如何正確選用金剛石刀具材料
目前稿黄,單晶金剛石沈宛、PCD(或PCD/CC)、以及CVD金剛石均成功用作車刀治拿、鏜刀、鉆頭笆焰、鉸刀忍啤、銑刀、成形刀和切齒刀具等切削部分的制作材料仙辟。
金剛石材料的品種必須根據(jù)所加工材料的性質(zhì)和加工要求來選擇同波,除滿足技術(shù)要求外,還應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)和環(huán)保性能的要求叠国。
PCD和PCD/CC材料
PCD和PCD/CC是生產(chǎn)中最常用的金剛石材料未檩,它不僅適用通常機(jī)械加工領(lǐng)域,還廣泛地應(yīng)用在汽車粟焊、摩托車冤狡、高速列車、石油项棠、化工悲雳、建筑、木材加工以及航空航天等工業(yè)部門。在汽車和摩托車領(lǐng)域中俊瞬,PCD和PCD/CC適用于加工發(fā)動機(jī)鋁合金活塞的裙部危葵、銷孔、汽缸體兑蹈、變速箱蠢缚、化油器等耐磨零部件。而這些零部件大多是含矽量較高(Si>12%)的鋁基復(fù)合材料污祭,其內(nèi)高硬度的硬質(zhì)顆粒(如SiC的硬度高達(dá)3000~3500HV)分布在鋁合金基體中锐校,猶如砂輪中的磨粒一樣會對刀具的切削刃起刮磨和沖擊作用,而使切削刃很快磨損慨蜒。硬質(zhì)顆粒的硬度越高矮按、顆粒的尺寸越大、顆粒的數(shù)量越多歉羹,則刀具磨損越快膨泄。因此,用傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金刀具很難進(jìn)行加工季键,刀具壽命很低或根本無法使用石勋。金剛石是世界上已知的最硬物質(zhì)补颗,實際使用證明可都,它是加工鋁基復(fù)合材料的最佳刀具材料。
用PCD金剛石加工鋁基復(fù)合材料蚓耽,其切削速度可達(dá)800~1000m/min渠牲,刀具壽命可比硬質(zhì)合金高幾倍甚至幾十倍,加工表面粗糙度值可達(dá)Ra0.025~0.012μm步悠。圖2所示為用PCD刀具鉆加工20%SiCυ的鋁基復(fù)合材料螺旋泵殼的應(yīng)用實例签杈。
用PCD(或PCD/CC)刀具加工碳纖維和玻璃纖維增強(qiáng)塑料(FRP)時,切屑成粉狀鼎兽,切削溫度低答姥,且切削長度為K類硬質(zhì)合金刀具的10倍,而磨損卻不到硬質(zhì)合金刀具的1/3谚咬。
PCD(或PCD/CC)刀具也適用于加工預(yù)燒後的硬質(zhì)合金和耐磨的非金屬材料鹦付,如陶瓷、橡膠择卦、石墨敲长、玻璃和各種耐磨木材等。
PCD刀具的性能主要取決于它的應(yīng)用場合和所涉及的加工過程秉继,但選擇適當(dāng)?shù)呐铺柡皖w粒尺寸也會對其產(chǎn)生影響爬账。不同品種的PCD刀片,由于其組成成份不同,切削性能有很大的差異横罪,選用時須加以注意下乱。
目前PCD刀片不像硬質(zhì)合金那樣在國際上有統(tǒng)一的分類,各生產(chǎn)廠都有各自的品種與牌號嫡笔,使用時須參照廠家樣品來選擇圈咬。
晶粒尺寸越大則磨性越好,刀具壽命越高辞仇,但切削刃較粗糙鹏汁,刃口質(zhì)量差,難以制成高精度刀具板拂;中晶粒一般作為機(jī)械加工的通用牌號永僚;細(xì)晶粒刀具的切削刃的刃口鈍圓半徑小,易加工出良好的表面質(zhì)量振袋。因而目前聚晶的晶粒不斷細(xì)化磨涵,并已有1μm甚至有0.5μm以下的細(xì)晶,需根據(jù)粗挚躯、精加工等不同工序要求强衡,選用不同大小的晶粒。
單晶金剛石刀具材料
單晶金剛石與PCD(或PCD/CC)以及PCD(或PCD/CC)與CVD金剛石之間能很好地相互補充码荔,也存在著一些相互交叉的應(yīng)用領(lǐng)域漩勤。
單晶金剛石切出的工件表面呈連續(xù)狀,而用PCD切出的工件表面呈現(xiàn)出微米量級的不連續(xù)狀態(tài)缩搅,因此PCD只適用于普通的機(jī)械加工領(lǐng)域越败,對于一些有特殊要求的拋光工藝,如制備Al2O3鏡面時硼瓣,只有使用天然單晶金剛石才能達(dá)到所要求的表面粗糙度和尺寸公差究飞。
天然金剛石中較少見大尺寸金剛石,但人工合成大尺寸金剛石目前已經(jīng)成為可能堂鲤。用其加工高耐磨的層狀木板時亿傅,其性能要優(yōu)于PCD金剛石,不會引起刃口過早鈍化瘟栖。在加工鋁基復(fù)合材料時葵擎,既可采用PCD也可使用TFD(CVD厚膜)。圖3所示為用PCD與TFD兩種金剛石加工40%SiCυA356MMC材料時的刀具磨損曲綫疗刮。圖3試驗時采用的切削條件為:切削速度400m/min吞瘸,進(jìn)給量為0.05mm/r,背吃刀量(切削深度)0.5mm忿迷,加切削液械与。由實驗可知铅阎,加工40%SiCυ鋁基復(fù)合材料,使用厚膜金剛石TFD的效果最好梅柑,PCD025次之歌饺,PCD002刀具的使用壽命最低。
由于各類金剛石在適應(yīng)面上的互補性脯牛,金剛石刀具可加工范圍有所擴(kuò)展愤凭,人工合成金剛石替代天然金剛石,CVD金剛石替代PCD金剛石的趨勢也日漸明顯仪彪。切削加工也由此而進(jìn)入了一個可實現(xiàn)高效原俘、經(jīng)濟(jì)加工的新時期,其替代程度決定于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面因素蒲坐,尤其是刀片的成型竿刁、刃磨和焊的難易程度將直接影響金剛石刀具的價格和性能。
通常PCD刀具適合于粗加工和要求刀具有較高斷裂韌性的生產(chǎn)中搪缨,CVD厚膜和單晶金剛石刀具多用於高速精加工和半精加工食拜。
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