摘要:人造聚晶金剛石復(fù)合片刀具(PCD),是20世紀(jì)60年代發(fā)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看杭、低的摩擦系數(shù)忠藤、高的導(dǎo)熱性、低的線膨脹系數(shù)和高的復(fù)合抗彎強(qiáng)度,而應(yīng)用于高速切削各種有色金屬楼雹、非金屬熄驼。其刀具耐用度是硬質(zhì)合金的幾十至幾百倍。

關(guān)鍵詞:聚晶金剛石 性能 應(yīng)用

一烘豹、前言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,超硬刀具材料——人造金剛石為基礎(chǔ)的聚晶產(chǎn)品,最近幾十年來,在許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到廣泛的重視,形成一定規(guī)模的生產(chǎn)與應(yīng)用,成為換代的刀具材料。因為這些刀具材料制成刀具后,為機(jī)械加工高的切削速度会贝、高的刀具耐用度苞誊、高的加工精度和低的表面粗糙度,特別是難切削材料的切削加工,提供了良好的條件,它的廣泛應(yīng)用,將成為刀具發(fā)展的必然趨勢。

最近十幾年來,我國和一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家特別重視金剛石聚晶復(fù)合片刀具的生產(chǎn)和應(yīng)用跺鬼。用這些聚晶復(fù)合片制成刀具,使刀具的抗彎強(qiáng)度高,耐用度成幾十倍至幾百倍提高的使用特性盘贤。

根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計,1990年,在世界刀具市場中,金剛石聚晶復(fù)合片的刀具費用為8500萬元美元,占市場比例的19%。

我國在60年代就成功的研制出人造金剛石墩沸。又在此基礎(chǔ)上,用高溫蚣枝、高壓技術(shù)在硬質(zhì)合金基體上燒結(jié)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(zhì)合金的韌性結(jié)合在一起址嘴。這種刀片稱人造聚晶金剛石復(fù)合片,簡稱為PCD歼呼。

二、人造聚晶金剛石復(fù)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,不需選向蚀弹。它的強(qiáng)度由于有韌性較高的硬質(zhì)合金支撐,其復(fù)合抗彎強(qiáng)度σbb可達(dá)1500Mpa犁捕。

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

3．具有較低的摩擦系數(shù),金剛石與有色金屬的摩擦系數(shù)為0.1～0.3,而硬質(zhì)合金與有色金屬的摩擦系數(shù)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萤遥。

4．具有很高的導(dǎo)熱性,金剛石的導(dǎo)熱系數(shù)為146W/m.k,是硬質(zhì)合金的1.5～7倍,可以大大的降低切削區(qū)的溫度,提高刀具耐用度裕坊。

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

6．由于聚晶層晶粒直徑一般約為2～0.5μm,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(dá)到表面粗糙度Ra0.2～0.05μm．但它還可以制成尺寸較大的刀片,用于成形加工籍凝。

三、PCD的應(yīng)用PCD刀具主要用于高效切削有色金屬和非金屬苗缩。如鋁和鋁合金饵蒂、銅和銅合金、硬質(zhì)合金挤渐、工程陶瓷苹享、石墨、塑料浴麻、橡膠得问、層板、硅橡膠软免、巴氏合金宫纬、各種復(fù)合材料、玻璃鋼等膏萧。特別在汽車制造業(yè)漓骚、航天、航空尤稍、造船衬咐、發(fā)動機(jī)制造行業(yè),可得到廣泛的應(yīng)用。

1．在硅鋁合金切削加工中的應(yīng)用:美弓匪、英晨偿、德等國,采用PCD刀具加工硅鋁合金(含硅量9～18%)的汽車活塞、傳動箱盲拣、氣缸诊踢、船用發(fā)動機(jī)等零件,切削速度Vc=173～1098m/min,其刀具壽命為硬質(zhì)合金刀具壽命的50～450倍；是單晶金剛石刀具的2～5倍摘裕。刀具成本為硬質(zhì)合金的1/5～1/6脸鸿。

2．在銅合金切削加工中的應(yīng)用:用PCD刀具加工整流子、連桿套拥耍、泵體显艘、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(zhì)合金刀具的300倍∩罄可省去大量的磨刀和換刀時間吩屹。

3．在復(fù)合材料加工中的應(yīng)用:采用PCD刀具切削玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,其刀具耐用度是硬質(zhì)合金刀具的1/20,并且加工精度比硬質(zhì)合金高。

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

5．在切削硬質(zhì)合金中的應(yīng)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(zhì)合金(YG15免绿、YG20),效率比磨削高許多倍。

6．在切削砂輪中的應(yīng)用:用PCD刀具車削硬度為HV1800～2450剛玉類各種結(jié)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1/1350萬擦盾。較傳統(tǒng)的刀碗車削效率高幾十倍,且噪音沒有,粉塵也小嘲驾。

7．在砂輪整修中的應(yīng)用:用PCD刀片制作成如圖所示的休整工具,來修整磨刀機(jī)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。8．PCD刀具切削其它非金屬材料中的應(yīng)用:見表1注:Y—為硬質(zhì)合金,J—為單晶金剛石

四迹卢、用PCD刀具的工藝條件

1．一般的機(jī)床都可以使用PCD刀具辽故。在精密切削時,應(yīng)選用精度高、振動小的機(jī)床腐碱。

2．使用PCD刀具切削時,既可以干切,也可以濕切誊垢。濕切時,使用水溶液或乳化液。

3．PCD刀具幾何參數(shù):γ0=5°～-10°,后角α0≤15°,刀尖圓弧半徑rt應(yīng)比硬質(zhì)合金刀具大一些,以保證刀尖有足夠的強(qiáng)度的同時,又能達(dá)到較低的工件表面粗糙度症见。PCD刀具的耐磨性很高,刃口可以長時間保持鋒利,不會因前角小而使切削力增大喂走。在切削砂輪時,最好采用圓形刀片,使切入切出平穩(wěn),砂輪不易崩邊。

4．使用PCD刀具的切削用量:由于PCD刀具具有很高的硬度和耐磨性及高的導(dǎo)熱性,應(yīng)采用高于硬質(zhì)合金的幾倍切削速度,但必須把切削溫度控制在700℃以下谋作。切削各種材料的切削用量見表2兵故。

五、PCD刀具的刃磨

由于PCD刀片上金剛石聚晶的硬度很高,刃磨比較困難缩棉≌鄣椋可采用寬度20～25mm的杯形金剛石砂輪,金剛石濃度為100%(4.4克拉/cm3),樹脂結(jié)合劑中等硬度,金剛石粒度采用280#。為了提高刃口刃磨質(zhì)量,也可采用金屬結(jié)合劑,金剛石濃度為125%(5.5克拉/cm3)的金剛微粉砂輪颂梆。金剛石砂輪還必須經(jīng)過修整和用400#碳化硅油石與900#氧化鋁油石去除多余的結(jié)合劑和金剛石磨粒上的鎳層闷邑。在修整的過程中,必須使用切削液。切削液一般用水和防銹劑的混合液览雁。

磨削用量:磨削速度Vc=24～26m/s,精磨時,Vc=13～18m/s,切削深度ap=0.01mm/雙行程姆已。

六、結(jié)論

PCD刀具是高速切削各種有色金屬和非金屬應(yīng)首選的刀具碉晾。它的切削速度高,刀具耐用度是硬質(zhì)合金的幾十至幾百倍。加工時的刀具成本遠(yuǎn)比硬質(zhì)合金低删猿。由于它的硬度高陋窗、耐磨性好,刃口能較長時間保持鋒利,所加工工件的表面質(zhì)量好。它雖然是金剛石,但價值低,是天然金剛石的幾十分之一隅本。

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