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PCD刀具的发展及应用

2021-03-01    来源:    作者:佚名  浏览次数:110

金刚石作为一种超硬刀具材料应用于切削加工已有很久的历史,人们利用高压合成技术合成了PCD,解决了天然金刚石数量稀少、价格昂贵问题,使PCD刀具应用范围扩展到航空、航天、汽车、电子、石材等多个领域。

PCD刀具

1、PCD刀具性能特点

金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性,可高速切削获得很高加工精度加工效率。金刚石刀具的特性由金刚石晶体状态决定。金刚石晶体,碳原子四个价电子按四面体结构成键,每个碳原子与四个相邻原子形成共价键,进而组成金刚石结构,该结构结合力方向性很强,从而使金刚石具有极高硬度。由于聚晶金刚石(PCD)结构取向不一细晶粒金刚石烧结体,虽然加入了结合剂,其硬度及耐磨性仍低于单晶金刚石。但由于PCD烧结体表现为各向同性,因此不易沿单一解理面裂开。

2、PCD刀具材料主要性能指标

PCD硬度可达8000HV,为硬质合金80120倍;

PCD导热系数为700W/mK,为硬质合金1.59MyCIMT,甚至高于PCBN铜,因此PCD刀具热量传递迅速;

PCD摩擦系数一般仅为0.10.3(硬质合金摩擦系数为0.41),因此PCD刀具可显著减小切削力;

PCD热膨胀系数仅为0.9×10-61.18×10-6,仅相当于硬质合金1/5,因此PCD刀具热变形小,加工精度高;

PCD刀具与有色金属非金属材料间亲力很小,加工过程切屑不易粘结刀尖上形成积屑瘤。

3、PCD刀具应用

工业发达国家对PCD刀具研究开展较早,其应用已比较成熟。自1953年瑞典首次合成人造金刚石以来,对PCD刀具切削性能研究获得了大量成果,PCD刀具应用范围及使用量迅速扩大。目前,国际上著名人造金刚石复合片生产商主要有英国DeBeers公司、美国GE公司、日本住友电工株式会社等。据报道,1995年一季度仅日本PCD刀具产量即达10.7万把。PCD刀具应用范围已由初期车削加工向钻削、铣削加工扩展。由日本一家组织进行关于超硬刀具调查表明:人们选用PCD刀具主要考虑因素基于PCD刀具加工后表面精度、尺寸精度及刀具寿命等优势。金刚石复合片合成技术也得到了较大发展,DeBeers公司已推出了直径74mm、层厚0.3mm聚晶金刚石复合片。

国内PCD刀具市场随着刀具技术水平发展也不断扩大。PCD刀具应用也进一步推动了对其设计与制造技术研究。国内清华大学、大连理工大学、华理工大学、吉林工业大学、哈尔滨工业大学等均积极开展这方面研究。通过对近年来PCD刀具应用分析可见,PCD刀具主要应用于以下两方面:

①难加工有色金属材料加工:用普通刀具加工难加工有色金属材料时,往往产生刀具易磨损、加工效率低等缺陷,而PCD刀具则可表现出良好加工性能。如用PCD刀具可有效加工新型发动机活塞材料——过共晶硅铝合金(对该材料加工机理研究已取得突破)。

②难加工非金属材料加工:PCD刀具非常适合对石材、硬质碳、碳纤维增强塑料(CFRP)、人造板材等难加工非金属材料加工。如华理工大学1990年实现了用PCD刀具加工玻璃;目前强化复合地板及其它木基板材(如MDF)应用日趋广泛,用PCD刀具加工这些材料可有效避免刀具易磨损等缺陷。

PCD刀具

目前,我们知道PCD刀具加工范围已从传统金属切削加工扩展到石材加工MyCIMT、木材加工、金属基复合材料、玻璃、工程陶瓷等材料加工。这是一种超硬刀具材料,同时也希望它的使用越来越广。

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