论文部分内容阅读
摘要：汽车行业的高速发展牵动着汽车相关产业的进步与发展，发动机制造行业就是其中之一，汽车行业发展要求的不断上涨，也就意味着作为汽车核心组成部分的发动机就肩负着提高整个汽车行业质量的重任。更高技术水平要求的发动机需要更加精细化的加工原件进行加工，而高速切削技术在发动机制造过程中就担任起了极其重要的角色，加工刀具的制造技术以及质量问题更是关乎整个发动机制造的技术基础。本文主要对刀具制造材料进行分析，在分析过程中也就各材料道具的发展进行一定探讨，并结合各刀具材料的自身性质简要阐述了道具自主设计制造过程中所面临的问题。
关键词：汽车发动机制造;发动机刀具;超硬材料;高速切削;自主设计制造
引言
汽车发动机制造行业是我国现在重点发展的一大行业之一，汽车的发动机是整个汽车行业发展的关键所在，汽车的速度，能源利用效率的提高等方面的需求都离不开发动机的发展。本文主要研究的是汽车发动机制造行业之中对于刀具的自主设计制造技术，提到刀具的自主设计制造，首当其冲的，就是对制造刀具的材料的了解，只有掌握各类刀具材料的特点与通性，才能在之后具体的自主设计制造过程中对刀具的材料选择灵活运用，所谓“知己知彼，百战不殆”，再熟悉与掌握各种刀具材料的性能极其运用之后，我们就可以从根本上减低刀具自主设计的难度，同时还能提高所设计的刀具的性能与实用性。
1.发动机制造行业刀具材料概况
对于整个汽车发动机制造行业刀具实际技术而言，能够对整个刀具性能起到关键作用的就是制备刀具时所选用的材料。可以说刀具材料的发展与运用决定了整个刀具行业切削加工能力的发展。在切削加工行业之中，发动机制造行业算得上是一个规模庞大，工艺精细化要求程度极高的重要邻域，各类刀具的运用程度广泛并且还保持有较高的运用水准。目前，在发动机制造行业中，最为常用的是硬质合金和高速钢刀具，当然也会用到一些特殊的超硬材料刀具，比如立方氮化硼（CBN）、人造金刚石（PCD）等，以上材料在后文中都会进行一一讲解。据调查了解到，上海通用五菱发动机工厂在加工铸铁曲轴、铸铁缸体以及铝合金缸盖时所使用的刀具材料，一般都包括有上述材料，其中主要以硬质合金为主，大约占到总体的76%，而其他材料像立方氮化硼（CBN）的占比约为2%、人造金刚石（PCD）的占比约为17%、高速钢的使用占比为4%，剩下约1%的材料为陶瓷[2]。
2.刀具材料所具备的基本性能
在刀具的切削部分，常伴随有极其强烈的摩擦以及高压高温现象，而且刀具的切削部分还可能会承受一定的振动甚至是一定的冲击。所以，道具切削部分的材料使用一点要具备以下几个特点：第一，高硬度和优异的耐磨性，通常的情况下，硬度水平越高，其耐磨性能也就表现得越好，整体生产制造出的刀具寿命也比较长，;第二，需要考虑到足够的冲击韧性与加工强度，冲击韧性主要指的是一种刀具材料在机械中面对不连续的，间断切削或者是冲击时，能够确定地保证机械中的强度不发生崩刃的能力，强度则主要指的是机械中的刀具材料在抵御切削力的运动作用时不至于发生刀杆的断裂或者是刀刃崩碎的能力，通常这种情况下，刀具材料的冲击韧性越高，材料就越脆，其中的冲击韧性就越弱，所以合理地进行材料的选择，调节材料的冲击韧性才是最大的关键;第三，高耐热性，耐热特点指的是一种刀具材料在工作中面临着大量高温的情况下，它能够很好地保持原本材料的耐磨、硬度、强度以及防止抗氧化、耐扩散和防止粘结等能力，刀具的正常工作往往都伴随着具有高温，能够在这种高温下维护材料的原有性能时极为重要的环境因素之一;第四，需要具备良好的经济性和工艺技术性相融合[4]。
3.各类刀具材料性能及其设计应用
3.1高速钢刀具的性能及其应用
高速钢（hss）材料是一种同时直接加入钨、钼、钒、铬等多种金属元素的新型快速高合金制作工具专用钢，经过特殊的高温热处理后其洛氏硬度可以维持在62～67hrc之间。而在其耐热和加工性能上，高速钢只有可以承受550～600℃的切削温度。但是高速钢的其他各个方面，比如热硬性、韧力、强度、制造工艺等各个方面的特点和性能均比较优异，就像它的抗弯强度，可以高效地达到普通硬质铝合金的2～3倍、甚至还是陶瓷材料的5～6倍。在汽车的发动机行业当中，高速钢一般都是用于对铝合金的缸体、缸盖等工件的加工，但是因为高速钢的线切削效率较低，在后来的应用过程之中也慢慢的被硬质合金等其他材料所取代，就比如缸盖传感器的螺纹孔丝锥，在由高速钢替换为硬质合金材料之后，原本螺纹孔丝锥的加工效率就提高了40%左右，丝锥的线速度也由38m/min提高到了53m/ min，整个加工刀具的寿命也由可以加工6000件提高到可以加工30000件的水平，这些效益的提升极大地缩减了整个螺纹孔丝锥的加工成本[2]。
在未来的发展方面，高速钢虽然性能方面占据有一定优势，但是一直都受到其加工效率的限制，很难继续发展，很快就会被其他材料所取代。
3.2硬质合金刀具的性能及其应用
通常的实际情况下，我们都会考虑选择直接采用金属粉末冶金的这种生产工艺而该方法是用来进行加工和生产制取优良的硬质金属合金，软质金属合金的洛氏硬度一般上的要求可以保持在89～93hra之间，其它的硬度相对比较高，大约达到能够直接承受850～1000℃的耐高温[6]，由硬质合金材料制成的刀具在冲击韧性、抗弯强度、工艺性等方面要略逊色于高速钢。通常，硬质的铝合金也可能会被人们用来设计和制造镗削铣刀、饺刀、钻头、齿轮刀具等一些结构较为复杂的刀具。目前，硬質铝合金正在以其优良的耐磨性和可取代其他各种刀具原材料，并越居为目前道具制造行业的一大主要的刀具材料。从目前的世界范围内而言，硬质合金材料的刀具早已经逐渐占据整个刀具制备工艺和材料的市场主导地位，占比约为70%，甚至更高[5]。
目前，在整个发动机制造行业中使用最为广泛的刀具制备材料就是硬质合金。在2014年，上汽通用五菱公司所使用的刀具当中，硬质合金材料刀具就占据了所用刀具总数的76% 左右，其范围涵盖了钻头、镗刀、丝锥、较刀、铣刀等，硬质合金良好的材料性能保证了整个发动机加工的效率以及整体的加工质量，加强了发动机整体的质量保障。例如，在使用硬质合金刀具加工灰铁250时，其钻头的切削速可以达到80～100m/min，丝锥的切削速度可以达到40～50m/min，铣刀的切削速度可以达到约200m/min的程度，在使用硬质合金刀具切削铝合金时，钻头的切削速度可以达到150～350m/min，其丝锥的切削速度可以达到50～60m/min，铣刀的切削速度可以达到约1000m/min的程度[2]。 在未来的一段时间内，硬质合金材料仍然会是刀具制备的主要材料，可以通过粘结相技术提高刀具切削刃的强度以及硬质合金的可靠性来拓宽硬质合金材料刀具的应用范围，同样，采用涂层硬质合金来提升刀具的性能也是未来发展的一大重要方向。
3.3陶瓷材料刀具的性能及其应用
在上世纪八十年代，陶瓷材料刀具可以说是取得突破性进展的一类刀具材料。与硬质合金材料相比，陶瓷材料刀具拥有着更为优异的红硬性、硬度和耐磨性能。同时在加工钢材的过程中，陶瓷刀具的耐用度更是惊人的达到了普通硬质合金材料刀具的10～20倍，陶瓷材料的红硬性也比硬质合金材料要高大约2～6倍，而且陶瓷材料具有更为稳定的化学性能﹑抗氧化能力也要优于硬质合金材料[7]。
陶瓷材料在硬度以及耐磨性能方面都要远远优于硬质合金材料，但陶瓷材料抗弯强度太低，冲击韧性差。选择出合适的陶瓷材料刀具可以在加工过程中发挥极大的作用，比如可以使用500～1000m/min的高速切削加工铸铁[5]，而在整个发动机制造行业中，陶瓷材料刀具一般用于对铸铁或是铸铁缸体的加工，有时侯也会在锻钢曲轴的加工过程中使用到陶瓷材料刀具，例如，在某些公司加工精铣灰铁250缸体顶面时就采用了陶瓷材料刀具，其线速度大约保持在800m/min。
3.4人造金刚石刀具的性能及其应用
在刀具制造行业中，人造金刚石一般指的都是一种特殊的聚晶金刚石（PCD），这种金刚石是由金属结合剂与一点点的金刚石微粉均匀地混合，之后通过高温高压促使其内部结构结晶而成;其性质及其优异，但是由于碳元素本身对铁的亲和作用，尤其是处在高温环境下时，金刚石很容易就会和铁发生化学反应，导致金刚石刀具无法应用在切削铁器以及铁合金工件的工作之中。
对于需要由铝合金材料来制备的发动机缸体、缸盖来说，一些较为先进的企业早已应用起聚晶金刚石面铣刀来进行发动机缸体、缸盖的加工[3]。针对于目前发动机的发展现状而言，部分硬质合金以及陶瓷刀具早已很难再满足高速铣削的要求了，对此，绝大多数发动机制造加工公司的铝合金缸体、缸盖的各个面的精加工还有一部分的钻饺孔刀具都已经开始采用聚晶金刚石材料刀具进行加工了。例如，缸盖顶面的聚晶金刚石精铣刀具的切削速度可以达到4000m/min ，只需要5.3s的时间就可以完成单件加工，而整个聚晶金刚石的刀具寿命可以达到加工1500O件的水准，从加工效率方面而言，聚晶金刚石铣刀的效率是硬质合金材料铣刀具的2倍，而再刀具寿命方面则高达12倍之多。
在未来发展中，聚晶金刚石刀具将继续应用于铝合金加工工艺中，当时随着金刚石厚膜涂层和人工合成单晶金刚石技术的不断发展和成熟，聚晶金刚石材料始终会因为其较高的成本而被逐渐淘汰。
3.5立方氮化硼刀具
在20世纪50年代末期，人们采用了一种与制造金刚石相类似的工艺方法，偶然间就合成了一种特殊的超硬性材料，立方氮化硼（CBN）。但是由于立方氮化硼的高温烧结和氧化性能严重不足，在20世纪70年代，人们又将其基础上改造为聚晶立方氮化硼（PCBN）。何为立方氮化硼，其实也就是立方氮化硼的一种致密物理形态，其拥有很高的坚韧性和硬度以及较好的耐热性（立方氮化硼的坚韧性在其中仅次于金刚石，而且它的耐热性在1300～1500℃之间），同样，立方氮化硼刀具的切削速度也要求远远高于其他硬质合金的刀具，可以做到硬质合金刀具的4～6倍，不止如此，立方氮化硼也因其化学稳定性、导热能力非常好以及极少的摩擦系数（立方氮化硼在化学上的稳定性要远远超过金刚石）。同时，聚晶复合立方金属氮化硼不同于其他金刚石的一点就是，其与碳和fe等族金属元素的化学亲和力也非常低，所以我们需要利用这种新型聚晶复合立方金属氮化硼切削刀具的一些优点可用来高速动刀切削黑色金属，这种切削刀具无疑是非常理想的高速切削金属刀具[6]。在精铣灰铁250缸體顶面时，采用立方氮化硼刀具可以将加工速度提高到1000m/ min，立方氮化硼材料刀具的加工效率是硬质合金刀具的5倍，只需要15s的时间，立方氮化硼材料刀具就可以完成精铣灰铁250缸体单件的加工，而且加工之后加工面的平面度与粗糙度稳定性都要明显的优于硬质合金刀具的加工面平面度与粗糙度稳定性。
氮化硼刀具作为高速切削铁碳合金的首选刀具材料，拥有着极其优越的性能，唯一的缺陷在于制作成本较高，立方氮化硼材料虽然性能优异但是成本过高，很难得到广泛应用，但是可以通过添加立方氮化硼的纳米复合型Al2O3基陶瓷材料来减少立方氮化硼的消耗量。
4.对刀具自主设计制造的技术的具体分析
4.1发动机制造行业整体刀具主要发展趋势
在科技迅猛发展的今天，高速加工技术早已走向成熟，能够充分适应高速切削的刀具层出不穷，对于不同刀具的各种应用方式也令人目不暇接。在高速切削加工的过程中，我们一直都会要求刀具材料的化学亲和力及其与被切削的材料之间相互的化学亲合力应该要尽可能地较小，而且这种刀具材料也需要它们具备良好的抗冲击、热稳定性、机械动力学性能及良好的耐磨损等特点。而在未来的技术发展潮流之中，刀具的制造必须能够满足较高的切削精度，达到超高速切削，材料也必将具备更加优异的化学性能。在过去，发动机制造行业切削刀具材料只要是以高速钢和硬质合金等一系列材料为基础制备的;如今，像高速钢一类的材料以及无法满足生产需求，人们也开始研究探索出了更多的新型的材料，并投入到了发动机制造行业之中;在未来，未来满足更高的生产需求以及更低的制备成本，我们将目光投向了更具意义的纳米领域，研究并开发一些结合纳米邻域的涂层技术来整体提高刀具性能。
4.2刀具自主设计制造简要流程
在刀具的自主设计制造过程中，首先要明确的就是项目目标，并以项目目标为基本点，寻找出项目的核心攻关难点，一般情况下，刀具自主设计的主要难点为核心参数的选型以及修磨设备产能供应。结合各类刀具制备材料的属性进行分析，根据自身产业需求寻找合适的资料参数，然后结合材料性能经行分析比选，选择合适的目标刀具，设定相应的制造参数。之后可以制定现有的制造工艺规划，针对不同的加工刀具，其制造工艺流程也各不相同，但总体的工艺流程大致如下：（1）实心标准材料选购;（2）刃具加工处理（3）刃口处理检验;（4）柄部开槽刻号;（5）涂层或钝化;（6）包装入库[1]。
在刀具自主设计过程中较为关键的就是制造关键参数的选择、棒料质量的对比以及工艺参数的选择，一般情况下我们可以通过将整个刀具成本上线进行加工来检验刀具产品的质量，在反推出不同参数、不同棒料以及不同加工工艺之间的差异，主要可以利用加工过程中刀具前刀面的磨损宽度对比，刀具后刀面的磨损宽度对比，刀具后刀面的粘屑宽度对比来指定出整体的制造参数总结，合理选择材料并判断各材料的影响性和效益水平，然后将选定目标参数投入生产，最终完成刀具自主设计制造工作[1]。
5.小结
刀具的自主设计制造一直都是企业自主创新发展的一条重要路线，目前社会工业高速切削加工技术越来越成熟，加工刀具也从材料到设计工艺方面不断地升级，而发动机制造对于高速切削刀具又是刚需，如果汽车发动机制造企业能够熟练掌握刀具自主设计制造技术，那么对于一些特殊化，专利化的发动机原件加工需求也能够轻易满足，这将大大地提高整个企业地核心竞争力，为企业的未来发展做好长足准备。
参考文献
[1] 党战国， 张秀磊， 张敏坤. 汽车发动机制造行业刀具自主设计制造的技术应用[J]. 汽车实用技术， 2018， 000（002）：142-144.
[2] 刘立波， 商成超. 汽车发动机制造行业刀具材料现状及展望[J]. 工具技术， 2014， 48（6）：16-18.
[3] 陈承锐. 浅谈汽车发动机制造企业的刀具应用管理[J]. 装备制造技术， 2019， 000（004）：184-189.
[4] 黄永辉、张文龙、王刚、王禹亭、和西录. 发动机工厂刀具管理的探讨[J]. 世界制造技术与装备市场， 2020， No.169（04）：44-46.
关键词：汽车发动机制造;发动机刀具;超硬材料;高速切削;自主设计制造
引言
汽车发动机制造行业是我国现在重点发展的一大行业之一，汽车的发动机是整个汽车行业发展的关键所在，汽车的速度，能源利用效率的提高等方面的需求都离不开发动机的发展。本文主要研究的是汽车发动机制造行业之中对于刀具的自主设计制造技术，提到刀具的自主设计制造，首当其冲的，就是对制造刀具的材料的了解，只有掌握各类刀具材料的特点与通性，才能在之后具体的自主设计制造过程中对刀具的材料选择灵活运用，所谓“知己知彼，百战不殆”，再熟悉与掌握各种刀具材料的性能极其运用之后，我们就可以从根本上减低刀具自主设计的难度，同时还能提高所设计的刀具的性能与实用性。
1.发动机制造行业刀具材料概况
对于整个汽车发动机制造行业刀具实际技术而言，能够对整个刀具性能起到关键作用的就是制备刀具时所选用的材料。可以说刀具材料的发展与运用决定了整个刀具行业切削加工能力的发展。在切削加工行业之中，发动机制造行业算得上是一个规模庞大，工艺精细化要求程度极高的重要邻域，各类刀具的运用程度广泛并且还保持有较高的运用水准。目前，在发动机制造行业中，最为常用的是硬质合金和高速钢刀具，当然也会用到一些特殊的超硬材料刀具，比如立方氮化硼（CBN）、人造金刚石（PCD）等，以上材料在后文中都会进行一一讲解。据调查了解到，上海通用五菱发动机工厂在加工铸铁曲轴、铸铁缸体以及铝合金缸盖时所使用的刀具材料，一般都包括有上述材料，其中主要以硬质合金为主，大约占到总体的76%，而其他材料像立方氮化硼（CBN）的占比约为2%、人造金刚石（PCD）的占比约为17%、高速钢的使用占比为4%，剩下约1%的材料为陶瓷[2]。
2.刀具材料所具备的基本性能
在刀具的切削部分，常伴随有极其强烈的摩擦以及高压高温现象，而且刀具的切削部分还可能会承受一定的振动甚至是一定的冲击。所以，道具切削部分的材料使用一点要具备以下几个特点：第一，高硬度和优异的耐磨性，通常的情况下，硬度水平越高，其耐磨性能也就表现得越好，整体生产制造出的刀具寿命也比较长，;第二，需要考虑到足够的冲击韧性与加工强度，冲击韧性主要指的是一种刀具材料在机械中面对不连续的，间断切削或者是冲击时，能够确定地保证机械中的强度不发生崩刃的能力，强度则主要指的是机械中的刀具材料在抵御切削力的运动作用时不至于发生刀杆的断裂或者是刀刃崩碎的能力，通常这种情况下，刀具材料的冲击韧性越高，材料就越脆，其中的冲击韧性就越弱，所以合理地进行材料的选择，调节材料的冲击韧性才是最大的关键;第三，高耐热性，耐热特点指的是一种刀具材料在工作中面临着大量高温的情况下，它能够很好地保持原本材料的耐磨、硬度、强度以及防止抗氧化、耐扩散和防止粘结等能力，刀具的正常工作往往都伴随着具有高温，能够在这种高温下维护材料的原有性能时极为重要的环境因素之一;第四，需要具备良好的经济性和工艺技术性相融合[4]。
3.各类刀具材料性能及其设计应用
3.1高速钢刀具的性能及其应用
高速钢（hss）材料是一种同时直接加入钨、钼、钒、铬等多种金属元素的新型快速高合金制作工具专用钢，经过特殊的高温热处理后其洛氏硬度可以维持在62～67hrc之间。而在其耐热和加工性能上，高速钢只有可以承受550～600℃的切削温度。但是高速钢的其他各个方面，比如热硬性、韧力、强度、制造工艺等各个方面的特点和性能均比较优异，就像它的抗弯强度，可以高效地达到普通硬质铝合金的2～3倍、甚至还是陶瓷材料的5～6倍。在汽车的发动机行业当中，高速钢一般都是用于对铝合金的缸体、缸盖等工件的加工，但是因为高速钢的线切削效率较低，在后来的应用过程之中也慢慢的被硬质合金等其他材料所取代，就比如缸盖传感器的螺纹孔丝锥，在由高速钢替换为硬质合金材料之后，原本螺纹孔丝锥的加工效率就提高了40%左右，丝锥的线速度也由38m/min提高到了53m/ min，整个加工刀具的寿命也由可以加工6000件提高到可以加工30000件的水平，这些效益的提升极大地缩减了整个螺纹孔丝锥的加工成本[2]。
在未来的发展方面，高速钢虽然性能方面占据有一定优势，但是一直都受到其加工效率的限制，很难继续发展，很快就会被其他材料所取代。
3.2硬质合金刀具的性能及其应用
通常的实际情况下，我们都会考虑选择直接采用金属粉末冶金的这种生产工艺而该方法是用来进行加工和生产制取优良的硬质金属合金，软质金属合金的洛氏硬度一般上的要求可以保持在89～93hra之间，其它的硬度相对比较高，大约达到能够直接承受850～1000℃的耐高温[6]，由硬质合金材料制成的刀具在冲击韧性、抗弯强度、工艺性等方面要略逊色于高速钢。通常，硬质的铝合金也可能会被人们用来设计和制造镗削铣刀、饺刀、钻头、齿轮刀具等一些结构较为复杂的刀具。目前，硬質铝合金正在以其优良的耐磨性和可取代其他各种刀具原材料，并越居为目前道具制造行业的一大主要的刀具材料。从目前的世界范围内而言，硬质合金材料的刀具早已经逐渐占据整个刀具制备工艺和材料的市场主导地位，占比约为70%，甚至更高[5]。
目前，在整个发动机制造行业中使用最为广泛的刀具制备材料就是硬质合金。在2014年，上汽通用五菱公司所使用的刀具当中，硬质合金材料刀具就占据了所用刀具总数的76% 左右，其范围涵盖了钻头、镗刀、丝锥、较刀、铣刀等，硬质合金良好的材料性能保证了整个发动机加工的效率以及整体的加工质量，加强了发动机整体的质量保障。例如，在使用硬质合金刀具加工灰铁250时，其钻头的切削速可以达到80～100m/min，丝锥的切削速度可以达到40～50m/min，铣刀的切削速度可以达到约200m/min的程度，在使用硬质合金刀具切削铝合金时，钻头的切削速度可以达到150～350m/min，其丝锥的切削速度可以达到50～60m/min，铣刀的切削速度可以达到约1000m/min的程度[2]。 在未来的一段时间内，硬质合金材料仍然会是刀具制备的主要材料，可以通过粘结相技术提高刀具切削刃的强度以及硬质合金的可靠性来拓宽硬质合金材料刀具的应用范围，同样，采用涂层硬质合金来提升刀具的性能也是未来发展的一大重要方向。
3.3陶瓷材料刀具的性能及其应用
在上世纪八十年代，陶瓷材料刀具可以说是取得突破性进展的一类刀具材料。与硬质合金材料相比，陶瓷材料刀具拥有着更为优异的红硬性、硬度和耐磨性能。同时在加工钢材的过程中，陶瓷刀具的耐用度更是惊人的达到了普通硬质合金材料刀具的10～20倍，陶瓷材料的红硬性也比硬质合金材料要高大约2～6倍，而且陶瓷材料具有更为稳定的化学性能﹑抗氧化能力也要优于硬质合金材料[7]。
陶瓷材料在硬度以及耐磨性能方面都要远远优于硬质合金材料，但陶瓷材料抗弯强度太低，冲击韧性差。选择出合适的陶瓷材料刀具可以在加工过程中发挥极大的作用，比如可以使用500～1000m/min的高速切削加工铸铁[5]，而在整个发动机制造行业中，陶瓷材料刀具一般用于对铸铁或是铸铁缸体的加工，有时侯也会在锻钢曲轴的加工过程中使用到陶瓷材料刀具，例如，在某些公司加工精铣灰铁250缸体顶面时就采用了陶瓷材料刀具，其线速度大约保持在800m/min。
3.4人造金刚石刀具的性能及其应用
在刀具制造行业中，人造金刚石一般指的都是一种特殊的聚晶金刚石（PCD），这种金刚石是由金属结合剂与一点点的金刚石微粉均匀地混合，之后通过高温高压促使其内部结构结晶而成;其性质及其优异，但是由于碳元素本身对铁的亲和作用，尤其是处在高温环境下时，金刚石很容易就会和铁发生化学反应，导致金刚石刀具无法应用在切削铁器以及铁合金工件的工作之中。
对于需要由铝合金材料来制备的发动机缸体、缸盖来说，一些较为先进的企业早已应用起聚晶金刚石面铣刀来进行发动机缸体、缸盖的加工[3]。针对于目前发动机的发展现状而言，部分硬质合金以及陶瓷刀具早已很难再满足高速铣削的要求了，对此，绝大多数发动机制造加工公司的铝合金缸体、缸盖的各个面的精加工还有一部分的钻饺孔刀具都已经开始采用聚晶金刚石材料刀具进行加工了。例如，缸盖顶面的聚晶金刚石精铣刀具的切削速度可以达到4000m/min ，只需要5.3s的时间就可以完成单件加工，而整个聚晶金刚石的刀具寿命可以达到加工1500O件的水准，从加工效率方面而言，聚晶金刚石铣刀的效率是硬质合金材料铣刀具的2倍，而再刀具寿命方面则高达12倍之多。
在未来发展中，聚晶金刚石刀具将继续应用于铝合金加工工艺中，当时随着金刚石厚膜涂层和人工合成单晶金刚石技术的不断发展和成熟，聚晶金刚石材料始终会因为其较高的成本而被逐渐淘汰。
3.5立方氮化硼刀具
在20世纪50年代末期，人们采用了一种与制造金刚石相类似的工艺方法，偶然间就合成了一种特殊的超硬性材料，立方氮化硼（CBN）。但是由于立方氮化硼的高温烧结和氧化性能严重不足，在20世纪70年代，人们又将其基础上改造为聚晶立方氮化硼（PCBN）。何为立方氮化硼，其实也就是立方氮化硼的一种致密物理形态，其拥有很高的坚韧性和硬度以及较好的耐热性（立方氮化硼的坚韧性在其中仅次于金刚石，而且它的耐热性在1300～1500℃之间），同样，立方氮化硼刀具的切削速度也要求远远高于其他硬质合金的刀具，可以做到硬质合金刀具的4～6倍，不止如此，立方氮化硼也因其化学稳定性、导热能力非常好以及极少的摩擦系数（立方氮化硼在化学上的稳定性要远远超过金刚石）。同时，聚晶复合立方金属氮化硼不同于其他金刚石的一点就是，其与碳和fe等族金属元素的化学亲和力也非常低，所以我们需要利用这种新型聚晶复合立方金属氮化硼切削刀具的一些优点可用来高速动刀切削黑色金属，这种切削刀具无疑是非常理想的高速切削金属刀具[6]。在精铣灰铁250缸體顶面时，采用立方氮化硼刀具可以将加工速度提高到1000m/ min，立方氮化硼材料刀具的加工效率是硬质合金刀具的5倍，只需要15s的时间，立方氮化硼材料刀具就可以完成精铣灰铁250缸体单件的加工，而且加工之后加工面的平面度与粗糙度稳定性都要明显的优于硬质合金刀具的加工面平面度与粗糙度稳定性。
氮化硼刀具作为高速切削铁碳合金的首选刀具材料，拥有着极其优越的性能，唯一的缺陷在于制作成本较高，立方氮化硼材料虽然性能优异但是成本过高，很难得到广泛应用，但是可以通过添加立方氮化硼的纳米复合型Al2O3基陶瓷材料来减少立方氮化硼的消耗量。
4.对刀具自主设计制造的技术的具体分析
4.1发动机制造行业整体刀具主要发展趋势
在科技迅猛发展的今天，高速加工技术早已走向成熟，能够充分适应高速切削的刀具层出不穷，对于不同刀具的各种应用方式也令人目不暇接。在高速切削加工的过程中，我们一直都会要求刀具材料的化学亲和力及其与被切削的材料之间相互的化学亲合力应该要尽可能地较小，而且这种刀具材料也需要它们具备良好的抗冲击、热稳定性、机械动力学性能及良好的耐磨损等特点。而在未来的技术发展潮流之中，刀具的制造必须能够满足较高的切削精度，达到超高速切削，材料也必将具备更加优异的化学性能。在过去，发动机制造行业切削刀具材料只要是以高速钢和硬质合金等一系列材料为基础制备的;如今，像高速钢一类的材料以及无法满足生产需求，人们也开始研究探索出了更多的新型的材料，并投入到了发动机制造行业之中;在未来，未来满足更高的生产需求以及更低的制备成本，我们将目光投向了更具意义的纳米领域，研究并开发一些结合纳米邻域的涂层技术来整体提高刀具性能。
4.2刀具自主设计制造简要流程
在刀具的自主设计制造过程中，首先要明确的就是项目目标，并以项目目标为基本点，寻找出项目的核心攻关难点，一般情况下，刀具自主设计的主要难点为核心参数的选型以及修磨设备产能供应。结合各类刀具制备材料的属性进行分析，根据自身产业需求寻找合适的资料参数，然后结合材料性能经行分析比选，选择合适的目标刀具，设定相应的制造参数。之后可以制定现有的制造工艺规划，针对不同的加工刀具，其制造工艺流程也各不相同，但总体的工艺流程大致如下：（1）实心标准材料选购;（2）刃具加工处理（3）刃口处理检验;（4）柄部开槽刻号;（5）涂层或钝化;（6）包装入库[1]。
在刀具自主设计过程中较为关键的就是制造关键参数的选择、棒料质量的对比以及工艺参数的选择，一般情况下我们可以通过将整个刀具成本上线进行加工来检验刀具产品的质量，在反推出不同参数、不同棒料以及不同加工工艺之间的差异，主要可以利用加工过程中刀具前刀面的磨损宽度对比，刀具后刀面的磨损宽度对比，刀具后刀面的粘屑宽度对比来指定出整体的制造参数总结，合理选择材料并判断各材料的影响性和效益水平，然后将选定目标参数投入生产，最终完成刀具自主设计制造工作[1]。
5.小结
刀具的自主设计制造一直都是企业自主创新发展的一条重要路线，目前社会工业高速切削加工技术越来越成熟，加工刀具也从材料到设计工艺方面不断地升级，而发动机制造对于高速切削刀具又是刚需，如果汽车发动机制造企业能够熟练掌握刀具自主设计制造技术，那么对于一些特殊化，专利化的发动机原件加工需求也能够轻易满足，这将大大地提高整个企业地核心竞争力，为企业的未来发展做好长足准备。
参考文献
[1] 党战国， 张秀磊， 张敏坤. 汽车发动机制造行业刀具自主设计制造的技术应用[J]. 汽车实用技术， 2018， 000（002）：142-144.
[2] 刘立波， 商成超. 汽车发动机制造行业刀具材料现状及展望[J]. 工具技术， 2014， 48（6）：16-18.
[3] 陈承锐. 浅谈汽车发动机制造企业的刀具应用管理[J]. 装备制造技术， 2019， 000（004）：184-189.
[4] 黄永辉、张文龙、王刚、王禹亭、和西录. 发动机工厂刀具管理的探讨[J]. 世界制造技术与装备市场， 2020， No.169（04）：44-46.