當(dāng)前，我國(guó)的機(jī)械加工業(yè)迅速發(fā)展，一些切割難度比較大的材料在材料工業(yè)和精密機(jī)械工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。而要想滿足現(xiàn)代機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展需求，還需要科學(xué)使用一些強(qiáng)度高、韌性好的工具。因此，硬質(zhì)材料刀具便逐漸應(yīng)用到機(jī)械加工業(yè)中。本篇文章針對(duì)硬質(zhì)材料刀具的發(fā)展歷程，著重探討了硬質(zhì)材料刀具在機(jī)械加工中的應(yīng)用，以供同行業(yè)朋友相互參考借鑒。
現(xiàn)代制造技術(shù)隨著激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)迅速發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)對(duì)機(jī)械設(shè)備零件的要求也日益提高，尤其是對(duì)于機(jī)械零件結(jié)構(gòu)性能的要求不斷提升。因此，社會(huì)上便逐漸出現(xiàn)了具備各種性能的新材料，這些新材料不僅對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械加工刀具提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，而且加工難度相當(dāng)大。這時(shí)，先進(jìn)的切削刀具便成為機(jī)械加工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，而硬質(zhì)材料刀具無(wú)可厚非地應(yīng)用到了現(xiàn)代機(jī)械加工中。
1.硬質(zhì)材料刀具的發(fā)展歷程
上世紀(jì)五十年代，美國(guó)科學(xué)家將人造金剛石、結(jié)合劑，以及碳化硼微粉作為原材料，在高溫高壓的條件下進(jìn)行反應(yīng)，將燒結(jié)出的聚晶塊作為刀具的主要材料。發(fā)展到上世紀(jì)七十年代之后，人們逐漸研究出復(fù)合片材料，這樣的材料是對(duì)金剛石與硬質(zhì)合金結(jié)合生產(chǎn)的，或者是氮化硼與硬質(zhì)合金結(jié)合生產(chǎn)的。這樣的技術(shù)將硬質(zhì)合金視為基體，使用壓制或者燒結(jié)等方法在基體的表面形成一層金剛石而得到的，金剛石大約厚0.5到1毫米。這樣的材料不僅能夠提升材料的抗彎性，而且將傳統(tǒng)材料不易焊接的問(wèn)題有效解決。這便促進(jìn)了硬質(zhì)材料刀具進(jìn)入應(yīng)用階段。
2.硬質(zhì)材料刀具在機(jī)械加工中的應(yīng)用
（1）單晶金剛石刀具的應(yīng)用
單晶金剛石通常又被分為人工合成金剛石與天然金剛石。通常情況下，如果使用單晶金剛石制作刀具，那么就需要選擇那些顆粒較大、質(zhì)量大于0.1克，直徑長(zhǎng)度大于3毫米的金剛石。天然金剛石是目前礦物中堅(jiān)硬程度最高的材料，其不僅耐磨性好，而且使用其制作的刀具非常鋒利，同時(shí)抗粘結(jié)性高，導(dǎo)熱率低，加工出的刀具既光滑，質(zhì)量又好。與此同時(shí)，使用天然金剛石制作的刀具耐久性非常好，使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)，而且在進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的切割時(shí)，幾乎不會(huì)影響到加工零件，相對(duì)較低的導(dǎo)熱率能夠?qū)α慵冃萎a(chǎn)生很好的防止效果。
天然金剛石具有非常多的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)盡管價(jià)格昂貴，但是能夠使很多高精密度的切割操作的要求得到滿足，廣泛應(yīng)用到了精密切割加工與超精密切割加工中。諸如應(yīng)用了原子反應(yīng)堆和其他先進(jìn)技術(shù)的反射鏡，以及導(dǎo)彈或者火箭上使用的地航陀螺等，此外還有一些手表零件、金屬飾品等都應(yīng)用了該項(xiàng)技術(shù)。當(dāng)然，天然金剛石也有明顯的缺點(diǎn)，諸如該材料與鐵族原素會(huì)在高溫下產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。所以，天然金剛石作為材料的刀具不適用于鋼鐵材料的機(jī)械加工。
（2）聚晶金剛石刀具的應(yīng)用
聚晶金剛石通常又被叫做燒結(jié)體金剛石。聚晶金剛石對(duì)諸如鈷等金屬的利用，通過(guò)高溫高壓的條件將非常多的金剛石單晶粉聚晶為一體，進(jìn)而形成的多晶體刀具的材料。聚晶金剛石在硬度上要比天然金剛石低。但是其是由多種金剛石粉形成的，不存在不同晶面有不同強(qiáng)度和硬度的情況。使用聚晶金剛石制作而成的刀具在切割時(shí)，切割刃抵抗意外損壞的能力非常高，而且耐磨損能力也不錯(cuò)，能夠在相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)保持一定的刀刃鋒利，同時(shí)在進(jìn)行機(jī)械加工的時(shí)候，可以采用相對(duì)較快的切割速度。聚晶金剛石與WC硬質(zhì)合金刀具相比較，使用壽命更長(zhǎng)，合成材料更加容易獲得，價(jià)格也相對(duì)較低。
聚晶金剛石刀具的硬度較強(qiáng)，而且使用時(shí)間長(zhǎng)、刀刃鋒利、摩擦系數(shù)低，憑借著這些優(yōu)點(diǎn)在諸多領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，并且很大程度上代替了WC硬質(zhì)合金刀具。與此同時(shí)，聚晶金剛石復(fù)合片的刀具技術(shù)是建立在聚晶金剛石技術(shù)的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來(lái)的，其主要將硬質(zhì)合金作為基體，然后在應(yīng)用聚晶金剛石，主要體現(xiàn)出諸如韌性好、強(qiáng)度高，以及可焊接能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
（3）CVD金剛石的應(yīng)用
CVD金剛石的刀具材料是在低壓狀態(tài)下進(jìn)行的，這是與傳統(tǒng)的PSC技術(shù)、PDC技術(shù)最大的區(qū)別。CVD金剛石中沒(méi)有包含任何催化劑的成份，盡管在一些性質(zhì)上與天然金剛石有相似之處，但是在材料上還是與聚晶金剛石有相同點(diǎn)的，即組成晶粒無(wú)序排列，缺乏帶有脆性的解理面，面與面之間都具有相同的性質(zhì)。與傳統(tǒng)技術(shù)制作的刀具相比，采用CVD金剛石技術(shù)制作的刀具更具優(yōu)勢(shì)，諸如刀具形狀更加復(fù)雜、制作花費(fèi)低，以及同一刀片多個(gè)刀刃等。與此同時(shí)，通過(guò)這種技術(shù)制作出來(lái)的刀具也存在著一定的缺點(diǎn)，即在加工的過(guò)程中非常容易出現(xiàn)金剛石涂層與硬質(zhì)合金基體相互分離的現(xiàn)象。
（4）聚晶立方氮化硼的應(yīng)用
聚晶立方氮化硼是一中非常常見(jiàn)的硬質(zhì)材料刀具，在機(jī)械加工中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。使用這一項(xiàng)技術(shù)制作出的刀具在硬度與耐磨性方面都非常好，不僅能夠在相對(duì)較高的溫度下使用，而且還具有非常好的耐腐蝕性與導(dǎo)熱性。聚晶立方氮化硼刀具與PCD、PDC技術(shù)制作出的刀具相比較，在耐磨性上還是有劣勢(shì)的，但是在1200℃的高溫下卻可以正常使用，并且能夠承受一定的化學(xué)腐蝕。
當(dāng)前，聚晶立方氮化硼主要應(yīng)用在汽車(chē)制造業(yè)方面，諸如汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)軸，以及剎車(chē)盤(pán)等。此外，大約五分之一的重型設(shè)備加工也使用此項(xiàng)技術(shù)。在近幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展，聚晶立方氮化硼的應(yīng)用日益廣泛，再加上諸如高速切削、以車(chē)代磨等先進(jìn)的加工理念的貫徹，聚晶立方氮化硼的刀具材料已經(jīng)逐漸發(fā)展成為現(xiàn)代車(chē)削加工中重要的材料。
3.總結(jié)
硬質(zhì)材料刀具在機(jī)械加工中的應(yīng)用，不僅提高了機(jī)械加工的質(zhì)量與效率，而且對(duì)于機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展也起到了至關(guān)重要的作用。因此，要想促進(jìn)機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展，就必須要不斷加強(qiáng)對(duì)硬質(zhì)材料刀具的研究，充分了解與硬質(zhì)材料刀具相關(guān)的知識(shí)，加強(qiáng)應(yīng)用實(shí)踐，不僅要提高工作人員的素質(zhì)，而且要加強(qiáng)科學(xué)技術(shù)在提高硬質(zhì)材料刀具中的應(yīng)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)我國(guó)機(jī)械加工業(yè)的跨越式發(fā)展。
結(jié)尾：以上就是硬質(zhì)材料刀具在機(jī)械加工中的應(yīng)用的相關(guān)知識(shí)，希望可以對(duì)朋友們有所幫助.
