使用PCD鉆頭來鉆削玻璃和鏡子的孔。目前，我國常見的金剛石鉆頭直徑一般在3～130mm之間。玻璃鉆頭有樹脂金剛石的，也有鑲嵌金剛石的。用PCD鉆頭加工石材和工程陶瓷具有效率高、質(zhì)量好的優(yōu)點。金剛石電解鉆削可用來成型各種難加工導電材料上的圓柱孔（盲孔和通孔）、特型孔和圓錐孔。

傳統(tǒng)的金屬刀具在一些較硬工件的加工過程中會產(chǎn)生起層、崩口、燒傷、毛刺等現(xiàn)象，這已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展要求，超硬材料刀具能夠很好地消除傳統(tǒng)刀具的缺陷，且具有高效、高速、低成本的優(yōu)點，因此具有廣泛的市場前景。