聚晶金剛石刀具介紹

金剛石作為一種超硬刀具材料已廣泛應(yīng)用于切削加工，天然金剛石價(jià)格昂貴限制了金剛石刀具的發(fā)展，20世紀(jì)70年代，人們利用高壓合成技術(shù)合成了聚晶金剛石（PCD），解決了天然金剛石數(shù)量稀少、價(jià)格昂貴的問(wèn)題，使金剛石刀具的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到航空、航天、汽車、電子、石材等多個(gè)領(lǐng)域。

聚晶金剛石（PCD）刀具主要用于加工有色金屬等非黑色金屬，能夠刃磨出很鋒利的刃口，得到較好的加工表面，而且還是加工非金屬新型材料的首選材料，可以切削硬質(zhì)合金及工業(yè)陶瓷等高硬度產(chǎn)品。

PCD刀具的性能優(yōu)勢(shì)

1）PCD的硬度可達(dá)8000HV，為硬質(zhì)合金的80~120倍，而且PCD的耐磨性更好。

2）PCD的導(dǎo)熱系數(shù)為700W/MK，為硬質(zhì)合金的1.5～9倍，甚至高于PCBN和銅。因此PCD刀具熱量傳遞迅速，良好的傳熱性在很大程度上能夠延長(zhǎng)刀具壽命。

3）PCD的摩擦系數(shù)一般僅為0.1至0.3，而硬質(zhì)合金的摩擦系數(shù)為0.4～1。因此PCD刀具可顯著減小切削力，從而延長(zhǎng)了刀具壽命。

4）PCD的熱膨脹系數(shù)小，因此PCD刀具熱變形小，加工精度高。刀具熱變形越大，加工出的工件表面質(zhì)量就越差，要想加工出良好加工表面質(zhì)量的工件就必須嚴(yán)格控制刀具的熱變形。

5）PCD刀具與有色金屬和非金屬材料的親和力小，在加工過(guò)程中刀尖不易形成積屑瘤。刀具與被加工材料的親和力小，那么在加工過(guò)程中被加工材料就不容易粘接在刀具表面，也就不容易形成積屑瘤。

6）PCD刀具的彈性模量大，斷裂強(qiáng)度高（比氧化鋁高三倍），切削刃鈍圓半徑值可以磨得很小，不易斷裂，能長(zhǎng)期保持切削刃的鋒利程度。

PCD刀具的結(jié)構(gòu)形式

聚晶金剛石(PCD)刀具是通過(guò)把PCD復(fù)合片焊接到硬質(zhì)合金或者鋼的刀體上制成的刀具。由于PCD復(fù)合片將單晶金剛石的高硬度、耐磨性、低摩擦系數(shù)和強(qiáng)度與碳化鎢硬質(zhì)合金的高抗彎強(qiáng)度進(jìn)行了結(jié)合，復(fù)合片的碳化鎢硬質(zhì)合金層為金剛石層提供了機(jī)械支持，增加了它的抗彎強(qiáng)度，同時(shí)硬質(zhì)合金層易于焊接，使制作成品刀具變得容易。

PCD刀具的結(jié)構(gòu)形式有：PCD刀片、PCD銑刀、PCD鉸刀、PCD鉆頭、PCD切槽刀、非標(biāo)PCD刀具。

PCD刀具的加工材質(zhì)

1）難加工有色金屬及其合金材料

加工銅、鋅、鋁等有色金屬及其合金、燒結(jié)硬質(zhì)合金、鈦合金、巴氏合金時(shí)，材料易粘附刀具，加工困難，PCD刀具可有效防止金屬與刀具發(fā)生粘結(jié)，刀具使用壽命長(zhǎng)。對(duì)于鈦合金、銅合金、碳化鎢硬質(zhì)合金（Co<16%和Co>16%）、鋁合金（4-8%Si和9-13%Si）、高硅鋁合金（＞13%Si），CDW010牌號(hào)PCD刀具均可適用，對(duì)于耐磨性要求更高的合金材料可選用粗粒度及混合粒度PCD材質(zhì)刀具CDW025和CDW302。

2）難加工非金屬材料

加工如玻璃纖維增強(qiáng)塑料、填硅材料、硬質(zhì)碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料、陶瓷、木材時(shí)，刀具磨損嚴(yán)重，難以加工，PCD刀具硬度高、耐磨性好，加工效率高，常用PCD材質(zhì)有CDW010、CDW025和CDW302。

5、PCD刀具的材質(zhì)牌號(hào)性能

除常規(guī)PCD刀具的結(jié)構(gòu)形式外，可定制PCD斷屑槽刀片、PCD銑刀片及非標(biāo)PCD刀具等。

PCD材質(zhì)牌號(hào)應(yīng)用工況以及加工特性

PCD刀具材料及切削參數(shù)

6、PCD刀具的選擇

PCD刀具選用的主要考慮因素：表面精度、外形精度、尺寸精度、刀具變形、工作周期縮短、停工時(shí)間縮短、刀具壽命增加、硬材料、刀具成本、減少投資、其它。

PCD 刀具的切削參數(shù)

（1）切削速度Vc

PCD刀具可在極高的主軸轉(zhuǎn)速下進(jìn)行切削加工，例如車削硅鋁合金時(shí)速度可達(dá)1000m/min，高速銑削3000m/min；

（2）進(jìn)給量Fr

PCD刀具根據(jù)不同加工情況應(yīng)選擇合適的進(jìn)給量，進(jìn)給量過(guò)大會(huì)影響表面粗糙度、過(guò)小會(huì)使切削溫度上升；

（3）切削深度ap

PCD刀具根據(jù)加工工藝不同應(yīng)選擇合適的切削深度，切削深度過(guò)大會(huì)影響刀具壽命。

PCD刀具的應(yīng)用領(lǐng)域

（1）3C行業(yè)：隨著消費(fèi)者對(duì)輕、薄、短、小以及時(shí)尚新潮的要求越來(lái)越多，基于高科技的數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的新技術(shù)——“3C”產(chǎn)品（計(jì)算機(jī)Computer，通信Communication，消費(fèi)類電子產(chǎn)品ConsumerElectronics）層出不窮，產(chǎn)品數(shù)量、種類極為豐富。在“3C”產(chǎn)品的外殼應(yīng)用上，鎂鋁合金已逐漸取代ABS、PC等材料，目前隨著5G通訊技術(shù)的發(fā)展，新型材料陶瓷（氧化鋯）越來(lái)越多的應(yīng)用到手機(jī)背殼等領(lǐng)域。

（2）汽車行業(yè)：鋁合金已成為交通工業(yè)需求的致力于減輕重量的理想材料，巿場(chǎng)上有很多種鋁合金，汽車活塞、輪轂、發(fā)動(dòng)機(jī)裙部、銷孔和汽缸體等部件的Si含量超過(guò)10%，同時(shí)又采用流水作業(yè)的方式，因此對(duì)刀具的硬度和使用壽命有很高要求，而且金屬基復(fù)合材料(MMC)和碳纖維復(fù)合材料也已應(yīng)用到汽車領(lǐng)域，采用PCD刀具能夠保證加工速率和加工質(zhì)量。

（3）航空航天行業(yè)：用于航空航天最普遍的復(fù)合材料是CFRP(碳纖維W強(qiáng)塑料)，碳纖維復(fù)合材料目前已經(jīng)占到了機(jī)身材料的約50%，PCD刀具對(duì)它特別有效。典型的CFRP零件是飛行器的翼梁，還有由這種零件材料制成的軸承、泵零件和套筒。