工具/原料

  金剛石（PCD）刀具

  方法/步驟1:

  1、PCD刀具介紹

  金剛石作為一種超硬刀具材料已廣泛應用于切削加工，天然金剛石價格昂貴限制了金剛石刀具的發(fā)展，20世紀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、價格昂貴的問題，使金剛石刀具的應用范圍擴展到航空、航天、汽車、電子、石材等多個領(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刀具和其他刀具材料的硬度和韌性對比圖。

  方法/步驟2:

  2、PCD刀具的性能優(yōu)勢

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

  2）PCD的導熱系數(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，能長期保持切削刃的鋒利程度。

  方法/步驟3:

  3、PCD刀具的結(jié)構(gòu)形式

  聚晶金剛石(PCD)刀具是通過把PCD復合片焊接到硬質(zhì)合金或者鋼的刀體上制成的刀具。由于PCD復合片將單晶金剛石的高硬度、耐磨性、低摩擦系數(shù)和強度與碳化鎢硬質(zhì)合金的高抗彎強度進行了結(jié)合，復合片的碳化鎢硬質(zhì)合金層為金剛石層提供了機械支持，增加了它的抗彎強度，同時硬質(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PCD刀具。

  方法/步驟4:

  4、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，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。對于鈦合金、銅合金、碳化鎢硬質(zhì)合金（Co 16%）、鋁合金（4-8%Si和9-13%Si）、高硅鋁合金（＞13%Si），CDW010牌號PCD刀具均可適用，對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塑料、填硅材料、硬質(zhì)碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料、陶瓷、木材時，刀具磨損嚴重，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。

  方法/步驟5:

  5、PCD刀具的材質(zhì)牌號性能

  PCD材質(zhì)牌號應用工況以及加工特性

  方法/步驟6:

  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、停工時間縮短、刀具壽命增加、硬材料、刀具成本、減少投資、其它。

  方法/步驟7:

  7、CBN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)速下進行切削加工，例如車削硅鋁合金時速度可達1000m/min，高速銑削3000m/min；

  （2）進給量Fr

  PCD刀具根據(jù)不同加工情況應選擇合適的進給量，進給量過大會影響表面粗糙度、過小會使切削溫度上升；

  （3）切削深度ap

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

  方法/步驟8:

  8、PCD刀具的常用應用領(lǐng)域

  （1）3C行業(yè)：隨著消費者對輕、薄、短、小以及時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)絡化的新技術(shù)——“3C”產(chǎn)品（計算機Computer，通信Communication，消費類電子產(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）越來越多的應用到手機背殼等領(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，巿場上有很多種鋁合金，汽車活塞、輪轂、發(fā)動機裙部、銷孔和汽缸體等部件的Si含量超過10%，同時又采用流水作業(yè)的方式，因此對刀具的硬度和使用壽命有很高要求，而且金屬基復合材料 (MMC) 和碳纖維復合材料也已應用到汽車領(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合材料是CFRP(碳纖維W強塑料)，碳纖維復合材料目前已經(jīng)占到了機身材料的約50%，PCD刀具對它特別有效。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。

  方法/步驟9:

  9、PCD刀具的發(fā)展前景

  汽車制造業(yè)推動PCD刀具的快速發(fā)展：近年來，為了減少汽車的總重量和燃油費用，鋁合金材料在汽車零部件中的使用越來越多，聚晶金剛石（PCD）刀具壽命長，能實現(xiàn)高效、高速、高精度切削加工，為此加工鋁合金汽車零部件用聚晶金剛石（PCD）刀具的使用量也在快速增長。

  國內(nèi)PCD刀具市場隨著刀具技術(shù)水平的發(fā)展也不斷擴大，目前中國第一汽車集團已有一百多個聚晶金剛石（PCD）車刀使用點。PCD刀具的應用也進一步推動了對其設計與制造技術(shù)的研究，國內(nèi)眾多知名高校和刀具制造商（華菱超硬）都在積極開展這方面的研究、研發(fā)和生產(chǎn)。