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机械加工中使用的超硬材料刀具介绍

超硬材料刀具目前主要有单晶金刚石刀具，聚晶金刚石（PCD）刀具，化学气相沉积（CVD）的金刚石刀具，聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具等。它不仅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进行切削，可以实现铸、锻毛坯件的高速、高效加工和／或一次性完成粗、精加工。超硬材料刀具是完全适用于高速、精密和自动化加工的。尤其是在以车代磨、以铣代磨方面，它适用于成形、仿形及定尺寸的精密磨削，并胶木手轮使磨削质量显着提高、磨削效率得到数倍乃至数十倍的提高。它不但能防止工件表面烧伤、微裂纹、缺口、变质层过深等缺陷，而且能提高工效、降低消耗和磨削成本。它具有高效、低耗、适应性强、制造周期短等优点。目前已在汽车、摩托车、航空、矿山、电子、玻璃等行业机械加工中得到广泛应用。

1、在机械加工中的的应用

1.1 在车削加工中的的应用

1.1.1 车削钢件

加工淬硬钢时，超硬材料刀具能以车代磨。由于切削的深度比磨削高十几倍，可提高效率4倍以上，加工成本下降到原来的1／5。

用PCBN刀具精车硬度高于45HRC的淬硬钢效果最好，切削速度一般为80～120M／MIN。高硬度工件切削速度宜取低值，如硬度为70HRC的工件，切削速度宜选60～80M／MIN。精车的切削深度在0.1～0.3MM，进给量在0.05～0.025MM／R，加工表面粗糙度为RA0.3～0.6μM，尺寸精度可达0.013MM。若采用刚性好的标准数控车床，且PCBN刀具的刚性好、刃口锋利，则精车表面粗糙度可达RA0.3μM，尺寸精度0.01MM，可达到数控磨床加工的水平。

某厂原采用磨削工艺加工小齿轮，一班仅能加工100个；现采用PCBN刀具车削，切削参数采用：V＝60～120MM／MIN，F≤0.12MM／R，AP≤0.1MM，一班能加工400个小齿轮接入设备。此外，分摊到每个齿轮的加工成本也有所下降。

如用PCBN刀具加工渗碳淬火的20CRMNTI汽车变速箱同步器套拨叉（HRC58～62），切削速度V＝150MM／MIN，进给量？＝0.1MM／R，AP＝0.2～0.3MM，刀具切削行程达到9.58KM。以车代磨后，效率提高4倍以上，加工成本降低为原来磨削工艺的1／3～1／2。

荷兰HEMBRUG公司在MIKROTURNCNC系列超精车床上采用PCBN刀具碳化钨精车淬硬EN21轴承钢（HRC62）、美国国家标准工艺研究院Y。KEVINCHOU和CHRISJ。EVANS采用SUMITOMOBN系列PCBN刀具加工AISIM50钢（HRC62～64）、英国DEBEERS工业金刚石公因此装备的尺寸也得以大大减小司M。A。FLEMING在DELTATURN40车床上采用AMBORITEDBN45刀具车削EN31轴承钢等，都实现了纳米切削。

超硬材料刀具加工钢件的例子还有使用长城机床厂的CK7820数控车床加工重型汽车变速器中的二轴的20CRMNTIHA3多档花键沉割槽（HRC58～63）、使用1A616机床加工矿山机械的45号钢Φ48H6传动轴（HRC42～45）、在可无级变速的CA6140车床上使用PCBN刀具精密车削GCR15带大家了解完了使用金相抛光机之前要了解到的技术淬硬轴承钢工件（分别为30HRC、40HRC、50HRC、60HRC和64HRC）等。

将经过特殊磨削的PCBN刀具用于超精密车床上，在切削深度为15～20？M、进给量为0.608？M／R转的条件下，切削加工表面光洁度可达RMAX＝0.0254？M。在一般精密数控车床上切削不锈钢，可获得RMAX＝0.2？M以内的表面粗糙度。

1.1.2 车削铸铁件

加工硬铸铁时，只要硬度达到中等硬度水平（HRC45），采用超硬材料刀具刀具就会取得良好的加工效果，非常适合于大批量生产线上高速加工，在汽车行业得到广泛应用。

发动实验程序机缸盖上的排气阀座，采用铜、钼高铬合金铸铁（HRC44）材料，其加工方法一般有铣、车两种工艺，大多在自动线上，与拉铰导管孔一道加工，V＝71.6M／MIN，？＝26.5MM／MIN，AP＝1.0MM，采用PCBN整体刀片加工，平均耐用度为1，200个阀座，加工表面粗糙度RA0.4μM，锥面摆差≤0.05MM，刀具寿命高，质量稳定。

在汽车发动机生产线上，灰铸铁缸体的缸孔精加工要求缸孔加工尺寸精度高、表面粗糙度小、稳定性好；由于生产线加工节拍快，要求切削速度高（通常V≥500M／MIN），刀具寿命长（加工孔数≥1000），且倒角、止口、粗精镗等多个工位的刀片寿命均应满足耐用度要求。采用PCBN刀具即可实现发动机缸孔的高速切削及高稳定性加工；其典型切削参数为：V＝500M／MIN，F＝0.2～0.4MM／R，AP＝0.2～0.7MM；加工表面粗糙度RA≤1.6μM，刀具寿命》1，000件。

采用PCBN刀具加工含硼铸铁缸套，切削参数：V＝200M／MIN，F＝0.1MM／R，AP＝0.2～1MM，加工表面粗糙度RA≤1.6μM，精度IT6，两次刃磨之间，刀具寿命》100件，可实现“以车代磨”。由于采用干式切削，避免了装备不会由于阻力有所变化切削液及砂轮灰尘对环境的污染，切屑也可回收再利用，符合清洁化生产要求。

用PCBN刀具车削灰铸铁刹车盘，切削速度一般700～2，000M／MIN，如上海通用汽车公司采用SECO刀具公司PCBN300型刀片，切削速度可以达到2，000M／MIN。

1.1.3 车削合金工件

采用PCD刀具车削铝合金轮毂，切削速度可为V＝500～1000M／MIN，？推荐0.05～0.5MM／R，AP一般为0.5MM～3MM。

PCBN刀具车削高钴铬钼耐蚀耐热合金，切削速度达160M／MIN，