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超硬材料硬质合金刀具的基本概念和发展概况

从目前的机械加工行业来看，传统意义上的超硬刀具材料主要包括天然金刚石、人造金刚石以及立方氮化硼这三种材料。由于天然金刚石数量较为稀少，难以满足机械加工行业的大规模需求。人造金刚石虽然能够实现大规模生产，但是由于成本较高，市场价格昂贵，因此也难以得到广泛普及应用。我国目前应用于超硬材料刀具上的主流材料是聚晶立方氮化硼及其复合材料。超硬材料刀具的早应用在上世界五十年代的美国，科学家通过在实验高温高压状态添加凝合剂的方法，制成了数量较大的氮化硼聚晶块。随后的几十年里，科学家又先后研制出了金刚石硬质合金和氮化硼复合片，基本上解决了超硬刀具材料的来源问题。我国在超硬刀具材料的相关方面研究开始于上世纪七十年代，虽然起步较早，但是由于当时各种外界条件的限制， 无论是生产技术还是厂房设备条件都相对艰苦，所以研究工作进展缓慢。直到二十世纪末才真正意义上开始对这方面进行立项研究，目前已经取得了较为显著的成果。

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视频作者：星空平台

机械刀具在车削和铣削加工中的应用

在车削钢件材料加工时，对于淬硬钢的加工，超硬材料刀具能够在很大程度上实现以车代磨的加工效果。在切削加工过程中，由于其切削深度要远远高于磨削，极大程度上提高了以车代磨的工作效率，从而降低了加工制造的成本。需要注意的是，在进行高硬度机械部件加工时，要采取低速或中低速的切削方式，防止超硬材料刀具偏离切割轨道。

   在车削铸铁件时，对于发动机缸盖的排气阀座，可以选择铜、钼高铬合金铸铁，这种材料的加工一般有车削和铣削2 种工艺。用PCBN 材料所制的刀具加工灰铸铁刹车盘时，其切削速度一般在700～2000m/min 适宜。

用PCD 材料制成的刀具铣削铝合金时， 其速度可达到300～4000m/min；用PCBN 制成的刀具铣削灰铸铁时，其速度一般在1000～2000m/min 范围内。目前， 我国加工铝合金缸盖的PCD 面铣刀切削速度已达到了4021m/min， 其进给速度为5670mm/min，这种效率是我国20 世纪90 年代初期引进外国设备的2 倍。精加工灰铸铁缸体的CBN 面铣刀铣削速度也达到了2000m/min，其效率是硬质合金面铣刀的10 倍之多。在玻璃深加工中，铣削玻璃的PCD 螺旋内排液面铣刀应用为广泛。

与传统加工方法相比，合金刀具的要求，尤其在刚性和耐用度方面更为严格。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：既要求精度高、强度大、刚性好、耐用度高，又要求尺寸稳定，安装调整方便。锐正精密工具有限公司提醒买家在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具的刚性。

目前所使用的金属切削刀具材料主要有五类：高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、聚晶金刚石。1.根据数控加工对刀具的要求，选择刀具材料的一般原则是尽可能选用硬质合金刀具。只要加工情况允许选用硬质合金刀具，就不用高速钢。  2.陶瓷不仅用于加工各种铸铁和不同钢料，也适用于加工有色金属和非金属材料。使用陶瓷，无论什么情况都要用负前角，为了不易崩刀，必要时可将刃口倒钝。陶瓷在下列情况下使用效果欠佳；短零件的加工；冲击大的断续切削和重切削；铍、镁、铝和钛等的单质材料及其合金的加工（易产生亲和力，导致切削刃剥落和崩刀）。3.金刚石和立方氮化硼都属于超硬刀具材料，它们可用于加工任何硬度的工件材料，具有很高的切削性能，加工精度高，表面粗糙值小。一般可用切削液。  聚晶金刚石刀片一般引用于加工有色金属和非金属材料。立方氮化硼刀片一般适用加工硬度大于450HBS的冷硬铸铁、合金结构钢、工具钢、高速钢、轴承钢，以及硬度不小于350HBS的镍基合金、钴基合金和高钴粉末冶金零件。4.从刀具的结构应用方面，数控加工应尽可能采用镶块式机夹可转位刀片以减少刀具磨损后的更换和预调时间。5.选用涂层刀具以提高耐磨性和耐用度。

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