超硬材料刀具 机械加工中应用
高速加工中超硬材料刀具性能及进展
摘要 ：对高速加工用超硬材料金刚石刀具 、聚晶立方 氮化硼刀具的性能 ，类型和 国内外制造 和研究 现状进行综合评述。详细阐 述三种高速加工用金 刚石 刀具性 质和应 用特性 ，国内外制造企业现状 ，以及 聚晶立方氮化 硼刀具特性 及应用。并以各向同性人
Ｇｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ４３ ０ ０，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；３ ． Ｇｕ ａ ｎ ｇ ｘ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｎａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ５ ３ ０ ０ ０ ４，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
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中图分类号 ：Ｔ Ｇ７ １ ｌ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ４—０ ０ ０ ８ —０ ７
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PCD和PCBN刀具制造及应用
PCD和PCBN刀具制造及应用文/贺献宝、高文生河南省机械工程学会李鸿基河南省生产力促进中心PCD（金刚石复合片）和PCBN（立方氮化硼复合片）刀具是在上世纪七十年代发展起来的新型超硬复合材料加工刀具。
金刚石复合片和立方氮化硼复合片因都采用硬质合金作衬底材料，有效降低了人造金刚石或立方氮化硼的使用量，具有可焊接性，兼具高硬度和高抗弯强度（金刚石的抗弯强度为210～490MPa，而PCD的抗弯强度可达1，500MPa），能承受一定的冲击载荷，因而在日益追求高速切削、高精度切削的今天，必然地得到越来越多的刀具用户和刀具生产厂家的青睐。
在切削加工方面正发挥着越来越多的重要作用。
目前已有基本替代金刚石聚晶、立方氮化硼聚晶刀具的趋势。
金刚石复合片(PCD )、立方氮化硼复合片(PCBN)是在超高压高温下，利用少量粘结剂，把细粒度超硬材料聚结成无气孔、密实的多晶层；同时，使得超硬材料和硬质合金两层材料既致密又牢牢地“复合”、粘结为整体的超硬复合材料。
在“复合”、粘结的过程中，利用了多晶层粘结剂元素、超硬材料元素（C或N、B，其中B扩散性较小）、硬质合金衬底中成分（主要为Co，W元素扩散性较小）的互换性，产生了粘结、反应、“扎钉”、机械镶嵌等作用。
在这个过程中，受冷收缩系数要相互接近，硬质合金要二次液相烧结，元素要扩散，造成适宜的成份各材料相或其组分团的梯度。
PCD和PCBN刀具制造，要经过对片基的切割、刀头磨削、焊接、焊接后磨削等多道加工工序才能完成。
1.PCD、PCBN的切割、磨削用于刀具制造的金刚石复合片、立方氮化硼复合片一般是由圆片基材切割加工而成的，当然也可以直接烧结合成出来，尤其是长、宽尺寸差别不大的长方形、圆形等。
刀具用复合片形状有圆形、半圆形、扇形（450、600、900即1/4圆形）、以及长方形等。
经切割加工或直接合成出的复合片刀（头）坯，在固定到刀体之前需要适当磨削加工，主要是针对衬底底面（为使焊接时接触平整、粘结牢固）和非刀刃面（主要是为了美观），一般可手工研磨，也可用金刚石砂轮粗磨。
数控机床加工高硬度材料的技巧与要点
数控机床加工高硬度材料的技巧与要点随着科技不断进步和工业领域的不断发展，高硬度材料在制造业中的应用日益广泛。
由于其材料性质的特殊性，传统的机械加工方法往往难以满足高硬度材料的加工需求。
因此，采用数控机床对高硬度材料进行加工成为一种趋势。
数控机床加工高硬度材料有其特殊的技巧和要点。
下面将从选择合适工具、合理刀具路径设计、切削参数调整以及工艺优化方面介绍数控机床加工高硬度材料的技巧和要点。
首先，选择合适的工具是数控机床加工高硬度材料的关键。
高硬度材料通常具有较高的硬度和强度，因此需要选用耐磨损、高温稳定性好的切削刀具。
常用的高硬度材料切削刀具有硬质合金刀具和陶瓷刀具。
硬质合金刀具具有高强度和耐磨性好的特点，适合加工高硬度材料。
而陶瓷刀具具有较高的热稳定性和硬度，能够在高温条件下进行切削，并具有较长的使用寿命。
正确选择合适的切削刀具对加工质量和效率具有重要影响。
其次，合理设计刀具路径是确保高硬度材料加工成功的关键。
高硬度材料常常具有较高的脆性，容易发生断裂和破损。
在进行数控机床加工时，应避免刀具在材料表面停留时间过长，同时避免刀具路径上的急剧变向和冲击。
采用较小的进给量和切削速度时，可以有效控制切削温度，减少刀具磨损，并提高加工表面质量。
第三，切削参数的调整也是加工高硬度材料的关键要点。
数控机床加工高硬度材料时，切削速度、进给量和切削深度等切削参数应根据材料的性质和加工要求进行合理调整。
一般情况下，应采用较低的切削速度和进给量，以避免高温和过度磨损。
在切削深度方面，应逐渐增加，避免一次性切削过深导致切削力过大，引起刀具破损和材料变形。
最后，进行工艺优化也是加工高硬度材料的重要技巧。
通过进行合适的工艺优化，可以有效地提高加工效率和加工质量。
例如，在切削过程中采用适当的冷却液可以减少切削温度，降低工件的热变形和刀具磨损。
此外，合理的夹持方式和刀具装夹方式也能够有效地提高加工稳定性和精度。
综上所述，数控机床加工高硬度材料需要掌握一些特殊的技巧和要点。
超硬材料的性能及其在工业中的应用
超硬材料的性能及其在工业中的应用超硬材料是指硬度高于金刚石的材料，主要由碳化物和氮化物组成。
由于其优异的物理性能和化学性能，超硬材料已经广泛应用于工业领域中，如机械加工、矿山工具、石油钻头、航空航天等。
本文将介绍超硬材料的性能特点和工业中的应用。
一、性能特点超硬材料的主要特点是硬度高、耐磨损、化学惰性等。
其中，硬度高是超硬材料的最突出的性能特点。
超硬块状材料的硬度可以达到87－93 GPa，而且具有极高的磨损和抗腐蚀性能。
其次，超硬材料的化学惰性也是它广泛应用于各种工业领域的原因之一。
这种性质使得超硬材料在极端环境下具有极高的稳定性和耐腐蚀性，比如在油井、矿井、核电站和航空航天等领域中应用广泛。
二、超硬材料在机械加工中的应用超硬材料在金属切削、石材切割、非金属材料的切削等方面均有广泛的应用，主要体现在以下几个方面：1、车刀与铣刀：超硬材料刀具具有极高的硬度和耐磨性，可以用于高速、高切削量和复杂曲面加工，能够提高加工效率和降低成本。
2、铣削板：超硬材料铣削刀片用于高效铣削，可以减少切削力并延长刀具使用寿命。
3、砂轮：超硬材料制成的砂轮可以用于石材的切割和钢铁的磨削。
三、超硬材料在矿山工具中的应用超硬材料在采矿过程中也广泛应用。
主要体现在以下几个方面：1、地质钻探：超硬材料制成的油钻头可以用于非常规油气资源的勘探，具有高渗透和高穿透性的特点。
2、矿山工具：超硬材料制成的矿机采插齿具有高耐磨性和高强度，可以减少矿工的劳动强度和提高采矿效率。
四、超硬材料在其他工业领域中的应用除了上述应用领域外，超硬材料还在其他工业领域中得到广泛应用，特别是在航空航天、新能源和医疗方面。
1、航空航天：超硬材料可以用于制造高温合金和复合材料的切削和磨削工具，以及飞机发动机的零部件和燃烧室等。
2、新能源：超硬材料可以用于制造光伏材料和微电子器件等，提高新能源的效率和可靠性。
3、医疗：超硬材料可以用于制造手术刀片和牙科工具等，具有良好的生物相容性和高精度加工的特点。
硬质材料刀具在机械加工中的应用
硬质材料刀具在机械加工中的应用摘要：当前，我国的机械加工业迅速发展，一些切割难度比较大的材料在材料工业和精密机械工业中得到了广泛的应用。
而要想满足现代机械加工业的发展需求，还需要科学使用一些强度高、韧性好的工具。
因此，硬质材料刀具便逐渐应用到机械加工业中。
本篇文章针对硬质材料刀具的发展历程，着重探讨了硬质材料刀具在机械加工中的应用，以供同行业朋友相互参考借鉴。
关键词：硬质材料刀具；机械加工；应用中图分类号：s756文献标识码： a 文章编号：现代制造技术随着激烈的市场竞争迅速发展，机械制造业对机械设备零件的要求也日益提高，尤其是对于机械零件结构性能的要求不断提升。
因此，社会上便逐渐出现了具备各种性能的新材料，这些新材料不仅对传统的机械加工刀具提出了严峻的挑战，而且加工难度相当大。
这时，先进的切削刀具便成为机械加工业发展的关键，而硬质材料刀具无可厚非地应用到了现代机械加工中。
一、硬质材料刀具的发展历程上世纪五十年代，美国科学家将人造金刚石、结合剂，以及碳化硼微粉作为原材料，在高温高压的条件下进行反应，将烧结出的聚晶块作为刀具的主要材料。
发展到上世纪七十年代之后，人们逐渐研究出复合片材料，这样的材料是对金刚石与硬质合金结合生产的，或者是氮化硼与硬质合金结合生产的。
这样的技术将硬质合金视为基体，使用压制或者烧结等方法在基体的表面形成一层金刚石而得到的，金刚石大约厚0.5到1毫米。
这样的材料不仅能够提升材料的抗弯性，而且将传统材料不易焊接的问题有效解决。
这便促进了硬质材料刀具进入应用阶段。
二、硬质材料刀具在机械加工中的应用（一）单晶金刚石刀具的应用单晶金刚石通常又被分为人工合成金刚石与天然金刚石。
通常情况下，如果使用单晶金刚石制作刀具，那么就需要选择那些颗粒较大、质量大于0.1克，直径长度大于3毫米的金刚石。
天然金刚石是目前矿物中坚硬程度最高的材料，其不仅耐磨性好，而且使用其制作的刀具非常锋利，同时抗粘结性高，导热率低，加工出的刀具既光滑，质量又好。
金刚石刀具在数控机床中的应用
金刚石刀具在数控机床中的应用随着科技的不断进步和发展，数控机床在工业领域中扮演着重要的角色。
数控机床的出现大大提高了生产效率和加工质量，而金刚石刀具作为一种高性能的切削工具，在数控机床中的应用也越来越广泛。
本文将探讨金刚石刀具在数控机床中的应用，并分析其优势和挑战。
一. 金刚石刀具的基本特性金刚石刀具由金刚石颗粒和金属粉末经压制、烧结等工艺制成，具有极高的硬度、耐磨性和热稳定性。
这些特性使得金刚石刀具在切削加工中具备以下优势：1. 高硬度：金刚石刀具的硬度仅次于金刚石，可用于切削超硬材料如陶瓷和高硬度合金等。
2. 耐磨性：金刚石刀具具有出色的耐磨性，可在切削过程中保持较长的使用寿命。
3. 热稳定性：金刚石刀具具有良好的热稳定性，可承受高温切削环境下的工作，不易变形。
二. 金刚石刀具在数控机床中的应用领域1. 切削加工金刚石刀具广泛应用于数控机床的切削加工领域，包括车削、铣削、钻削、磨削等。
由于金刚石刀具的高硬度和耐磨性，可用于加工硬度较高的材料，如钛合金、高速钢等。
同时，金刚石刀具还能够提供更高的加工精度和表面质量。
2. 精密加工在数控机床的精密加工中，金刚石刀具的应用更能体现出其独特的优势。
例如，在汽车零部件的精密加工过程中，采用金刚石刀具可以实现更高的加工精度和更好的表面质量。
3. 工具磨损监测由于金刚石刀具的耐磨性较高，因此可以通过监测金刚石刀具的磨损情况，准确地评估刀具的使用寿命。
这对机床的保养和刀具的及时更换具有重要意义，可降低生产成本，并提高生产效率。
三. 金刚石刀具在数控机床中的挑战虽然金刚石刀具在数控机床中有广泛的应用前景，但面临着一些挑战和限制：1. 成本高昂：金刚石刀具的制造成本较高，所以其售价也相对较高，这给广泛应用带来了一定的限制。
2. 技术要求高：金刚石刀具的加工工艺复杂，需要高精度和高温高压的条件，所以其生产过程要求较高的技术水平。
3. 刀具表面质量难以保证：由于金刚石刀具的硬度很高，常规的抛光或修整技术难以完成对其表面的加工，从而可能会影响到加工表面质量。
超硬材料刀具的研究和应用
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Ｏቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ引言
近年来 ， 超硬材料在品种 、 质量方面 向高品级单晶方向发展。
KX系列机床在航空超硬材料加工中的应用
KX系列机床在航空超硬材料加工中的应用当今企业为了提升自身在市场的竞争力，不断寻求新型加工方式，而采用高速、高性能和高精密机床的手段，不仅使自己原有产品更容易实现设计上的一些关键要求，并能提高产品加工质量及质量稳定性并提高自身的市场竞争力。
加工中心机床高自动化、高速度、高精度、高可靠性的加工要求，优龙机床不仅能在在静力作用下表现出的良好静刚度，在运动状态下仍然能表现出优良的动态高刚度。
此外，因采用了专利技术的机械结构缓冲系统，有良好阻尼效果，高速运动状态下也能获得极好的稳定性。
如新型KX系列全部机床采用了龙门框架式结构，床身为整体铸件，保证了在加工过程中具有非常高的刚性、吸振性和热稳定性，从而带来了高的加工精度。
（2)设计寿命与使用寿命相吻合，由于机床主体是龙门结构，主轴处于无悬臂加工状态，而且在受力状态时对主轴能够有较大的保护作用，大大提高了主轴使用寿命。
（3）加工范围大，无干涉，可以连续贴在加工曲面的表面，使得表面加工质量高，并且效率高于摇篮式工作转台约30%。
（4）匹配性好。
三大运动部件速度都能达到高速和最佳匹配的状态，即主轴高转速、切削高进给、工作台回转高速度。
（5）在主轴结构设计上获得了专利，采用内部双监控装置、恒温控制和轴承位置伸长控制，主轴箱和滑枕带有振动反馈装置，提高了主轴使用寿命和零件表面加工质量。
（6）导轨部分采用了耐磨损的材料和超精密的结构设计，不仅能长期保持导轨的精度，同时能在高速重切削下保证运动部件的低振动、低速进给时不爬行和运动中的高灵敏。
驱动丝杆部件独特设计，确保在运动状态时丝杆不变形；不会发生由于温度变化而导致机械误差。
所有机床位置精度符合VDI3441精度标准：全行程1.2m以下时，定位精度4μm/重复定位精度2μm；全行程3.5m以下时，定位精度7μm/重复定位精度4μm，这项技术也获得了欧盟的技术专利。
（7）优龙的高速加工中心不仅可用于半精加工和精加工，而且还可以用于粗加工，这种先进的理念打破了原来的高速加工中心只能用于精加工的常规思维。
CNC机床加工中的刀具材料选择与应用
CNC机床加工中的刀具材料选择与应用近年来，随着数控机床技术的不断发展，CNC机床在各行各业的应用日益广泛。
作为CNC机床中不可或缺的一部分，刀具的材料选择与应用对于工件加工质量、生产效率、刀具寿命等方面都起着至关重要的作用。
本文将围绕CNC机床加工中的刀具材料选择与应用进行探讨。
一、刀具材料的分类在CNC机床加工中，刀具材料主要可分为硬质合金、高速钢、陶瓷刀具、超硬材料等几大类。
1. 硬质合金硬质合金是一种由钨钴合金和硬质金属碳化物制成的刀具材料，具有高硬度、良好的耐磨性和抗冲击性能。
它是目前应用较广泛的刀具材料之一，适用于大多数金属材料的精密加工。
2. 高速钢高速钢是一种含有多种合金元素的刀具材料，具有良好的热硬性和切削性能。
它具有较高的耐磨性和高温强度，适用于高温切削加工，如铸铁、不锈钢等材料。
3. 陶瓷刀具陶瓷刀具是由陶瓷材料制成的刀具，具有高硬度、耐磨性和热稳定性。
它适用于高速切削和干切削加工，如高硬度合金、玻璃纤维增强塑料等难加工材料。
4. 超硬材料超硬材料是一种由金刚石或立方氮化硼制成的刀具材料，具有极高的硬度和热稳定性。
它适用于超硬材料的切削加工，如钛合金、高硬度合金等。
二、刀具材料的选择原则在CNC机床加工中，刀具材料的选择需要考虑以下几个方面的因素：1. 加工材料根据需要加工的材料特性选择刀具材料，例如加工铸铁时可选择高速钢刀具，加工钛合金时可选择超硬材料刀具等。
2. 加工方式根据加工方式选择刀具材料，例如高速切削时可选择陶瓷刀具，干切削时可选择超硬材料刀具等。
3. 切削速度根据切削速度选择刀具材料，例如在高速切削时为了提高刀具寿命和加工效率，可选择高硬度、耐磨性好的刀具材料。
4. 切削力和切削温度根据切削力和切削温度选择刀具材料，例如降低切削力和切削温度可选择具有较好热稳定性的刀具材料。
三、刀具材料的应用案例以下是几种常见刀具材料在CNC机床加工中的应用案例：1. 硬质合金硬质合金刀具主要适用于钢材加工，如机械零件的车削、镗削等，可以提供较高的加工质量和寿命。
浅析超硬材料刀具在机械加工中的应用
是 目前 世界上刀具材料 中最硬的～种 。 此外 ， 它摩擦系数小 ， 与 缸盖 的 Ｐ Ｄ面铣 刀切削速度 己达到 了 ４０ １ ｒｍ， 进给速 Ｃ ２ ａ 其 ｍ／ 非铁金属基 本没 有亲和 力 ， 具有 切屑 易流 出的优 良特性 ， 而且 度为 ５６ ０ｍ ｍｉ， ７ ｍ／ ｎ 这种效率是我 国 ２ Ｏ世纪 ９ Ｏ年代初期 引进 热 导率高 ， ｎ － ３ ｑ 表面质 量好 ， 能有 效地加 工非 金属材 料和 非铁 外 国设备 的 ２倍 。精加工 灰铸铁缸体 的 Ｃ Ｎ面铣 刀铣削速度 Ｂ 金 属 材 料 ， 陶 瓷 ／ ／ 等 有 色 金 属 及 其 合 金 、 料 、 烧 结 的 也 达 到 了 ２０ ０ｍ／ ｎ 其 效 率 是 硬 质 合 金 面 铣 刀 的 １ 之 如 铝 铜 塑 未 ０ ｍｉ， ０倍 硬 质合金 、 石墨、 各种 纤维和颗 粒加 强 的复合材 料 、 玻璃 、 胶 多 。在 玻 璃 深 加 工 中 ， 削 玻 璃 的 Ｐ Ｄ 螺 旋 内排 液 面 铣 刀应 用 橡 铣 Ｃ 和 各 种 耐 磨 的木 材 。其 缺 点 是 热 稳 定 性 低 与 韧 性 差 ，到 ７０ ０ 最为广泛 。
应 比如对于 ７ Ｈ Ｃ硬度 的 ０Ｒ 大 的聚 晶块， 为加 工硬 质刀具 的材料 。到了 ２ 作 ０世纪 ７ ０年代 ， 硬 度工件 的切 削 ， 该取较低 的速 度 ， 切 ０ Ｏ ｍ／ ｎ 科 学 家 又 制 造 出 了硬 质 合 金 与 金 刚 石 或 Ｃ Ｎ 的 复 合 片 ，这 种 工 件 ， 削 速 度 最好 选 择 ６ ～８ ｍｉ。 Ｂ
我 国在这方面 的研 究最早 开始于 ２ ０世纪 ７ ０年代 ，不过 ，
初 期 阶 段 我 国 的技 术 与 设 备 都 处 于 十 分 落 后 的状 态 。直 到 ２ 的应用十分常 见。一般对于含硅量 低于 １％的铝合金 ， ０ ０ 选用硬 ０ 则 世 纪 ９ 代 ， 我 国很 多 超 硬 材 料 的 生 产 商 从 国 外 引 进 了 一 批 质 合 金 制 成 的 刀具 即 可 。如 果 含 硅 量 高 于 １％的 话 ， 需 要 选 ０年
超硬材料的制备与应用
超硬材料的制备与应用超硬材料是指硬度大于或等于莫氏硬度9的材料，它具有极高的硬度、耐磨性、高温稳定性、化学惰性等优良性能，被广泛用于机械、电子、化工等领域。
本文将介绍超硬材料的制备方法以及在各个领域的应用。
一、超硬材料的制备方法1.高压高温合成法高压高温合成法是目前制备超硬材料的主要方法之一，它利用高温高压下，金属或半金属材料与炭化剂反应形成超硬材料。
这种方法可以制备出一种坚硬的材料——金刚石。
2.化学气相沉积法化学气相沉积法是另一种常用的制备超硬材料的方法，它是利用气体中的有机化合物或金属有机化合物，在高温下经过化学反应，使材料在基底上生长而成的一种材料。
这种方法可以制备出纤维状结构的碳化硅材料。
3.快速凝固法快速凝固法是另一种制备超硬材料的方法，它的特点是在凝固过程中产生高浓度的固溶体，这些固溶体的原子排列非常紧密，从而形成超硬材料。
这种方法产生的超硬材料包括氮化硼和碳化硼等。
二、超硬材料的应用1.机械加工领域超硬材料可以用于机械加工领域中的刀具、切割头等工具的制作。
由于超硬材料的硬度极高，可以在很高的速度下切削，大大提高生产效率。
2.电子领域超硬材料可以用于电子领域中的半导体加工、显示器制造等。
由于超硬材料具有高温稳定性、化学惰性等特点，能够更好地满足电子行业的需求。
3.化工领域超硬材料可以用于化工领域中的催化剂、炉膛制造等。
由于超硬材料的热稳定性和耐腐蚀性很高，可以在极端的高温、高压、腐蚀等恶劣环境下工作。
4.医疗领域超硬材料可以用于医疗领域中的牙科、骨科等。
由于超硬材料的硬度高、耐用性高，可以用于制造各种医疗器械，更好地保护患者的健康。
五、结语超硬材料是一种非常重要的材料，它的制备方法和应用领域非常广泛。
随着科技的不断发展，超硬材料将会在更多的领域得到应用，为人类的生产和生活带来更多的便利和效益。
超硬材料的制备及其应用前景
超硬材料的制备及其应用前景现代制造业对材料的要求越来越高，不能满足要求的材料将被淘汰。
超硬材料的出现和发展似乎给制造业注入了新的活力。
本文将介绍超硬材料的制备及其应用前景。
一、超硬材料的概念超硬材料，指硬度大于或等于钻石的材料。
绝大多数的超硬材料都是碳化物、氮化物和氧化物等化合物。
超硬材料具有硬度高、耐磨、耐腐蚀和高温稳定等优点，成为当今高科技制造领域的关键材料之一。
二、超硬材料的制备超硬材料的制备过程复杂、技术含量高。
主要有以下几种制备方法。
1.高压高温合成法高压高温合成法是制备超硬材料的一种主要方法。
该方法需要使用特殊的高温高压设备，在高温高压下将碳、氮、硼等化学元素与相应的金属元素反应制备出超硬材料。
这种方法制备的超硬材料质量更稳定。
2.金属有机化学气相沉积法金属有机化学气相沉积法是一种利用化学气相沉积技术制备超硬材料的方法。
该方法在中性气体中引入金属有机气体，金属有机气体经过加热分解反应，产生金属原子并与其他元素反应制备出超硬材料。
利用该方法可以得到均匀的厚度和质量均一的薄膜。
3.微波等离子体化学气相沉积法微波等离子体化学气相沉积法是一种应用高频电磁场将气相反应物激发成为等离子体状态，之后与基板上的化学反应制备超硬材料的方法。
这种方法可以制备出很薄且质量非常稳定的材料。
三、超硬材料的应用前景超硬材料在机械加工、磨削、细加工和表面涂层等领域具有广泛的应用前景。
以下将介绍其具体应用。
1.切削加工领域超硬材料可以被制成锯片、刨刀、车刀和铣刀等切削工具。
其中，钻石工具的硬度是钢材的150倍，可以加工各种难加工工件，如高温合金、陶瓷、金属和晶体等。
2.磨削加工领域超硬材料可以被制成切磨、压铸刃和超声波工具等磨削工具。
利用超硬材料制备的磨削工具可以加工硬度高、耐腐蚀的精密零部件，如航空部件、汽车发动机和精密轴承等。
3.涂层材料领域超硬材料还可以制备成一种非常有用的涂层材料。
这种涂层常见于模具、切削刀具、油钻等制造领域。
超硬刀具材料的应用与前景
浅谈超硬刀具材料的应用与前景摘要：本文全面介绍了超硬刀具材料（pcd，cbn和pcbn方面）的应用与前景，阐述了3种材料的性能特点以及它们在不同领域及加工材料方面的切削应用。
同时对超硬刀具材料的广阔前景做出了客观的设想。
关键词：超硬材料；刀具；应用；前景中图分类号：th142 文献标识码：a 文章编号：1007-9599 （2013）05-0146-03一、引言近年来，由于汽车和飞机制造业的大发展，大量应用轻型材料（a1—si，a1—mg合金）、复合材料等。
目前这些材料常用硬质合金刀具来铣削，而当切削速度升高以后会导致硬质合金刀具的磨损加剧，为了保证刀具的耐用度，零件的铣削加工往往是在较低切速（粗加工30m/min，精加工100m/min）下进行的，加工效率低（材料去除率3～13cm3/min）。
因此，在轻型材料零件的制造过程中切削加工性很差，具体表现为：（1）加工效率低；（2）刀具磨损严重；（3）加工精度和表面质量不稳定。
图1给出了刀具材料的发展史与切削加工高速化的关系，毋庸置疑，寻求一种高速，高效、低成本的加工方法已成为目前关注的研究热点。
随着超硬材料（聚晶金刚石和聚晶立方氮化硼）刀具进入到机械加工领域，逐渐显现出其优越的加工性能，其超长的使用寿命、极高的加工质量以及所带来的极高的生产效率是其它任何材料的刀具所无法比拟的。
过去主要用于精加工，近几年来由于改进了人造超硬刀具材料的生产工艺，控制了原料纯度和晶粒尺寸，采用了复合材料和热压工艺等，应用范围不断扩大，除适于一般的精加工和半精加工外，还可用于粗加工，被国际上公认为是当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。
二、超硬刀具材料的性能特点1981年国际硬物质科学会议认为，硬度大于1000hv的物质均可称为硬物质，能加工诸如硬质合金（硬度1600—1800hv）、刚玉（2000hv）、碳化硅（2200hv）等这一类物质的材料称为超硬材料。
通常所说的超硬材料是指与天然金刚石的硬度、性能相近的人造金刚石和cbn（立方氮化硼）2种材料，由于天然金刚石市场价格十分高，所以，目前我国生产超硬刀具时大多采用聚晶立方氮化硼（pcbn）、人造聚晶金刚石（pcd）以及它们之间的复合材料。
超硬刀具材料应用前景广阔
钢 、 铸 铁 、有 色 金 属 及 其 合 金 等 零 件 ，其 切 削 速 度 可 比 硬 质 合 金 高 一 个 数 量 级 ， 刀 具 寿 命 可 比 硬 质 合 金 高 几 十 、 甚 至 几
粉 在 高 温 、 高 压 、 触 媒 和 结 合 剂 的 作 用 下 烧 结 成 尺 寸 较 大 的
聚 晶块 作 为 刀 具 材 料 。 之 后 ，
机 电 产 品 开 发 与 创 新 蕊 １ ０ ２年 第 ５期 ２ ０
维普资讯
１９ ９ ０年 整 整 ２ Ｏ年 中 ，超 硬 材 料
年 产 量 仅从 ４ ６万 克 拉 增 至 ３ ０ ５０
（ 达 ８ ０ ＨＶ－ ０ ０ 可 ００ ９ ０ ＨＶ） 并 且 ，
代磨 （ 抛光 ） 或 ，对 淬 硬 零 件 加
工 ，可 用 单 一 工 序 代 替 多 道 工 序 ，大 大 缩 短 工 艺 流 程 。
使 用 寿 命 长 和 加 工 质 量 好 等 特
点 ， 过 去 主 要 用 于 精 加 工 ， 近
几 年 来 由 于 改 进 了 人 造 超 硬 刀
超 硬 刀 具材 料 发展 概况
超 硬 刀 具 材 料 是 指 天 然 金
刚 石 及 硬 度 、性 能 与 之 相 近 的
具 材 料 的 生 产 工 艺 ，控 制 了 原 料 纯 度 和 晶 粒 尺 寸 ， 采 用 了 复 合 材 料 和 热 压 工 艺 等 ， 应 用 范 围 不 断 扩 大 ， 除 适 于 一 般 的 精 加 工 和 半 精 加 工 外 ，还 可 用 于
以及用 Ｃ Ｄ （ 学气 相沉 积 ） Ｖ 化
法 制 出 的 金 刚 石 薄 膜 涂 层 和 金 刚 石 厚 膜 等 功 能 性 材 料 ，大 大
超硬刀具材料的选用和使用方法
超硬刀具材料的选用和使用方法超硬刀具是一种高性能的切削工具，具有硬度高、耐磨性好、切削稳定等特性，广泛应用于机械加工、汽车制造、航空航天等领域。
超硬刀具的选用和使用方法对于提高切削效率、延长刀具寿命具有重要意义。
本文将就超硬刀具材料的选用和使用方法进行说明。
一、超硬刀具材料的选用近年来，随着材料科学技术的进步，超硬刀具的材料种类也越来越多。
目前市场上常见的超硬刀具材料主要包括硬质合金、陶瓷刀具和多晶金刚石。
不同材料具有不同的特点和适用范围，因此在选择超硬刀具材料时需要综合考虑以下因素：1.切削材料：超硬刀具的选择应根据切削材料的硬度、韧性、热稳定性等特性进行匹配。
一般来说，硬质合金适用于切削硬度较低的材料，陶瓷刀具适用于切削硬度较高的材料，而多晶金刚石则适用于切削超硬材料。
2.加工方式：不同的加工方式对刀具的要求也有所不同。
例如，高速切削时需要选择硬质合金或多晶金刚石刀具，而陶瓷刀具则适用于干切削和高速扩孔等特殊加工。
3.切削条件：切削速度、进给量、切削深度等切削条件的选择会直接影响刀具的使用寿命和效率。
因此，在选用超硬刀具时应综合考虑切削条件，选择合适的刀具材料和结构。
二、超硬刀具的使用方法1.刀具装夹：超硬刀具应严格按照规定的装夹要求进行装夹。
刀具和刀杆的匹配度要求高，装夹松紧度要适中，避免刀具松动或变形。
2.切削液的选择：切削液在切削过程中起到冷却、润滑和清洁的作用。
对于不同切削材料和刀具材料，切削液的选择也不同。
一般来说，切削硬质合金可以选择矿物油冷却剂，切削陶瓷和多晶金刚石则可以选择水溶性切削液。
3.切削参数的设定：根据切削材料的特性和切削要求，合理设定切削速度、进给量和切削深度等切削参数。
切削速度过高会导致刀具磨损加剧，而切削速度过低则会影响加工效率。
4.定期检查和维护：使用超硬刀具后，要定期检查刀具的磨损情况和刀具固定装置的紧固度，及时更换磨损过大的刀具，并做好刀具的保养和防锈。
5.切削后的刃口修复：超硬刀具的刃口在使用过程中会磨损，需要进行定期修复。
超硬材料制造刀具的方法及应用
钾 :40% ;硼酸:50 % ;氟化钾: 10 %0 钎焊工艺:
(7 一 X,103Mpa立方氮化硼聚晶体 9)
3.2 应用效果
加或不加粘合剂 然后， 将所获大颗粒聚晶体制成刀具。 立方氮化硼同聚晶金刚石相比， 除硬度稍低一 点外， 热稳定性和对铁族元素的化学惰性都比金刚
采用热压工艺或强化陶瓷晶粒所形成的陶瓷刀具
一 根连杆， 4 每加工 1一2 根对刀一次， 表面粗糙度
很难达到要求， 废品率达 20 %。采用 M16B 陶瓷
材料， 其硬度可达 HRA90 以上， 抗弯强度可达 0.9
一1 Gpa 。
刀具， 每刃磨一次加工 30 - 40 根， 精度达到要求，
表面粗糙度 Ra= 0.8pm， 废品率减少， 刀具耐用度
摘 要 超 刀 材 制 的 具 有 高 硬 和 越 耐 性耐 性" a'定 和 a 结 能 耐 度 :用 硬 具 料 造 刀 具 很 的 度 优 的 磨 、热 、 性抗 性。用 比
中图分类号:TG711 文献标志码:C 文章编号:1008 一 0155(2006)06 一 0107 一 02
1 陶瓷刀具
出版社， 2000 .
切削深度:ap二 0.2mm;
精 车 : 转 速: n 二 1200r/ min 进 给 量 : f 二
. 015mm/ min
[3] 赵明生. 机械工程师手册〔 . 北京机械 M]
工业 出版社， 1996 .
切削深度量:ap = 0 . l mm
实验结果: 用聚晶金刚石车刀加工时， 刀尖未
方法获得的第二种无机超硬材料。
理化学性能及使用情况， 采取熔 点为 610℃ 一
超硬材料的性能和应用
超硬功能材料与工具读书笔记——超硬材料的性能和应用学院：材料科学与工程专业：高分子班级：材料1114班姓名：程鹏学号：20111401726超硬材料的性能和应用摘要超硬材料通常是指人造金刚石和立方氮化硼两种硬度极高的材料。
我国超硬材料产业经过50多年的发展，无论是产量还是质量，无论是品质还是应用，都有了长足的发展。
本文较详细阐述了金刚石和立方氮化硼的基本性能，并介绍超硬材料的主要用途。
同时，由于超硬材料作为一种极端材料，具有相对不可替代性，本文还将就超硬材料不断拓展的应用领域以及十分光明的发展前景做相应介绍。
关键词：超硬材料；金刚石；立方氮化硼；性能应用；发展Properties & application of superhard abrasivesAbstractSuperhard abrasives,which was always referred to the materials with high rigidity such as diamond and cBN(Cubic Boron Nitride).With the 50 years’ development ,China superhard materials industry has changed to great power in the world at aspects of quantity,quality,variety and applications. This article has reviewed the basic properties and practical application of diamond and cBN.Besides,we will also talk about the great progress in the application and the bright development in the future because superhard materials is really hard to replace due to its extreme property.Keywords:Superhard abrasives,diamond,CBN,properties and application, future development一、前言超硬材料通常是指体状的人造金刚石和立方氮化硼两种硬度极高的材料，它以无与伦比的耐磨等优异性能，广泛地应用在机械加工、石材加工、建材、航空航天、新材料加工、汽车等领域。
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在机械加工中使用的超硬材料刀具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[1]。
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，并使磨削质量显著提高、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，尺某厂原采用磨削工，可达到数控磨床加工的水平。
0.01mm寸精度．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。
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[2]。
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M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）[3]、在可无级变速的CA6140车床上使用PCBN刀具精密车削GCr15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15～20μm 件条的转m/rμ0.608为量给进、。
在一般精密数控车mμRmax=0.0254切削加工表面光洁度可达,下床上切削不锈钢，可获得Rmax=0.2μm以内的表面粗糙度。
1.1.2 件铁铸削车，采用超硬材(HRc45)加工硬铸铁时，只要硬度达到中等硬度水平非常适合于大批量生产线上高速,料刀具刀具就会取得良好的加工效果。
用应泛广到得业加行车汽在，工）材发动机缸盖上的排气阀座，采用铜、钼高铬合金铸铁（HRC44大多在自动线上，与拉铰导管料，其加工方法一般有铣、车两种工艺,用，ap=1.0mm，采，加孔一道工，v=71.6m/min?=26.5mm/min个阀座，加工表面粗糙度整体刀片加工，平均耐用度为1,200PCBN 锥Ra0.4μm，面摆差定，高质量稳。
命具≤0.05mm，刀寿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，且倒500m/min)V(切削速度高通常≥，刀具寿命长(加工孔数≥1000)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PCBN；加工ap=0.20.4mm/rf=0.2V=500m/min切削参数为：，～，～0.7mm 。
件>1,000命寿度粗面表糙具刀，mμ1.6≤Ra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。
[4]求要产生化洁清～700速度一般盘具用PCBN刀车削灰铸铁刹车,切削型，如上海通用汽车公司采用Seco刀具公司PCBN3002,000m/min 。
000m/min以刀片，切削速度可达到，2件工金 1.1.3合削车～具采用PCD刀车削铝V=500为度,毂切削速可轮合金。
～，～推荐1000m/min，?0.050.5mm/rap一般为0.5mm3mm ，刀具车削高钴铬钼耐蚀耐热合金，切削速度达160m/minPCBN。
倍8的是具刀金合质硬的铝合金，用硬质合金切削工具即可。
但含硅10%一般含硅量低于。
当前采用的高硅铝合金含硅量均在就只能借助10%,量超过PCD，因此车削高硅铝合金汽车发动机活塞等12%以上，有些已超过18% 。
[5]属莫PCD非车削粉末高温合金FGH95也使用PCBN刀片。
1.1.4 料材它其削车度2300硬度HV2100～，抗弯强密氧化铝陶瓷度3.9g/cm3，～300MPa，抗压强度300MPa，用PCD刀具采用湿式切削，V=20；加工效率明显提高，是，，ap=0.2mm?=0.025～0.10mm/r70m/min30min[6]。
倍，刀具寿命可达10～3金刚石砂轮磨削的～5刀具车削电动机整流子的紫铜换向器，典型切削参数为：PCD用～0.15mm；加工表面粗糙度Ra0.1，V=300m/min，?=0.08mm/rap≤>5,000件。
而采用硬质合金刀具只能加工几件。
μ0.2m，刀具寿命用应的的中工加削铣在1.2；用～000m/minPCBN用刀具铣削灰铸铁，切削速度达1,000 ，4000m/min[5]。
～，达度，合削具PCD刀铣铝金速可3000，进加工铝合金缸盖的PCD，4021m/min面铣刀，铣削速度已达年代初引进生产线的20，效率是我国670mm/min5给速度，世纪90 两。
倍精加工灰铸铁缸体的CBN面铣刀，铣削速度达2，000m/min，是硬。
[7]倍10的刀铣面金合质、10mm、12mm铣削玻璃的PCD螺旋内排液面铣刀，直径有应到广泛用。
深多16mm、20mm种规格，在玻璃加工中得～立铣刀铣削Cr12MoV（HRc59立式铣床上，用在X53KPCBN）材料的研究，为该类刀具的实际应用提53HRc50～）和6145钢（。
9]，供[8据数考参的益有了铣刀PCD刀具在铣削石墨时有很高的耐磨性，很多专家已将PCD件牙刷高速切削铣床上。
一次装夹刀具加工MikronNidau20用在瑞士刀具硬铣淋浴PCBN0.01mm电极，仍可达到形位公差小于的要求。
器喷嘴柄抛工光即可。
手略削，度钢模，精高铣后只需作用应1.3的的中工加削镗在套精加目前国内已有较多发动机制造厂用VPCBN刀具对气缸缸刀PCBN工，如上海大众和一汽集团的发动机厂，缸孔精镗均采用。
刀具寿，?，(V=500m/min片，且可自动补偿=0.2mm/rap=0.1mm) 高度精加，长命工、生，定稳寸尺率效产高。
一汽公司用PCD刀具精镗硅铝合金活塞销孔(V＝160m/min，?＝0.08～0.10mm/r，ap＝0.05mm。
)，耐用度达42，500件，是硬质合金刀具的90倍；加工表面粗糙度Ra值由原来的1.12降为0.15；每班可减少装调刀具等辅助时间30min，成本比硬质合金刀具下降约85 。
％倍，比涂层的硬质合金刀具PCBN刀具耐磨性比硬质合金刀具高50倍，是加工非金属材料唯一的高效刀具。
最高数倍，比陶瓷刀具高25 。
高提著显率效；000m/min，削高切速度达7、长25%Co)的汽缸（内径20mm(CVD刀具用于镗削钨硬质合金含，一次装夹、切削深度0.12mm,40mm），加冷却液切削速度0.5m/s 。
[10]件零个8工刀加可具，Cu1，～2%SAE327(Si7PCD用刀具对铸造硅铝合金～8.6%～Mn0.5%Mg0.25%～0.6%，～，硬度110>230MPa0.8%；抗拉强度切削速度>1%)130HB，延伸率制冷压缩机连杆进行高速干式镗削孔, 0.32180m/min,Ra0.02140～～μ。
[11]级75m，精度可达～用应的的中1.4工加削拉在由用复合式渐开线跳齿内孔超硬材料拉刀加工工件孔，优点为：(1)于能够可靠保证工件内孔各形面间的同轴度，因而可以后续加工工序中统一用小径圆面作为定位基准，大大方便了后序定位心轴和检验心轴的制作，并可靠保证所有加工表面的位置精度；(2)由于采用了合理的跳齿排布方式和花键刃开侧隙的刀齿结构，保证了拉刀的制造质量，且制造方便，成本几乎和普通复合式渐开线拉刀相同。
1.5 用应的的中工加削铰在电镀铰刀在淬硬钢或硬铸件小孔的铰削加工中已发挥作用。
PCBN钢作基体，具有前后导向钢或9CrSi此类铰刀以硬度为42HRc的45和切削部分。
其基体制造精度要高，设计要合理，前导向部分直径要，切削区长度要大于工件孔深；后导向0.04mm比切削刃部分直径小。
为了在0.02mm长度要大于切削区长度，直径应比切削刃部直径小铰削中用切削液冲洗切屑、冷却润滑加工表面，基体上开有两条较深的。
槽旋螺，底孔尺如某厂加工淬火钢工件孔φ12.06±0.05mm，硬度45HRc。
采Ra0.2μm0.005mm12寸φ±0.01mm，要求孔圆柱度，表面粗糙度镀电CBN铰刀效果[12]。
济得，加工取较好经把组用一五电镀铰刀对气缸体的主轴承孔或有的发动机制造厂用PCDPCBN ，珩代铰行进珩，替磨加且，数了高率效工提倍稳量质定。
现代汽车变速箱因减轻重量和多功能化的要求，越来越多地采用压铸铝合金来制造，其上设置有许多阶梯状的成型孔，这些孔对表面粗糙度、圆度、圆柱度、同心度、无毛刺等质量要求非常严格。