pcd刀具

1、PCD的定義PCD是英文Polycrystallinediamond的簡稱中文直譯過來是聚晶金剛石的意思.它與單晶金剛石相對(duì)應(yīng).摘自:中國機(jī)械資訊網(wǎng)聚晶金剛石（PCD）刀具發(fā)展1概述1.1PCD刀具的發(fā)展金剛石作為一種超硬刀具材料應(yīng)用于切削加工已有數(shù)百年歷史。在刀具發(fā)展歷程中，從十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)中期，刀具材料以高速鋼為主要代表；1927年德國首先研制出硬質(zhì)合金刀具材料并獲得廣泛應(yīng)用；二十世紀(jì)五十年代，瑞典和美國分別合成出人造金剛石，

2、切削刀具從此步入以超硬材料為代表的時(shí)期。二十世紀(jì)七十年代，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。1.2PCD刀具的性能特點(diǎn)金剛石刀具具有硬度高、抗壓強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性及耐磨性好等特性，可在高速切削中獲得很高的加工精度和加工效率。金剛石刀具的上述特性是由金剛石晶體狀態(tài)決定的。在金剛石晶體中，碳原子的四個(gè)價(jià)電子按四面體結(jié)構(gòu)成鍵

3、，每個(gè)碳原子與四個(gè)相鄰原子形成共價(jià)鍵，進(jìn)而組成金剛石結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的結(jié)合力和方向性很強(qiáng)，從而使金剛石具有極高硬度。由于聚晶金剛石（PCD）的結(jié)構(gòu)是取向不一的細(xì)晶粒金剛石燒結(jié)體，雖然加入了結(jié)合劑，其硬度及耐磨性仍低于單晶金剛石。但由于PCD燒結(jié)體表現(xiàn)為各向同性，因此不易沿單一解理面裂開。PCD刀具材料的主要性能指標(biāo)：①PCD的硬度可達(dá)8000HV，為硬質(zhì)合金的80～120倍；②PCD的導(dǎo)熱系數(shù)為700WmK，為硬質(zhì)合金的1.5～9倍，甚至高

4、于PCBN和銅，因此PCD刀具熱量傳遞迅速；③PCD的摩擦系數(shù)一般僅為0.1～0.3（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；④PCD的熱膨脹系數(shù)僅為0.9106～1.18106，僅相當(dāng)于硬質(zhì)合金的15，因此PCD刀具熱變形小，加工精度高；⑤PCD刀具與有色金屬和非金屬材料間的親和力很小，在加工過程中切屑不易粘結(jié)在刀尖上形成積屑瘤。1.3PCD刀具的應(yīng)用工業(yè)發(fā)達(dá)國家對(duì)PCD刀具的研究開展較早，其應(yīng)用已比較成熟。

5、自1953年在瑞典首次合成人造金剛石以來，對(duì)PCD刀具切削性能的研究獲得了大量成果，PCD刀具的應(yīng)用范圍及使用量迅速擴(kuò)大。目前，國際上著名的人造金剛石復(fù)合片生產(chǎn)商主要有英國DeBeers公司、美國GE公司、日本住友電工株式會(huì)社等。據(jù)報(bào)道，1995年一季度僅日本的PCD刀具產(chǎn)量即達(dá)10.7萬把。PCD刀具的應(yīng)用范圍已由初期的車削加工向鉆削、銑削加工擴(kuò)展。由日本一家組織進(jìn)行的關(guān)于超硬刀具的調(diào)查表明：人們選用PCD刀具的主要考慮因素是基于PC

6、D刀具加工后的表面精度、尺寸精度及刀具壽命等優(yōu)勢(shì)。金剛石復(fù)合片合成技術(shù)也得到了較大發(fā)展，DeBeers公司已推出了直徑74mm、層厚0.3mm的聚晶金剛石復(fù)合片。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(kuò)大。目前中國第一汽車集團(tuán)已有一百多個(gè)PCD車刀使用點(diǎn)，許多人造板企業(yè)也采用PCD刀具進(jìn)行木制品加工。PCD刀具的應(yīng)用也進(jìn)一步推動(dòng)了對(duì)其設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的研究。國內(nèi)的清華大學(xué)、大連理工大學(xué)、華中理工大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等

7、均在積極開展這方面的研究。國內(nèi)從事PCD刀具研發(fā)、生產(chǎn)的有上海舒伯哈特、鄭州新亞、南京藍(lán)幟、深圳潤祥、成都工具研究所等幾十家單位。目前，PCD刀具的加工范圍已從傳統(tǒng)的金屬切削加工擴(kuò)展到石材加工、木材加工、金屬基復(fù)合材料、玻璃、工程陶瓷等材料的加工。通過對(duì)近年來PCD刀具應(yīng)2.4PCD刀片的刃磨工藝PCD的高硬度使其材料去除率極低（甚至只有硬質(zhì)合金去除率的萬分之一）。目前，PCD刀具刃磨工藝主要采用樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪進(jìn)行磨削。由于砂輪磨

8、料與PCD之間的磨削是兩種硬度相近的材料間的相互作用，因此其磨削規(guī)律比較復(fù)雜。對(duì)于高粒度、低轉(zhuǎn)速砂輪，采用水溶性冷卻液可提高PCD的磨削效率和磨削精度。砂輪結(jié)合劑的選擇應(yīng)視磨床類型和加工條件而定。由于電火花磨削（EDG）技術(shù)幾乎不受被磨削工件硬度的影響，因此采用EDG技術(shù)磨削PCD具有較大優(yōu)勢(shì)。某些復(fù)雜形狀PCD刀具（如木工刀具）的磨削也對(duì)這種靈活的磨削工藝具有巨大需求。隨著電火花磨削技術(shù)的不斷發(fā)展，EDG技術(shù)將成為PCD磨削的一個(gè)主要

9、發(fā)展方向。3PCD刀具的設(shè)計(jì)原則3.1刀具材料的選擇（1）合理選擇PCD粒度PCD粒度的選擇與刀具加工條件有關(guān)，如設(shè)計(jì)用于精加工或超精加工的刀具時(shí)，應(yīng)選用強(qiáng)度高、韌性好、抗沖擊性能好、細(xì)晶粒的PCD。粗晶粒PCD刀具則可用于一般的粗加工。PCD材料的粒度對(duì)于刀具的磨損和破損性能影響顯著。研究表明：PCD粒度號(hào)越大，刀具的抗磨損性能越強(qiáng)。采用DeBeers公司SYNDITE002和SYNDITE025兩種PCD材料的刀具加工SiC基復(fù)合材

10、料時(shí)的刀具磨損試驗(yàn)結(jié)果表明，粒度為2μm的SYNDITE002PCD材料較易磨損。2）合理選擇PCD刀片厚度通常情況下，PCD復(fù)合片的層厚約為0.3～1.0mm，加上硬質(zhì)合金層后的總厚度約為2～8mm。較薄的PCD層厚有利于刀片的電火花加工。DeBeers公司推出的0.3mm厚PCD復(fù)合片可降低磨削力，提高電火花的切割速度。PCD復(fù)合片與刀體材料焊接時(shí)，硬質(zhì)合金層的厚度不能太小，以避免因兩種材料結(jié)合面間的應(yīng)力差而引起分層。3.2刀具幾何

11、參數(shù)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)PCD刀具的幾何參數(shù)取決于工件狀況、刀具材料與結(jié)構(gòu)等具體加工條件。由于PCD刀具常用于工件的精加工，切削厚度較?。ㄓ袝r(shí)甚至等于刀具的刃口半徑），屬于微量切削，因此其后角及后刀面對(duì)加工質(zhì)量有明顯影響，較小的后角、較高的后刀面質(zhì)量對(duì)于提高PCD刀具的加工質(zhì)量可起到重要作用。PCD復(fù)合片與刀桿的連接方式包括機(jī)械夾固、焊接、可轉(zhuǎn)位等多種方式，其特點(diǎn)與應(yīng)用范圍見表2。表2PCD復(fù)合片與刀桿連接方式的特點(diǎn)與應(yīng)用連接方式－特點(diǎn)－應(yīng)用范圍