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          本文共分 1
          新聞動態 - 行業資訊

          PCD聚晶金剛石刀具行業基礎資料

          摘要: 人造聚晶金剛石復合片刀具(PCD),是20 世紀60 年代發展起來的一種超硬刀具。它具有僅次于天然金剛石的硬度和耐磨性、低的摩擦系數、高的導熱性、低的線膨脹系數和高的復合抗彎強度, 而應用于高速切削各種有色金屬、非金屬。其刀具耐用度是硬質合金的幾十至幾百倍。

          我國在60 年代就成功的研制出人造金剛石。又在此基礎上, 用高溫、高壓技術在硬質合金基體上燒結一層聚晶金剛石, 兩者形成一體的刀坯。這樣就將金剛石的高硬度高耐磨性和硬質合金的韌性結合在一起。這種刀片稱人造聚晶金剛石復合片,簡稱為PCD。

          二、人造聚晶金剛石復合片的性能與切削特點:

           

          1.硬度為HV7500  9000,僅次于天然金剛石,而且它的硬度和耐磨性在各方向一致,不需選向。它的強度由于有韌性較高的硬質合金支撐,其復合抗彎強度σbb可達1500Mpa 。

          2.具有很高的耐磨性,其耐磨性一般為硬質合金的60 80 倍。在切削硬度較高的(HV>1500)非金屬材料時,其刀具耐用度極高。

          3.具有較低的摩擦系數,金剛石與有色金屬的摩擦系數為0.1 0.3,而硬質合金與有色金屬的摩擦系數是0.3 0.6,這樣用PCD 刀具時,可降低切削力和切削溫度約1/2 1/3 。

          4.具有很高的導熱性,金剛石的導熱系數為146W/m.k ,是硬質合金的1.5 7 倍,可以大大的降低切削區的溫度,提高刀具耐用度。

          5.金剛石的線膨脹系數很小(0.9  1.18 ×10-6mm/mm.  ),約為一般鋼(11 ×10-6mm/mm.  )1/10。而且由于刀刃鋒利,已加工表面冷硬現象小(6 μm左右),為硬質合金刀具的1/3 左右,所以加工精度好。

          6.由于聚晶層晶粒直徑一般約為2 0.5 μm,它的刃口鋒利程度不如天然金剛石刀具, 所以加工精度低于天然金剛石刀具,只能達到表面粗糙度Ra0.2 0.05 μm.但它還可以制成尺寸較大的刀片,用于成形加工。

           

          三、PCD 的應用

          PCD 刀具主要用于高效切削有色金屬和非金屬。如鋁和鋁合金、銅和銅合金、硬質合金、工程陶瓷、石墨、塑料、橡膠、層板、硅橡膠、巴氏合金、各種復合材料、玻璃鋼等。特別在汽車制造業、航天、航空、造船、發動機制造行業,可得到廣泛的應用。

          1.在硅鋁合金切削加工中的應用: 美、英、德等國, 采用PCD 刀具加工硅鋁合金(含硅量9 18 )的汽車活塞、傳動箱、氣缸、船用發動機等零件,切削速度Vc=173  1098m/min ,其刀具壽命為硬質合金刀具壽命的50 450 倍;是單晶金剛石刀具的2 5 倍。刀具成本為硬質合金的1/5 1/6。

          2.在銅合金切削加工中的應用:用PCD 刀具加工整流子、連桿套、泵體、滑動軸承和閥體等零件,切削速度Vc=200  750m/min ,刀具壽命是單晶金剛石刀的1.5 60 倍,是硬質合金刀具的300 倍??墒∪ゴ罅康哪サ逗蛽Q刀時間。

          3.在復合材料加工中的應用: 采用PCD 刀具切削玻璃纖維增強復合材料, 其刀具耐用度是硬質合金刀具的1/20 ,并且加工精度比硬質合金高。

          4.在鈦合金切削中的應用:用它切削鈦合金的效果非常顯著,其刀具耐用度為硬質合金刀具的1000 多倍。而且它與鈦合金的相互擴散最小。

          5.在切削硬質合金中的應用:用PCD 刀具采用Vc=28 56m/min ,ap=0.5mm , f=0.1  0.3mm/r車削模具用硬質合金(YG15 、YG20) ,效率比磨削高許多倍。

          6.在切削砂輪中的應用: PCD 刀具車削硬度為HV1800  2450 剛玉類各種結合劑的砂輪幾百個,其刀具磨耗體積與砂輪切除體積比例為1/1350 萬。較傳統的刀碗車削效率高幾十倍,且噪音沒有,粉塵也小。

          7.在砂輪整修中的應用:用PCD 刀片制作成如圖所示的休整工具,來修整磨刀機上的砂輪,具有修整效率高,砂輪修除量小,被修整砂輪表面跳動小而平整,受到社會上的歡迎。

          PCD 刀具的性能特點

          金剛石刀具具有硬度高、抗壓強度高、導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決定的。在金剛石晶體中,碳原子的四個價電子按四面體結構成鍵,每個碳原子與四個相鄰原子形成共價鍵,進而組成金剛石結構, 該結構的結合力和方向性很強, 從而使金剛石具有極高硬度。由于聚晶金剛石( PCD )的結構是取向不一的細晶粒金剛石燒結體,雖然加入了結合劑,其硬度及耐磨性仍低于單晶金剛石。但由于PCD 燒結體表現為各向同性,因此不易沿單一解理面裂開。

          PCD 刀具材料的主要性能指標:

          ①  PCD 的硬度可達8000HV ,為硬質合金的80 120倍;

          ②  PCD 的導熱系數為700W/mK ,為硬質合金的1.5  9 倍,甚至高于PCBN 和銅,因此PCD 刀具熱量傳遞迅速;

          ③  PCD 的摩擦系數一般僅為0.1  0.3(硬質合金的摩擦系數為0.4 1),因此PCD 刀具可顯著減小切削力;

          ④  PCD 的熱膨脹系數僅為0.9 ×10 -6 1.18 ×10-6,僅相當于硬質合金的1/5 ,因此PCD 刀具熱變形小,加工精度高;

          ⑤  PCD 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在刀尖上形成積屑瘤.

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