超硬材料刀具在矿山机械零部件加工中的实践

超硬材料刀具在矿山机械零部件加工中的实践

陈雪玲

云南楚雄矿冶有限公司机械制造分公司云南楚雄675000

摘要：矿山机械指的是运用于矿物开采和矿物富选的相关作业的机械，这类机械在工作进行中，机械体所承受的来自各个方面的力的施加的数值是较为巨大的，在此情形下，如何加工出更高质量的矿山机械上所应用的零件，是从事该项工作的人员所应不断探索的问题，只有保证矿山机械上所使用的零件的质量，才能对矿山机械的整体质量予以保证，这也是对从事矿物开采及富选的相关工作人员的人身安全问题的最直接的保护。好的零件的加工，离不开好的加工工艺，而好的加工工艺的过程更是离不开适宜的高质量刀具的参与，在对矿山机械所使用的零件的加工工作中，其所使用的刀具应具有较强的硬度与耐性度，随着时代的不断变化高技术切削的应用越发普遍，超硬材料的应用范围得到了良好的扩展，以下内容详细地介绍了超硬材料刀具在机械零部件加工中的一些应用。

关键词：超硬材料刀具；矿山机械；零件加工；应用

1机械零件加工中所使用的超硬刀具的发展与种类

1.1矿山机械零件加工中所使用的超硬刀具的发展过程

在对矿山机械所使用零部件进行加工作业中，其所使用的刀具应为超硬刀具，该种刀具的制作材料是天然的金刚石、人造的金刚石或者是其他的复合材料。早在20世纪中，美国就使用人造金刚石粉末和cbn的高温高压微粉在粘结剂的作用下，将较大的晶块体作为材料进行烧制。在古老的时代中，金刚石或较硬材质的基础上进行压制，PCD或PCBN为0.5mm-imm。以此解决了超硬材质在炼化过程中出现的各种问题。这是超级硬工具。我国超硬刀具材料的研究和应用始于20世纪70年代前后。多家超硬材料制造商进口公司国外超硬材料合成设备及技术成套。使产量能够迅速增加，跃入世界超级硬材料生产国家。

1.2矿山机械零件加工中所使用的超硬刀具的种类及功能

金刚石所含有的物质是在低压下制作而成的，与大型的晶体金刚石物质不同。金刚石具有较高的硬度与耐磨性。其中自身的微硬度可以达到1000以上，所含有的摩擦力效率很小。它与有色金属没有亲和力，切屑容易流动，导热系数高，切削过程中不易产生晶片结瘤，表面质量好。金刚石自身的韧性较差，热加工性差。710~790℃易炭化，不适合用到钢铁加工当中。因为铁原子很容易CT在高温下将碳原子转化为石墨结构，当它们被用于切割镍基合金时，它们也会迅速磨损。

合成多晶金刚石（PCD）又称金刚石烧结材料，是由金属粘结剂（如钴）在高温下由金刚石单晶粉末形成的多晶材料。虽然材料的硬度没有天然金刚石的硬度强，但它自身的物质可以随着金刚石颗粒的变化而变化，并且可以与金刚石的物质聚集在一起，所含有的物质是同性的。因此，它在不同晶面上的强度、硬度和耐磨性与大型单晶金刚石不同。切削时，刀刃对意外损坏不太敏感，所存在的耐磨性较高，它能长期保证刀刃的锋利。加工速度快，切削用量大，加工寿命长。比前者高。WC基硬质合金刀具是硬质金属刀具的10-40倍，金刚石烧结材料比较丰富，而用金刚石烧结出的刀具在市场上的价格较低。金刚石烧结材料自身具有较高的硬度与短期使用等特征，例如，拥有摩擦系的叶片、导热系统、制作系统等等。它已经变得很高性能替代传统WC基硬质合金刀具.它具有较高的生产率和工艺可靠性，可以用到铝合金属加工当中。相关的刀具制作材料是在金刚石烧结研发的基础上提取出的。硬质合金材质可以作为研发金刚石烧结的基础性材料，不仅可以提高材质的韧性与硬度，还可以提高材质的可焊性。

2超硬材料刀具在矿山机械零部件加工中的应用

超硬材料不仅是理想中制作刀具的很好材料，而且还适合用于密度高的加工商品当中或自动加工工商品当中，特别适用于超硬材料刀具的磨削加工。代替磨矿，效率更高，消耗低，适应性强，缩短了生产周期等。虽然这些工具的价格比硬质合金贵，但是只要合理选择加工对象和工艺条件，各工件的刀具成本均低于硬质合金刀具。例如，工具的耐用度在一汽公司采用PCD刀具对硅铝合金材料的在切削加工过程中使用活塞销孔的操作方式，可以使刀具的寿命得到延长。相关资料显示，PCBN材料制成的刀具的耐磨性是THA材料制成的刀具的50倍，且PCBN材料制成的刀具的耐磨性是硬质合金刀具的50倍。

3超硬材料磨具在矿山机械零部件加工中的应用

3.1金属材料的加工

在金属材料中它不仅可以取代一般磨具的grinding，还可以对铸件毛坯与锻件毛坯进行有效的加工，一次性完成所有消磨流程。尤其是使用到成形的磨削以及有规定尺寸的磨削当中，可以有效提高以上磨削的质量与应用效率。硬质合金材料和耐磨材料的加工，硬质合金材料的特征具有较高的硬度、耐磨性强，使用较硬的材质取代传统性的金刚砂与刚玉磨料加工的硬质合金材料，可以防止相关材料出现破损等情况的发生，如材质出现裂缝、表面损伤以及变质层过深等相关问题，又可以提高工作效率，为相关工程节省使用的成本。超硬材料要比一般材料硬，它的磨削能力可以用复合式拉开跳齿内孔在进行安装新的工件孔，其存在的优势为以下几点，第一点，它可以运用技刀加工的花键孔，以此来保证工件内孔各个形状之间的距离，在以后的施工中可以统一使用一个坐标轴来规定内孔的直径，方便了后续的工作内容，也能在施工的过程中确保所有加工设备的精确位置与内孔的精确尺寸；第二点，复合式跳齿内孔拉刀具有高质量、高经济的一种拉刀模式，它的刀齿是用合理的跳齿与花键刃刀齿组合而成的，可以确保技刀自身创造的质量，方便了拉刀的创造，创造这种技刀所使用的成本与普通复合式拉刀创造所使用的成本是相同的。是一般磨料的2-3倍，所以，硬质合金材料的种种磨削形式都可以使用超硬材质来实施。

3.2陶瓷材料的加工

从这几年时代的发展中可以看出，陶瓷已成为一种新型的技术产品新型的陶瓷原材料可以代替金属与WC，可以用到工业技术方面，金属陶瓷刀具中的金属力学性与材料中的晶粒有着密切的联系。作为工业性的陶瓷，自身必须要具有较强的表面粗糙度与精准的尺寸，由于陶瓷材料具有较强的硬度、较高的耐磨性等特性，因此，无法使用一般的材质进行加工，超硬材料加工则是最经济最科学的加工方法。

3.3黑色陶瓷材料的加工

黑色陶瓷材料的加工是最重要的电子元件，从20世纪初开始实施超硬材料加工，直至今日以获取全面应用。例如在平面磨削磁芯上、双端面磨削扬声器磁钢、磨瓦形磁钢等等。用超硬材质来磨削黑色陶瓷可以提高施工的效率、节约使用的成本、减少产生的废物，可以提高工作的质量，减少社会污染、减少工作人员的劳动力等等。宝石材料的加工，人工制作的宝石和水晶都是用工业中的原材料制作而成的，宝石的切、磨、抛、钻都是用超强硬度材料打磨而成的。

3.4半导体材料的加工

半导体材料中的硬度与脆度具有较高的价值，随着时代技术的进步，计算机技术慢慢地成为了最大的社会技术规模，对计算机设备矽片的精度要求甚高，使用传统式磨具进行加工以无法满足现在的需求，在加工中必须要用超强材料磨具，才能满足现实需求。

3.5电气绝缘体材料的加工

电气绝缘体材料具有较差的导热、耐热、摩擦等功能。因此使用传统金属工具对材料进行切割、钻、表面加工等等，其制作出的材料存有崩口、起皮、毛刺等误差，导致界电性能与机械功能下降，而使用超硬材料工具进行加工不仅能解决上述加工出现的问题，而且也会降低施工使用的成本。以cbn为例子，其材质的硬度高、耐磨，在高温摩擦的下，不会与铁金属物质产生反应，是磨削铁基和镍基材料最好的磨具材料。运用普通材料进行磨削，无法明确得知实施过程中生产的数量与使用的成本，尤其在加工一些较硬的材质或难加工的材料时，又或者是对材料质量要求较高时，都需要采用CBN磨具对相关材料进行削，从一般情况来讲，采用CBN磨具对材料进行磨削可以提高整体工程的工作效率，降低工程所使用的成本。

3.6超硬刀具材料的加工

超硬刀具材料对机械加工的质量与加工的效率都有着重要的作用，所以，首先要了解与超硬刀具相关的知识点与技术，其次要对相关的技术进行研究，最后，更好地完成机械加工的整体工作内容。

4限制超硬材料刀具应用的因素及对策

4.1超硬材料刀具应用出现的问题

在高负荷工作条件下，矿山机械零件的外表面不断磨损，加工精度降低。这不仅有更高的要求，更严格的要求。矿山机械零部件的质量，也为加工和维护提供了很高的要求。为了满足矿山机械、高锰钢的实际需要机械零件的材料通常采用较强的硬度和耐磨性。然而，虽然高锰钢具有韧性等许多优点，但是，它是非常容易的。PPER加工和维护过程中出现的加工硬化现象。很长一段时间以来，切割一直是一个难点。用WA处理高锰钢铸件再增韧，它们就能被机加工了。加工引起的顶部硬化现象非常严重，给切削过程增加了很大的难度，导致刀具在加工过程中磨损严重。加工和维护，不仅降低了刀具寿命，而且降低了刀具寿命。同时也使加工和维护效果难以满足技术要求。因此，机械精度很难保证。因此，有必要创新机械加工和维修的技术措施，解决这一问题，延长刀具的寿命。使用寿命和保证机械精度。

4.2对策

提高对超硬材料刀具的研究。刀具主要是用来开发相关的项目与优化相关的系统。提高对超硬材料刀具研究技术的开发，包括刀具选择原则、工艺参数优化、修整、磨削及冷却技术。加强宏观管理NT，合理指导。鼓励企业团结起来，形成规模庞大的集团，形成规模化生产。加强超硬切削T的推广应用和推广桨。超硬材料刀具制造企业应与用户保持密切联系，加大宣传力度，引导用户合理使用。

结论：

对矿山机械上所应用的零部件的加工方式的探索，是从事相关工作的技术人员所应不断探索创新的问题，只有使零部件达到了预定的标准，才能对于该矿山机械所参与的相关作业工作的施工安全及施工完成质量起到保证作用。而如何在损耗所导致的费用最少的情况下，加工出最高质量的矿山机械所应用的零部件，便是我们所应不断进取的研究方向。

参考文献：

[1]苏海兵.超硬材料刀具在机械冷加工中的应用[J].科技展望，2016，26（03）：67.

[2]楚勃.吉林旺荣公司超硬材料刀具开发方案选择与风险控制研究[D].吉林大学，2013.

[3]李睿.不同镀覆条件下镀钛金刚石及其复合材料结构性能研究[D].燕山大学，2012.

[4]戴利.基于系统动力学的人造金刚石项目经济评价[D].江西理工大学，2012.