超硬材料的应用与发展前景

第一篇：超硬材料的应用与发展前景

现状：我国金刚石制品企业只分到小杯羹

“金刚石产量占全世界80%，立方氮化硼占全世界60%以上。去年我国的砂轮增长60%，钻头增长30%，锯片增加17%，但是制品工具仍然滞后于金刚石的发展。我国是全世界的生产大国，正在向强国迈进。现在国内几个生产金刚石的大厂，能合成几个毫米大的钻石单晶，总的质量水平在提高，但我们必须看到，经济附加值不高，高档产品的市场还被发达国家占有。”在湖南超硬材料协会秘书长瞿铭的重要报告中可以了解，目前国内金刚石企业在世界超硬行业中的地位正在提高，而金刚石制品企业的发展却相对较为落后。与之相呼应的还有中国矿业大学（北京）超硬刀具材料研究所所长、教授、博导邓福铭作的报告中的数据：元素六在金刚石工具市场的占有率为30%，DI公司占20%，日本住友占18%，韩国日进占9%„„在以元素六为首的7家国外公司就占据了整个金刚石工具市场的94%，除去其他的国外金刚石制品企业，也就意味着中国所有金刚石工具企业只占百分之零点几。这一方面说明我国金刚石制品企业目前技术的滞后与不成熟，另一方面也预示着金刚石制品企业的市场前景广阔，大有可为。

同时，邓教授也指出影响金刚石工具技术发展的因素主要有以下几点：一是市场的需求，二是政策导向，三是研发技术水平，四是研发科研团队，五是科技人员的科研兴趣。

趋势：竞争更为激烈，走自主创新与跨越式发展之路

“超硬磨具将逐步取代普通磨料磨具，如金刚石砂带的出现及优势”、“超硬材料制品工具向节能减排环保型的产品发展”、“超硬材料行业企业完全符合国家节能减排的政策”、“PDC产品将占相当的地位”„„在各种观点和意见的碰撞中，不难预测，超硬材料行业的美好未来和前景的广阔。但如何迎来美好未来，国内超硬材料制品企业需要做的还有很多，随着越来越多国外先进的超硬材料企业入驻中国，考察中国超硬材料市场，在中国建厂。宣告国外企业加大了力度进入中国，而国内超硬材料企业也将面临更为激烈的市场竞争。“走自主创新与跨越式发展之路，而不是集成创新与渐进式发展。”邓福铭教授建议，并从企业战略角度思考，认为企业需抓住关键点，开展创新性基础研究工作，采用新工艺、新设备，重点发展集中高附加值产品，这些建议得到了在场嘉宾的赞同和认可，其他演讲嘉宾也从知识产品保护的重视、如何避免恶性竞争，加强技术团队建设等方面进行了探讨和展望。

参考磨商网链接:

第二篇：浅谈机械手及其应用与发展前景

第31卷第2期

V〇1.31 No.2

企业技术开发

TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE

2012年1月 Jan.2012

洗谈机械手及其启用与发展箭景

.• 韩梦丹，部晓宇

(西南交通大学，四川成都611756)摘要：在现代工业生产中，生产过程的机械化、自动化已经成为突出的主题。有效应用机械手，则是发展机 械行业的必然趋势。文章在介绍机械手结构组成及工作原理的基础上，概述其应用及发展前景。关键词：机械手；应用；发展前景 中图分类号：TH138 文献标识码：A

文章编号：1006-8937(2012)02-0079-02随着现代化工业的不断发展以及生产过程机械化和 自动化水平的提升，工业机械手凭借其自身显著的特点 得到了广泛应用。如：应用机械手可以减轻劳动强度、提 高产品质量、改善劳动条件,避免人身事故的发生，在高 温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、和有放射性以及毒性 污染的恶劣环境中，应用机械手可以部分或全部地替代 人来安全地完成作业，有节奏地进行生产等。其在机械加 工行业中的应用大大提高了生产效率，节省劳动力成本 达50%以上。

1机械手结构组成及其工作原理

机械手是一种能按给定的程序或要求，自动地完成 物件(如材料、工件、零件或工具等)传送或操作作业的机 械装置，它能部分地替代人的手工劳动。较高级形式的机 械手，还能模拟人的手臂动作，完成复杂的作业。

机械手主要由抓取机构、传送机构、驱动部分、控制 机构以及行程检测装置、传感装置等部分组成。其各部分 之间的相互关系如图1所示。

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ifilt-r|niJ 图i机械手的组成及其相互关系

抓取机构对物件抓取和放置，它包括了手指与传力 机构等。传送机构可以改变物件的方位。驱动部分负责为 抓取、传送两机构提供驱动，常用形式有液压、气压、电力 和机械驱动等，其中，电力驱动采用较少，机械驱动则一 般用于简易机械手，液压驱动和气压驱动方式占据了较 大比例。气压驱动结构简单、压缩气源一空气易得、造价 低、能达到较高速度,且气动元件的生产与应用也在逐步 扩大;液压驱动伺服系统响应快，且重量轻、体积小、动作平稳、有着良好的控制性能、能在极低的速度下输出较大 力，且由于液压元件的标准化、系列化、通用化，使得液压 系统的设计、制造比较方便。控制部分是机械手动作的指 挥系统，由它来控制动作的顺序、位置、时间等。行程监测 装置对机械手各运动行程进行检测和控制；传感装置中

作者简介：韩梦丹（1991-)，女，四川成都人，大学本科，主要研究 方向：机械设计制造及其自动化。

装传感器，使手指具有敏感性和自控.性，用于检测物件与 抓取机

构接触情况以及物件是否滑落等。

本文以四自由度液压驱动通用机械手为例，对机械 手的工作原理进行简要介绍。如图2所示，即为该种液压 通用机械手的结构原理图。2—手II上下播动油缸 31臂左右转动油ft 4—乎臂上下樣动机械反嫌#置 S —坊尘軍

6— 手《a转及手指握s油*I

7— 手臂前后伸缩机械K後鼓* 手脅前e伸缩油魟 手騫上下摆动s转油缸 10-手臃上下播动机«5供酱* 11一电气控«麴置 12-*®#*

图2机械手结构原理图

该种机械手，主要可以归为机械、液压、电气控制系 统等

三个部分。机械部分包括手部、驱动及传送机构、位 置反馈装置和机体等，如图2所示，机械手的手臂前后伸 缩、上下升降、左右转动、上下摆动分别由直线油缸(8)、直线油缸（1)、回转油缸(3)、以及铰接直线油缸(4)带动 实现。机械手的手腕上下摆动则是由回转油缸(9)带动与 该部分结构相对应的齿轮，再通过链条将运动传送到手 腕摆动轴（图中未画出）来实现。手指握紧部分通过杠杆 手指和单向作用式握紧油缸(6)的配合来输出相应运动。上述各个油缸的控制是通过步进电动机带动随动阀按照 输人信号来改变通往油缸油液的方向和流量，由于油缸 输出与随动阀之间采用刚性反馈联系，能不断消除输人 与输出之间的误差，从而可进行较为准确的定位。最后，对步进电动机的控制则由电气控制系统（11)实现，该简 易数字控制系统采用集成电路，共可对步进电机实现手 动、自动以及联动等三种控制方式。通过以上几个部分的 密切配合，机械手的各种运动得以准确无误地实现。

2机械手的应用概况

① 热加工方面。热加工是高温、危险的体力劳动，采 用机械手操作可以实现高效率和安全工作，如对少量、低 速以及人力不能胜任的作业的实现。在锻造、铸造、熔炼 等工业，机械手的应用能进一步发挥设备的生产能力，安 80 企业技术开发 2012年1月

装了机械手的操作机可实现生产过程自动化，取代了人 工喂料等操作，大大提高了生产效率以及产品质量。

② 冷加工方面。冷加工方面的机械手主要用于一些 配件及零件加工时上下料以及刀具安装的过程，将其应 用于一些数控机床和加工生产线以及自动线上，成为了 设备、机床上下T.序联接的重要手段。同时，也在加工生 产自动线上采用臂式机械手作为联接丁序、运送工件的 重要设备。

③ 在装、拆、修方面。众所周知，拆修装是铁路工业系 统体力劳动较重的部门，采用机械手可以拆装三通阀、分 解制动缸、组装轮对、清除石棉等，大大减低了劳动强度。在采用机械手进行装配方面也是应用的一大热点，与传 感装置、计算机的配合能对零件方位进行确定，能达到镶 装的目的。

些新型 材料可以制造无润滑元件应用于气动机械手当中，不仅 使系统简化，且有着稳定的摩擦性能以及较长的寿命。值 得重视的是，随着机电一体化的发展，控制系统将向基于 PC机的开放型控制器的方向发展，并且，随着传感器作 用的日益加重，由“可编程控制器、传感器、动作元件”组 成的典型的自动化控制系统依然会是主流发展方向，在 此系统中，传统的“开关控制”也将转变为“反馈控制”，从 而进一步提升系统的精度。

4结语

从1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手，到20世纪70年代初期制造业开始引进机械手的使用，再到1972年我国第一台机械手的开发以及随之而来的 全国范围都开始研制和应用机械手，机械手的发展历经 了这短短几十年，迎来的是制造业的全新面貌。并且机械 手依旧在发展，在进步，其应用领域更在向着非制造业和 服务业发展，可以预见，机械手一定会继续蓬勃发展，为 其涉及的行业做出更大的贡献。3机械手的发展方向及前景

自20世纪60年代初期问世，机械手历经了近50年 发展，成为了制造业生产自动化中十分重要的机电设备，其发展前景一片光明。首先，伴随现代控制技术和微电子 技术的发展，机械手重复精度提高，其定位准确性得到増 强。其次，机械手可具有重构化的机械结构，即模块化，经 拼装，机械手可具有的功能是:根据实际作业需要启动所 需的模块，实现所对应的功能，让同一机械手具有不同的 功能，增大其应用范围。再者，随着低碳理念的深人人心，机械手的发展也将以无污染、节能为前提，如用一，考文献：

[1 ]明仁熊.液压与气压传动[M].北京:国防工业出版社，2003.[2] 陆祥生.机械手一理论及应用[M].北京:中国铁道出版社，1985.[3] 王承义.机械手及其应用[M].北京:机械丁.业出版社，1981.(上接第74页）各个端口将各个设备连接起来。主要由 记忆模块和采集模块，依靠RS-485通讯接口，实施交互 信息。RS-485通讯协议规定了串行通信数据单元的格 式：1位起始位，6/7/8位数据位，1位奇偶校验位，1/2位 停止位。RS-485全称为EIA-485串行通信标准，只规定 了平衡发送器和接收器的电气特性，而没有规定接插件、传输电缆和应用层通信协议，数据信号采用差分传输方 式。

记忆模块主要是ARM芯片内置了 64 k或128 k字 节的Flash ROM用于存放程序代码；记忆部分含有具有 断电数据保护功能的SRAM,有读写速度快，抗干扰能力 强，掉电数据不丟失的特点。通讯过程中均采用厂家定义 的通信协议，此外记忆模块还

6结语

本远程抄表系统主要用于电力部门对发电厂、变电 站和大

用户系统进行远程抄表和实时监控。通过它可以 减少人工抄表的劳动强度，避免工人工作时可能出现的 意外伤害，并且能够及时发现违法窃电现象，解决了用户 玉电量管理部门的矛盾。该系统具有抄收速度快、计算精 度高、管理数字化、运行成本低等突出的优点，设计中选 用性价比较好的通信模块，在满足用户需求的基础上，极 大地降低了系统的成本，具有广阔的市场前景。

参考文献：

有电源抗干扰设计。采集模 块顾名思义就是对电表数据进行采集。[1] 郭天祥编.51单片机C语言教程[M].北京:电子工业出版 社，采用I2C接口串 行E2PROM作为存储器存人记忆模块，各个电2009.表数据通 过RS485接口进行通讯。[2] 康华光.电子技术基础[M].北京:高等教育出版社，2006.5系统的可行性和发展前景

该产品可以实现一个控制室对全市或更大范围内的 电表进行统一的集中抄表、管理，这样可以节约大量的人 力物力。同时，抄表系统有自动诊断功能，可以将当前的 电表状态实时的传送到控制室，给控制室提供当前的最 新资料。

该抄表系统采用GSM网络进行数据传输，无特殊情 况下，仅仅传输电表数据，这样的数据传输量相当的小，在特殊情况下，可以采集图像信息。采用这种方式，可以 在最大的程度上降低运营成本。与传统的人力抄表来说，减少的成本是相当可观的。

现在国家提出要向信息化社会发展，传统的抄表方 式势必会被这种智能的抄表系统所取代，这种技术也是 未来发展的一个方向。这个抄表系统的市场空间很大，在 国家相关政策的推动下，这个技术被广泛的推广使用。

[3] 谭浩强，张基温.C语言程序设计教程[M].北京:高等教育出 版

社，2006.14]文全刚.嵌人式系统接口原理与应用[M].北京:北京航空航 天大

学出版社，2009.

第三篇：超硬材料刀具在机械加工中的应用分析

超硬材料刀具在机械加工中的应用分析

（湖北航特科技有限责任公司 湖北 荆门？448000）

摘 要： 随着机械加工行业的不断发展，其使用刀具材料的性能和强度也受到了相关行业者的关注，机械加工工作中刀具应该具备较强的硬度和韧性，因此超硬材料刀具逐渐被普及，文章将会从超硬材料刀具在机械加工中的应用进行分析，为我国机械加工行业的发展提供理论基础。

关键词： 超硬材料；刀具；机械加工；应用分析

超硬材料的刀具在机械加工中的应用和普及，为我国机械加工行业的发展做出了有效的推进，因此开展超硬材料刀具的实践研究可以为机械加工工作的质量和效率做出基本的保障。超硬材料刀具的理想成分是金刚石系列的材料，包括人造金刚石、天然金刚石以及立方氮化硼等，由于天然金刚石价格上的劣势，很多机械加工厂家为降低刀具生产成本会使用其他材料与金刚石相结合的方式制成复合型超硬材料的机械加工刀具。该技术源自美国，最初的研究是将氮化硼的微粒和金刚石的微粒相结合，经过高温高压处理合成了硬度较大的复合型刀具材料。经过十几年的发展，超硬材料刀具也有了更加广泛的材料来源，因此硬度和韧性也有了明显的提升，文章会从多种应用环境分析超硬材料刀具在现代化科技中的发展情况，同时对其在实际机械加工中产生的效果做出探讨。

1金刚石材质超硬材料刀具在机械加工中的应用

金刚石因其硬度的优势在我国机械加工中常常被应用在非铁族金属以及其它难以被加工材料的制造过程中，例如玻璃、石材、水泥、陶瓷、合金、水泥制品或者是硬质合金等等。据调查显示，金刚石材质的磨料以及超硬材料刀具在机械加工中的应用数量仅为整体的十分之一，主要用于磨削和车削加工，其种类有铣刀、车刀、镗刀等，大部分都是用在汽车和非机动车领域，还有一部分使用在家电、燃气以及其他机械加工行业中。

金刚石刀具在汽车和非机动车行业中主要作用与加工发动机活塞中的销孔、变速箱、气缸、裙部以及化油器等位置，这些位置普遍的特征就是硅含量较高，而且生产的方式属于流水线作业，因此会对加工其产品的刀具有着较高的要求，普通的硬质刀具很难达到该生产线的标准，而金刚石特有的韧性是其他硬质材料的十倍到五十倍以上，因此可以有效的提高机械加工的速度和质量，让机械零件加工的质量和效率得到显著的提高，同时还能让工件表面处理的工序得到有效的保障。

天然金??石的价格昂贵，因此很多厂家都根据金刚石的结构特点研制出了一系列的仿制材料代替天然金刚石，其中一种叫做金刚石烧结体，又称为人造聚晶金刚石，是通过高温高压的环境将不同种类金属结合剂与金刚石的单晶粉混合处理，形成了硬度较高的多晶体类金刚石材料。虽然比不上天然金刚石的硬度和耐磨性质，但是寿命和强度也高出其他硬质材料数十倍，因此已经成为了天然金刚石的主要替代品。

2立方氮化硼材质超硬材料刀具在机械加工中的应用

立方氮化硼自从二十世纪八十年代以来，就已经在全世界的汽车、机床、军事、航天、轴承等领域普及并应用，而且近几年还有继续扩大渗透领域的趋势。立方氮化硼具有生产效率高和自动化便捷等特点，因此被誉为是半永久性的机械加工工具材料。我国针对立方氮化硼的研究开始于二十世纪七十年代，通过使用转子槽、凸轮轴、油泵油嘴、滚珠丝杠、机床导轨等其他难以加工和处理的工序开展大量的实验和研究工作，并取得了较好的成果和应用经验。目前我国的立方氮化硼的规格和市场已经渐渐成熟，甚至某些加工成品的质量已经超过了国际先进技术。一部分先进企业开始使用陶瓷结合剂处理后的立方氮化硼在机械加工中应用和实践，对工件产品的质量和效果做出了优化。

立方氮化硼材质超硬刀具最大的特色是可以处理车削硬度大于45HRC的零件，立方氮化硼和铁族材质不会产生亲和性，因此可以将立方氮化硼作用在轴承钢、高速钢以及工具钢的加工和切削过程中，用车切的方式代替磨具，最大程度的提高机械加工的质量和效率。除此之外，立方氮化硼还具有很强的耐高温性质，在一千摄氏度的环境下也能保持好较为优质的硬度优势，性能上也比其他硬质材料稳定。例如在立方氮化硼材质的刀具加工炼钢炉进料外壳的封闭部位时，该工件的直径为1000mm左右，硬度大于55HRC，采用较为普通的硬质材料加工往往需要一个小时以上，使用立方氮化硼就仅仅需要七分钟左右，极大的提高了机械加工中的效率，同时还能保障工件表面处理粗糙率的减低，加强了工件的使用性能。使用立方氮化硼加工水泵辐板时，辐板的硬度一般为60HRC以上，使用一般材质的硬质材料刀具处理一块辐板需要三把合金刀具，而使用立方氮化硼处理时三块辐板只用一把立方氮化硼材质的刀具，不仅能为工件的生产速率做出保障，还能有效的延长刀具的使用寿命，稳定机械加工企业的经济效益。

结束语：

综上所述，超硬材料刀具在机械加工行业中的发展前景十分广阔，而且科研和生产的普及范围也愈来愈广，可以看出不同结构的超硬材料可以在不同的机械加工领域应用，因此技术人员需要根据工件的特点选择最适合进行切削的刀具材质，同时加强对超硬材料刀具的研发速度，提高我国在机械加工领域的自主知识产权，缩短和国际加工材料之间的距离。

第四篇：介绍一种超硬材料的简单加工方法

工作原因，笔者经常遇到客户反映，加工硬度较高的材料（HRC55以上）时一不小心丝锥就会折断。针对这种情况，笔者也研究了不少对策，比如减少切削速度、增换高压切削油、选用高质量丝锥、用数控机床代替摇臂钻加工以减少人为操作因素等等。虽取得了不错的效果，但多数情况下会有增加加工成本。

最近与客户交流中，发现一个不错的方法。在不更换设备的情况下，最大限度的提高性价比。客户使用情况良好，特来分享一下。介绍一种超硬材料的简单加工方法

客户攻牙材料SKD11（硬度HRC60以上），刚开始不小心就断丝锥。经过反复试验，终于一把丝锥可以攻丝45个！效果确实不凡。

方法其实也很简单，就是分50次多段攻丝。攻一小段退出丝锥，让切削油进入充分润滑，然后再进刀攻丝。如此反复，直到丝锥崩裂。一共攻丝45孔。极大节省了成本。只是效率一般。平均要3分钟一个孔。对于普通加工，成本和效率，权衡比较，还是节约成本为第一考虑要素。介绍一种超硬材料的简单加工方法，希望对同样有类似加工困难的朋友有所帮助。

第五篇：常用的超硬刀具材料有哪些有何主要特点

常用的超硬刀具材料有哪些?有何主要特点?

常用的超硬刀具材料有哪些

金刚石

金刚石是目前世界上已发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性等性能，在有色金属和非金属加工中得到广泛的应用，尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，如轿车发动机缸体、缸盖、变速箱和各种活塞等的加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具。超硬刀具材料_近年来，由于数控机床的普及和数控加工技术的高速发展，可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具的应用日渐普及。金刚石刀具现在和将来都是数控加工中不可缺少的重要刀具。

立方氮化硼(CBN)立方氮化硼是氮化硼的同素异构体，其结构与金刚石相似，硬度高达8000～9000HV，耐热度达1400℃，耐磨性好。近年来开发的多晶立方氮化硼(PCBN)是在高温高压下将微细的CBN颗粒通过结合相烧结在一起的多晶材料，既能胜任淬硬钢(45~65HRC)、轴承钢(60~64HRC)、高速钢(63~66HRC)、冷硬铸铁的粗车和精车，又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料的高速切削加工。

陶瓷刀具

陶瓷刀具是最有发展潜力的刀具之一，目前已引起世界工具界的重视。在工业发达的德国，约70%加工铸件的工序是由陶瓷刀具来完成的，而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%~10%。超硬刀具材料_由于数控机床、高效无污染切削、被加工材料硬等因素，迫使刀具材料必须更新换代，陶瓷刀具正是顺乎潮流，不断改革创新，在Al2O3陶瓷基体中添加20%~30%的SiC晶液制成晶须增韧陶瓷材料，SiC晶须的作用犹如钢筋混凝土中的钢筋，它能成为阻挡或改变裂纹扩展方向的障碍物，使刀具的韧性大幅度提高，是一种很有发展前途的刀具材料。为了提高纯氧化铝陶瓷的韧性，加入含量小于10%的金属，构成所谓金属陶瓷，这类刀具材料具有强大的生命力，正以强劲势头向前发展，也许将来会自成一系，成为刀具材料家族新成员。超硬刀具材料_陶瓷刀具的主要原料是Al2O3、SiO2、碳化物等，它们是地壳中最富足的资源，发展此类刀具不存在原料来源问题。因此，开发应用陶瓷刀具有重要的战略意义和深远的历史意义。由于切削加工机床和切削技术的突飞猛进，迫使刀具被动式同步。刀具材料的发展趋势，是向着高效率、高速度、高寿命方向发展。在各种刀具材料的发展中，硬质合金(包括涂层硬质合金)一枝独秀；HSS将进一步萎缩；HSS-E增幅缓慢；HSS-PM将有长足的进步；DH还会继续膨胀扰乱市场，不过好景不长；超硬刀具材料有广阔的发展空间，将继续扩大应用比例。形成了以硬质合金为主线，各种材料既有独特的优点和应用范围，又互相发展、互相竞争，又相互有所取代补充的整体格局。

常用的超硬刀具材料的主要特点

金刚石具有极高的硬度和耐磨性，其显微硬度可达10000HV，是刀具材料中最硬的材料。同时它的摩擦系数小，与非铁金属无亲和力，切屑易流出，热导率高，切削时不易产生积屑瘤，加工表面质量好。超硬刀具材料_能有效地加工非铁金属材料和非金属材料，如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、末烧结的硬质合金、各种纤维和颗粒加强的复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨的木材（尤其是实心木和胶合板等复合材料）。

金刚石的缺点是韧性差，热稳定性低。700℃～800℃时容易碳化，故不适于加工钢铁材料。超硬刀具材料_因为在高温下铁原子容易与碳原子作用而使其转化为石墨结构。此外，用它切削镍基合金时，同样也会迅速磨损。

CBN的硬度仅次于金刚石（可达8000HV～9000HV），并且热稳定性高（达1250℃～1350℃），对铁族元素化学惰性大，抗粘结能力强，而且用金刚石砂轮即可磨削开刃，故适于加工各种淬硬钢、热喷涂材料、冷硬铸铁和35HRC以上的钴基和镍基等难切削材料。

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