超硬材料加工技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)
Writer:admin???Source:???Timer:2017-03-08
摘要:
超硬材料主要是指金剛石和立方氮化硼。金剛石是目前已知的世界上最硬的物質(zhì),另外C60的硬度可能不亞于金剛石,但尚未定論。立方氮化硼硬度僅次于金剛石。這兩種超硬材料的硬度都遠(yuǎn)高于其它材料的硬度,包括磨具材料剛玉、碳化硅以及刀具材料硬質(zhì)合金、高速鋼等硬質(zhì)工具材料。因此,超硬材料適于用來制造加工其它材料的工具,尤其是在加工硬質(zhì)材料方面,具有無可比擬的優(yōu)越性,占有不可替代的重要地位。正因如此,超硬材料在工業(yè)上獲得了廣泛應(yīng)用。除了用來制造工具之外,超硬材料在光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)方面具有一些特殊性能,是一種重要的功能材料,引起了人們的高度重視,這方面的性能和用途正在不斷地得到研究開發(fā)。
前言
機(jī)械加工和特種加工是超硬材料的兩種加工技術(shù)。超硬材料應(yīng)用于航天航空等特質(zhì)行業(yè),其各項(xiàng)綜合指標(biāo)的要求是十分嚴(yán)格的,科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步對(duì)超硬材料的加工技術(shù)提出了越來越嚴(yán)格的要求。超硬材料的加工技術(shù)關(guān)系著硬質(zhì)材料的質(zhì)量,關(guān)系著特種行業(yè)的發(fā)展。下面我們將對(duì)超硬材料加工技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)做進(jìn)一步分析討論。
2切削加工與磨削加工的機(jī)械加工工藝
2.1 切削加工
切削加工是一種采用工具切除硬質(zhì)材料的一種傳統(tǒng)加工方法,它使用的是單刃超硬工具。利用單刃超硬刀具加工的超硬材料的這種方式加工效率高效,精準(zhǔn)周密,但是應(yīng)用于機(jī)床生產(chǎn)制造上,對(duì)于精度要求十分苛刻,需要精湛高超的工藝技術(shù)手段,對(duì)精確度掌握十分周祥準(zhǔn)確,差之一毫失之千里。對(duì)于精度掌握絲毫不能松懈。
用于切削工藝的工具多種多樣,每種刀具具有不同的用途。依現(xiàn)實(shí)來看,國際普遍使用的刀具材料大致可分為五種,這五種刀具材料分別是陶瓷工具、立方氮化硼、金屬陶瓷、硬質(zhì)合金涂層工具、聚晶PCD。現(xiàn)代切削工藝已經(jīng)可以完成復(fù)合材料、陶瓷和塑料的加工。刀口半徑越來越小,對(duì)于我們?nèi)祟悂碚f肉眼看不到微乎其微的以納米為計(jì)算單位的切屑都可以切削。未來將會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度高、抗熱震性高、可靠性高的刀具材料,刀具材料未來將會(huì)沿著增加韌度補(bǔ)助強(qiáng)度、剃度、納米復(fù)合多功能的方向發(fā)展。
2.2 磨削加工
磨削加工從字面上理解是材料經(jīng)過打磨后再經(jīng)過削去表面工序的一種方式。其實(shí)不然,它使用的是超硬材料經(jīng)過高速旋轉(zhuǎn)的砂輪擠壓,在變形和斷裂處進(jìn)行磨削,從而在斷裂變形處生成嶄新的表面。目前已有的磨削技術(shù)表面粗糙度在0.2-0.01m之間,加工精度區(qū)間位于1-0.1m。未來磨削工藝伴隨機(jī)械制造業(yè)的改進(jìn),將來的發(fā)展方向是高度自動(dòng)化。
3超硬材料的特種加工工藝
3.1 碳弧氣刨加工
碳弧氣刨是一種碳弧經(jīng)過高溫,其表面的金屬介質(zhì)融化,然后利用壓縮空氣把金屬介質(zhì)吹掉的特種加工工藝。
碳弧氣刨的加工工藝具有很多特點(diǎn),下面列舉出了其特點(diǎn):
(1)省時(shí)省力,不需要耗費(fèi)過多的人力和時(shí)間,工作效率高效快速,噪聲明顯降低。
(2)用途廣泛。碳弧氣刨采用的是熱能,而不是氧化作用的化學(xué)能。切削黑色金屬自然不在話下,鑄鐵等難以切割的金屬材料也是輕而易舉。
?。?)生產(chǎn)效率高,節(jié)約了加工費(fèi)用。
?。?)設(shè)備構(gòu)造簡單,購置成本低,使用操作方便,使用的壓縮空氣容易獲得。
?。?)查缺補(bǔ)漏,彌補(bǔ)了其它工藝焊接方面的不足,加工工藝質(zhì)量大大提高。
(6)碳弧氣刨這種方式也存在著缺點(diǎn)。一旦不正確規(guī)范使用設(shè)備,會(huì)導(dǎo)致碳弧雜質(zhì)增加,致使槽道堵塞,內(nèi)部容易堆積煙霧和灰塵,易使設(shè)備老化。
未來碳弧氣刨的工藝發(fā)展加工技術(shù)越來越安全,現(xiàn)代的加工技術(shù)存在著一定的安全隱患,會(huì)對(duì)操作人員造成嚴(yán)重的人身傷害,未來將會(huì)產(chǎn)生更安全可靠的加工機(jī)器設(shè)備。未來越趨信息化,借助于現(xiàn)代電子信息技術(shù),對(duì)精密度要求更加嚴(yán)格嚴(yán)謹(jǐn),未來將會(huì)結(jié)合精密制造技術(shù),更加體現(xiàn)柔性化和自動(dòng)化。
3.2 電火花加工
電火花加工使用的EDM機(jī)床,它依靠的能源是物理化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的能量,用于機(jī)床上的線切割與穿孔成型。它依據(jù)是電極間的化學(xué)與物理反應(yīng),電極間放電現(xiàn)象的發(fā)展變化,在這一過程要做好放電點(diǎn)的控制和測(cè)量。
3.3 電熔爆加工
電熔爆加工技術(shù)采用的是物理方面的電力作用,還有物理學(xué)中的高溫融化現(xiàn)象。這種技術(shù)對(duì)加工的粗糙度和尺寸大小有一定要求。這種技術(shù)的應(yīng)用范圍廣泛,廣泛應(yīng)用于石油、航天、船舶、機(jī)械、軍工、航天等多個(gè)行業(yè),以及不銹鋼等特殊材料與難以加工材料的加工。
4結(jié)語
綜上所述,超硬材料加工工藝分為傳統(tǒng)的機(jī)械加工與特質(zhì)加工,未來它的發(fā)展發(fā)展方向是智能化、安全性能高、納米復(fù)合、自動(dòng)化和柔性化等多功能。超硬材料應(yīng)用范圍廣泛,隨著工藝技術(shù)的發(fā)展革新,對(duì)加工技術(shù)的不斷改進(jìn),深入研究開發(fā)進(jìn)程的加快,超硬材料加工工藝終有一天會(huì)更加廣泛地派上用場(chǎng)。
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