在機械加工中使用的超硬材料刀具

超硬材料刀具目前主要有單晶金剛石刀具，聚晶金剛石（pcd）刀具,化學氣相沉積（cvd）的金剛石刀具,聚晶立方氮化硼（pcbn）刀具等[1]。它不僅是加工高硬度材料的理想刀具，而且用超硬材料刀具替代普通刀具進行切削，可以實現鑄、鍛毛坯件的高速、高效加工和/或一次性完成粗、精加工。超硬材料刀具是完全適用于高速、精密和自動化加工的。尤其是在以車代磨、以銑代磨方面，它適用于成形、仿形及定尺寸的精密磨削，并使磨削質量顯著提高、磨削效率得到數倍乃至數十倍的提高。它不但能防止工件表面燒傷、微裂紋、缺口、變質層過深等缺陷，而且能提高工效、降低消耗和磨削成本。它具有高效、低耗、適應性強、制造周期短等優點。目前已在汽車、摩托車、航空、礦山、電子、玻璃等行業機械加工中得到廣泛應用。

1.在機械加工中的的應用

1.1在車削加工中的的應用

1.1.1車削鋼件

加工淬硬鋼時，超硬材料刀具能以車代磨。由于切削的深度比磨削高十幾倍，可提高效率4倍以上，加工成本下降到原來的1/5。

用pcbn刀具精車硬度高于45hrc的淬硬鋼效果最好,切削速度一般為80～120m/min。高硬度工件切削速度宜取低值，如硬度為70hrc的工件，切削速度宜選60～80m/min。精車的切削深度在0.1～0.3mm，進給量在0.05～0.025mm/r，加工表面粗糙度為ra0.3～0.6μm,尺寸精度可達0.013mm。若采用剛性好的標準數控車床,且pcbn刀具的剛性好、刃口鋒利，則精車表面粗糙度可達ra0.3μm，尺寸精度0.01mm，可達到數控磨床加工的水平。

某廠原采用磨削工藝加工小齒輪，一班僅能加工100個；現采用pcbn刀具車削，切削參數采用：v=60～120mm/min，f≤0.12mm/r，ap≤0.1mm，一班能加工400個小齒輪。此外，分攤到每個齒輪的加工成本也有所下降。

如用pcbn刀具加工滲碳淬火的20crmnti汽車變速箱同步器套撥叉(hrc58～62)，切削速度v=150mm/min，進給量?=0.1mm/r，ap=0.2～0.3mm，刀具切削行程達到9.58km[2]。以車代磨后，效率提高4倍以上，加工成本降低為原來磨削工藝的1/3～1/2。

荷蘭hembrug公司在mikroturncnc系列超精車床上采用pcbn刀具精車淬硬en21軸承鋼(hrc62)、美國國家標準工藝研究院y.kevinchou和chrisj.evans采用sumitomobn系列pcbn刀具加工aisim50鋼(hrc62～64)、英國debeers工業金剛石公司m.a.fleming在deltaturn40車床上采用amboritedbn45刀具車削en31軸承鋼等，都實現了納米切削。

超硬材料刀具加工鋼件的例子還有使用長城機床廠的ck7820數控車床加工重型汽車變速器中的二軸的20crmntiha3多檔花鍵沉割槽（hrc58～63）、使用1a616機床加工礦山機械的45號鋼φ48h6傳動軸（hrc42～45）[3]、在可無級變速的ca6140車床上使用pcbn刀具精密車削gcr15淬硬軸承鋼工件（分別為30hrc、40hrc、50hrc、60hrc和64hrc）等。

將經過特殊磨削的pcbn刀具用于超精密車床上，在切削深度為15～20µm、進給量為0.608µm/r轉的條件

下,切削加工表面光潔度可達rmax=0.0254µm。在一般精密數控車床上切削不銹鋼，可獲得rmax=0.2µm以內的表面粗糙度。

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