简析超硬材料给机械制造行业带来的影响

何坤++董小敏++夏冰

[摘 要]当今社会上的各个领域不管是在生产还是发展过程中，都广泛的运用到超硬材料，机械制造领域也是如此。随着社会的不断发展和变革，机械制造领域在发展中更加追求高速精密和自动化生产，通过使用超硬材料能够有效的实现高效、低耗、适应性强及缩短制造周期的目标。本文针对当前超硬材料在机械制造业中的应用进行了分析，并分析了制约超硬材料发展的原因，以此为基础探讨了超硬材料带给机械制造行业的影响。

[关键词]超硬材料；超硬材料刀具；机械制造；影响

中图分类号：TG749.06，TG749.06 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）40-0085-01

1、超硬材料在机械制造业中的应用

1.1 超硬材料刀具的应用。現在很对对精度要求高且大批量生产的机械制造企业都在广泛的运用超硬材料刀具，这不仅是加工高硬度材料最理想的工具外，还可以快速的适应高速精密与自动化加工。虽然这类刀具的价格比硬质合金类贵，但只要加工对象和条件选择得适当，分摊到每个工件的刀具成本反而低于硬质合金刀具。

1.2 超硬材料磨具的应用。首先提到的是金属材料的加工。在实际加工过程中通过利用超硬材料模具不需要反复进行磨削，特别适用于铸锻毛坯件的高速、高效加工中，其效率非常之高；其次是硬质合金制品及难磨材料的加工。硬质合金硬度高、耐磨性强，用超硬材料代替传统碳化硅和刚玉磨料加工硬质台金工件，可防止工件表面烧伤、微裂纹、缺口或变质层过深等缺陷，提高加工效率和节约磨削成本。超硬材料硬度比普通磨料高得多，其磨削能力为普通磨料的2000～10000倍，因此硬质合金的各种形式的磨削均可用超硬材料来实现；第三，陶瓷材料加工。近年来陶瓷已作为一种技术进步产品，新陶瓷材料可作为金属和wc的替代材料获得工业应用。作为工程陶瓷产品，必须具备良好的表面粗糙度和准确的尺寸公差，但由于这些陶瓷有高硬度、高强度、抗磨损等特性，用普通工具加工十分困难，而用超硬材料工具加工则是唯一经济而科学的方法；第四，铁氧体材料加工。铁氧体又称黑色陶瓷，是重要的电子元件。从20世纪60年代开始用超硬材料加工，至今已获全面应用。应用超硬材料磨具磨削铁氧体的优点是工效高、节能节材、减少废品、提高工件质量、减少环境污染及减轻劳动强度；第五，宝石加工。人工台成的红宝石、水晶等是工业用元器件原料，它们的切、磨、钻、抛、研都是用超硬材料来完成的；第六，电气绝缘材料加工。电气绝缘材料具有导热性和耐热性差、非均质性和摩擦性强等特点。因此其切割、钻孔、表面加工所用的传统的金属工具，存在崩口、起层、毛刺、烧伤等缺陷，从而使介电性能和物理机械性能下降。采用超硬材料工具加工不仅可消除上述缺陷.而且综合成本也低。

2、超硬材料的发展带给机械制造行业的影响分析

结合实际我们能够看出，不同类型的切削工具材料在实际发展中都会遇到这样那样的异常问题，所以要不断的进行探索和研究，针对每一种材料的特性进行相应的掌握，在使用过程中结合工具及被加工材料的特性及条件选择合理的加工方法。

金刚石大家并不感到陌生，这是世界上硬度最强的东西，在进行切削工具制造时是首选的材料，所以得到了非常广泛的应用。可很多人并不知道，金刚石与黑色金属之间又亲和力，如果在温度为七百摄氏度左右的环境下就会发生石墨化现象，金刚石的磨损速度就会加快，因此，金刚石只适合用于切削有色金属和非金属材料。但是人们一直在努力打破这种禁区，曾有人采用富有碳的环境，直接切削黑色金属，有一定的效果；我国哈工大采用液氮喷淋；以超低温切削黑色金属，也同样取得一定的效果。最近有人认为含一定量硼的金刚石有可能切削黑色金属。总之在不久的将来，这方面有可能会有所突破的。

与其他材料形式的涂层相比较，在我国出现比较早的切削工具类型就是超硬材料涂层的切削工具，可是随着发展时间越来越长，各种问题也逐渐彰显出来，尤其是粘接力的强弱会直接影响到切削工具的使用寿命。在陶瓷涂层的方面也有这类问题的发生，如切削工具在涂前的洁净处理；又如切削工具的刃磨中，不容许刃口退火，不容许留有毛刺，也有采用多涂层的办法来解决，但是在超硬涂层方面还有待新的发展。目前使用较为普遍的切削工具要数聚晶金刚石与聚晶立方氮化硼，也因此人们对有关技术的发展提高了关注度。目前很多外国研究人员针对该产品进行了研究，发现在制造过程中利用电火花线切割能够将坯料直接切成规定的形状，但是在我国需要先将硬质合金部分进行切割后在进行其他部分的切割。

在经历了长时间的发展之后又有了全新的突破，那就是厚膜金刚石的合成，这对于切削工具材料是一次全新的进步，它的出现将其以往超精密加工中所运用的天然金刚石彻底取代，不单单是因为它的性能与天然金刚石相似，主要是因为成本很低。对金刚石矿藏稀少的国家来说，展示了很好的前景。金刚石沉积的基体在沉积之前，须经过认真的清洗。如果是硬质合金，一般采用的是钴基硬质合金，它影响金刚石合成时的核发生密度，密度低的，则沉积质量明显差，涂层的粘接力也低。所以必须采取腐蚀的办法去除表层的钴。因为钴在基材的界面上沉积时，会生成石墨等非金刚石物质和气孔。很多碳扩散在钴中，又会成为界面龟裂生成的原因。要提高含钴的硬质合金上沉结金刚石的粘结力，仍然是一个值得探索的课题。总之，超硬材料的发展必将引发机械制造的巨大变革，对二十一世纪无疑将会作出更大的贡献。

3、推进我国超硬材料刀具发展的对策分析

在今后的发展过程中应加大对超硬材料的重视度，针对各种制造技术进行更深层次的研究和探索。并且要重视对超硬材料刀具配方及应用技术的研究，其中包括刀具选择的原则、工艺参数的优化、修整、刃磨和冷却技术；还应加大宏观管理，合理引导。鼓励企业联合、组建大型集团，形成规模化生产；加强超硬材料刀具的推广应用和普及。超硬材料刀具制造企业应积极与使用单位紧密联系，加大宣传力度，正确引导用户合理使用。

参考文献

[1] 林峰，蒋燕麟，苏钰，程煜.国外超硬材料产业发展趋势[J].超硬材料工程，2015，01：31-38.

[2] 苏海兵.超硬材料刀具在机械冷加工中的应用[J].科技展望，2016，03：67.

[3] 邹文俊.中国超硬材料与制品的发展与思考[J].超硬材料工程，2016，02：45-49.endprint