微探超硬刀具在硬脆材料加工中的滲透

夏冰

摘要：科技水平的不斷提升給我國超硬材料的研究帶來了較大的挑戰(zhàn)，硬脆材料的加工工作中，加工人員對刀具材料提出了更高的要求，加工過程中為了獲得較為理想的刀具，加工人員應(yīng)該不斷提升刀具的硬度和綜合性能。通過調(diào)查當(dāng)前研發(fā)成功的超硬刀具不難發(fā)現(xiàn)，這類超硬工具具有較為良好的綜合性能，且其耐用度較高、成本較低，被廣泛運用到各行各業(yè)中。該文主要論述了超硬工具在硬脆材料加工中的滲透，希望能夠推動超硬工具的長遠可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：超硬刀具;硬脆材料;滲透

科技水平的不斷提升，人們生活質(zhì)量的提升，機械產(chǎn)品的制作工作、加工質(zhì)量和生產(chǎn)有效性都需要不斷提升;為了更好地滿足各行各業(yè)對超硬刀具的使用需求，我們應(yīng)該不斷提升超硬刀具的自身硬度和耐磨性等。但是，受到不同因素的影響，我國原有的刀具制作材料已經(jīng)無法滿足硬脆材料加工需要，超硬刀具的出現(xiàn)及運用能夠較好地緩解這一問題。比如，在使用硬質(zhì)合金刀具進行花崗巖的加工工作時，會導(dǎo)致硬質(zhì)合金刀具被花崗巖損壞的問題;使用聚晶金剛石刀具進行加工時，就不會出現(xiàn)這種刀具被損壞的問題。使用硬質(zhì)合金車刀進行冷硬鑄鐵的加工過程中，盡可能地降低切削速度，仍然可能加劇刀具的磨損，嚴(yán)重的甚至?xí)霈F(xiàn)崩刃的問題;假如運用氮化硅陶瓷刀具進行切削操作時，不僅能夠有效提升切削速度，還會降低刀具的受損程度，增加刀具的使用周期。通常情況下，退火工具鋼大都應(yīng)進行磨削加工，這樣就會影響生產(chǎn)效率的提升;使用立方氮化硼刀具能夠有效提升車削或銑削的效率。由此不難看出，在硬脆材料的快速切削過程中采用超硬刀具能夠提升加工質(zhì)量，提升生產(chǎn)有效性，還能提升刀具的自身耐用性?；诖?，我們應(yīng)該結(jié)合超硬刀具材料的自身特征，探討其在硬脆材料中的運用情況，希望能夠推動超硬刀具的長遠發(fā)展。

一、分析超硬刀具的自身特征和性能

一般情況下，超硬工具的主要組成材料是天然金剛石，這種材料具有較為明顯的優(yōu)勢，其硬度和耐磨性都較強，基本上是所有刀具材料中硬度最高的材料。金剛石的摩擦系數(shù)小、熱導(dǎo)率高，在進行切削時表面不容易積屑瘤，使加工的表面質(zhì)量好，適用于加工硬度較高的硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃等材料。然而，由于金剛石與鋼鐵材料具有化學(xué)親和作用，在高溫下鐵會使碳原子轉(zhuǎn)化成石墨結(jié)構(gòu)，從而使性能變得不穩(wěn)定，硬度大大下降，只適用于加工各種有色金屬和非金屬材料。此外，用金剛石切削鎳基合金時，同樣也會出現(xiàn)迅速磨損的情況。

人造金剛石，實際上就是工作人員利用結(jié)合劑把金剛石單晶粉制作成的多晶體材料，與天然金剛石相比，這種人造金剛石的硬度相對較小，二者的硬度和耐磨性也各不相同。人造金剛石在切削時抗磨損能力較強，壽命要比一般的刀具長。另外，由于價格比天然金剛石低很多，又具有摩擦系數(shù)和膨脹系數(shù)較低的特點，因此，人造金剛石刀具已成為傳統(tǒng)的高性能硬質(zhì)合金刀具的替代品。聚晶立方氮化硼刀具一共分為三種，整體聚晶立方氮化硼刀具、聚晶立方氮化硼復(fù)合片以及電鍍立方氮化硼刀具。聚晶立方氮化硼刀具具有很高的硬度和耐磨性，同時還具有良好的耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性。與天然金剛石和人造金剛石兩種刀具材料一樣，聚晶立方氮化硼的摩擦系數(shù)較小，耐磨性與人造聚晶金剛石相比雖然差一些，但具有良好的抗化學(xué)腐蝕性，在高溫下也具有良好的熱穩(wěn)定性。

二、微談超硬刀具在硬脆材料加工中的滲透

（一）把金剛石運用到硬脆材料切割技術(shù)加工中

通過調(diào)查分析不難發(fā)現(xiàn)，硬脆材料的加工切割技術(shù)大體可以分成三大類，圓片鋸、帶鋸和線鋸。把金剛石帶鋸運用到硬脆材料的加工切割技術(shù)中，能夠有效提升生產(chǎn)質(zhì)量和效率。但是，由于金剛石框架鋸工作時鋸條需要進行往復(fù)運動，而金剛石燒結(jié)刀頭上的金剛石不能形成良好的支撐，保持力較小，容易在胎體上脫落。因此不能切割過硬的花崗巖石材。在硬脆材料加工技術(shù)中，金剛石線鋸也有很好的應(yīng)用，帶來了許多的好處。金剛石線鋸適用于單晶硅、多晶硅等各種半導(dǎo)體材料以及磁性材料、磁帶、光盤、集成電路等的精密切割。也可以用于切割寶石、玉器等硬脆材料，優(yōu)點是切割縫隙小、原材料的利用率高。用金剛石線鋸切割硬質(zhì)合金，能使硬質(zhì)合金的邊緣部分不破損，和砂輪切割相比，對脆性晶體切片效果好，而且當(dāng)線鋸碰到工件時，會馬上停止工作。由于金剛石線鋸切割時溫度較低，用來切割容易炸裂的材料時也不會引起崩碎。

金剛石串珠鋸是近期新研發(fā)出來的一種切割工具，這種工具的切割操作較為簡便、產(chǎn)生的噪聲較小、切割中的粉塵較少、比較節(jié)能，因此得到了較為廣泛的運用。這種切割工具主要應(yīng)用在建筑物、橋梁和混凝土結(jié)構(gòu)中的拆除和改造，同時也可以用在切割玻璃材料。金剛石串珠鋸的使用壽命取決于它的物理和機械特性，和傳統(tǒng)的磨料相比，金剛石串珠鋸具有很多優(yōu)良特性，在切割硬脆材料時，不僅能切割直面，還能切割曲面，在切割板料時，可以利用多道串珠鋸進行切割，因此切割的效率非常高。但是，由于受串珠直徑的限制，切割時的切縫較寬，對細微結(jié)構(gòu)和貴重材料的加工不適宜使用這種技術(shù)。

（二）把超硬刀具運用到硬脆材料切削加工技術(shù)中

一般來講，硬脆材料的切削加工技術(shù)種類較多，常見的主要由干、濕切削技術(shù)、低溫冷風(fēng)切削技術(shù)等。把立方氮化硼刀具運用到干式切削加工中能夠提升切削成效，還能提升超硬刀具的使用壽命。而濕式切削加工中燒結(jié)金剛石刀具的切削性能非常好，除加工效率高以外，燒結(jié)后再磨削的成本也很低。

結(jié)語

簡而言之，超硬刀具在硬脆材料加工過程中起到了關(guān)鍵性的作用，基于此，我們應(yīng)該深入研究分析超硬刀具的自身特征，把其運用到硬脆材料加工中，能夠進一步拓展超硬刀具的使用范圍。在超硬刀具的材料當(dāng)中，人造金剛石和聚晶立方氮化硼這兩種材料越來越受到重視，應(yīng)進行深入的研究。發(fā)揮超硬刀具材料在制造刀具方面的潛力，促進超硬刀具在以后的加工中得到更好的應(yīng)用和發(fā)展。

參考文獻：

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