超硬刀具运用浅析

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本文作者：赵李军作者单位：中航工业湖南通用航空发动机有限公司国际加工贸易分公司

在车削加工中的应用

在车削钢件时，对于淬硬钢的加工，超硬材料刀具完全可以实现以车代磨的效果。由于切削的深度比磨削高十几倍，这种以车代磨的做法可提高4倍以上的效率，并缩减成本至原来的1/5。精车硬度高于45HRC的淬硬钢时，PCBN刀具是效果最佳的一种材料，其切割速度一般在80～120m/min。对于高硬度工件的切削，应该取较低的速度，比如对于70HRC硬度的工件，切削速度最好选择60～80m/min。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最适宜。在切削合金工件时，采用PCD刀具车削一些铝合金轮毂的应用十分常见。一般对于含硅量低于10%的铝合金，选用硬质合金制成的刀具即可。如果含硅量高于10%的话，则需要选用PCD。目前，汽车发动机活塞的含硅量早已超过18%，因此，必须选用PCD刀具。

在铣削加工中的应用

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最为广泛。

在镗削加工中的应用

目前，我国很多汽车制造厂发动机缸孔的精镗均采用了PCBN刀片，这种刀具使用寿命长、尺寸稳定、加工精度高、生产效率高。CVD刀具则用于镗削钨硬质合金的汽缸，其切削速度大约为0.5m/s，切削深度为0.12mm，一次性可以加工8个零件。

在拉削加工中的应用

在拉削加工中，一般采用复合式渐开线跳齿内孔超硬材料拉刀加工工件孔，其优点主要有2点：（1）花键刃开侧隙的刀齿结构和合理的跳齿排布方式，保证了拉刀的制造质量，而且其制造工艺不复杂，成本与普通的复合式渐开线拉刀相比也没有太多差别。（2）这种加工方式保证了工件内孔各形面间的同轴度，在后续加工工序中，可以统一选用小径圆面作为定位基准，从而使得后序检验心轴和定位心轴的制作简化了许多，同时也保证了各加工表面的位置精度。

在铰削加工中的应用

在硬铸件小孔或淬硬钢的铰削加工中，PCBN电镀铰刀应用十分广泛。这类铰刀以9CrSi或42HRC的45#钢作为基体，具有切削和前后导向部分。其基体设计要十分合理，且制造精度要求很高，切削部分要比前导向部分大0.04mm，工件孔深要小于切削区长度，切削区长度要比后导向长度略小。例如，某工厂加工直径大约为12mm的淬火钢工件，其硬度为45HRC，底部尺寸大约为12mm，加工要求孔的圆柱度为0.005mm，表面粗糙度为0.2μm。这个时候一般选用的是一组5把电镀CBN铰刀来进行加工。有些发动机制造厂用PCBN或PCD电镀铰刀珩铰汽缸体的主轴承孔来代替珩磨，这种做法使工作效率提高了数倍，且加工成品质量稳定。

在钻削加工中的应用

用PCD钻头加工工程陶瓷、玻璃和石材的现象十分常见。很多玻璃店和玻璃深加工企业都使用PCD钻头来钻削玻璃和镜子的孔。目前，我国常见的金刚石钻头直径一般在3～130mm之间。玻璃钻头有树脂金刚石的，也有镶嵌金刚石的。用PCD钻头加工石材和工程陶瓷具有效率高、质量好的优点。金刚石电解钻削可用来成型各种难加工导电材料上的圆柱孔（盲孔和通孔）、特型孔和圆锥孔。

传统的金属刀具在一些较硬工件的加工过程中会产生起层、崩口、烧伤、毛刺等现象，这已经满足不了现代工业的发展要求，超硬材料刀具能够很好地消除传统刀具的缺陷，且具有高效、高速、低成本的优点，因此具有广泛的市场前景。