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。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ƒ=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）[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、进给量为0.608µm/r转的条件

下,切削加工表面光洁度可达rmax=0.0254µm。在一般精密数控车床上切削不锈钢，可获得rmax=0.2µm以内的表面粗糙度。

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