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)給量過大會(huì)影響表面粗糙度,、過小會(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,。