1 引言
高速切削已成為現代制造技術的一個主要發(fā)展方向坑夯。由于高速切削刀具的開發(fā)與應用直接影響高速切削的加工效率和加工質量岖寞，因此具有非常重要的意義抡四。刀具技術的革新柜蜈，除了刀具本身的幾何形狀、切削角度等的革新和改進外指巡，刀具切削刃材質的開發(fā)和革新也是提高切削效率淑履、降低切削成本的一個關鍵因素。
20世紀70年代中期以來溜屡，美國蹂曾、德國、日本等工業(yè)發(fā)達國家先后開發(fā)聚晶金剛石(PCD)刀具并將其用于非金屬材料和有色金屬材料的高速切削加工盗闯，使生產效率獲得大幅度提高蕴嘹，切削費用成倍下降，因此被廣泛應用于汽車球灰、航空闹只、航天以建材等工業(yè)領域。
表1
| 公司名稱
| 國別
| 牌號
| 金剛石平均粒徑(μm)
|
| GE
| 美國
| Compax-1600
Compax-1300
Compax-1500
Compax-1700
| 5
10
25
40
|
Element six
(原De Beers)
| 英國
| Syndite-CTC002
Syndite-CTB002
Synd ite-CTB010
Syndite-CTB025
Syndite-CTH025
| 2
2
10
25
25
|
| 住友電工
| 日本
| DA-200
DA-150
DA-100
DA-90
| 0.5
5
20+0.5
50
|
| 日本
| 韓國
| CF
CM
CC
| 2
10
25
|
| 東名
| 日本
| TDC-FM
TDC-98F2M
TDC-GM
TDC-SM
TDC-HM
TDC-SA
TDC-EpM
TDC-EM
| 1
1
3
7
10
16
20
36+16 |
2 PCD復合片的開發(fā)
聚晶金剛石(PCD)復合片是由粒度為微米級的金剛石顆粒與Co迂溉、Ni 等金屬粉末均勻混合后羡逃，在高壓高溫下，在碳化鎢(WC)基材上燒結而成的一種刀坯新材料狡舞。PCD 復合片不僅具有金剛石高硬度硬白、高耐磨性、高導熱性骇另、低摩擦系數畴栖、低熱膨脹系數等優(yōu)越性能，同時還具有硬質合金良好的強度和韌性八千。PCD 復合片還具有導電性驶臊，因此可用線切割機切割成所需刀頭，將刀頭焊接在刀體上叼丑，經過刃磨制成PCD 刀具关翎。
目前國內外已有不少PCD 復合片的生產企業(yè)扛门，主要生產廠商及產品牌號見表1。
3 PCD 刀具的動平衡
由于PCD 刀具適宜于高速切削纵寝，因此旋轉式PCD 刀具的動平衡顯得特別重要论寨。動平衡時，應根據刀具允許使用的最高轉速(nmax)和動平衡的精度等級(一般控制在G2.5級)查圖1爽茴，得到許用不平衡率eper值葬凳，則其允許的不平衡量可由下式計算
Uper=meper式中eper——許用不平衡率或偏心距(單位：g·mm/kg或微米)
m——刀具質量(kg)
為了達到刀具的動平衡精度要求，常采用去重法(在刀具刀體的適當部位去除適當重量)使刀具的實際不平衡量≤允許不平衡量室奏。
4 PCD刀具的適用范圍
由于PCD刀具的性能優(yōu)越火焰，因此被廣泛用于非鐵金屬和非金屬材料的加工(見表2)。
圖1 不同平衡精度等級 G的剩余不平衡率(或轉子偏心距)與工作轉速的關系
|
表2
| 被加工材料
| 加工對象
|
| 非鐵金屬
| 鋁
鋁合金
| 汽車胧沫、摩托車：活塞塘憨、 汽缸、輪轂智础、傳動箱士到、泵體、進氣管助安、各種殼體零件等
|
| 飛機辰诱、機電：各種箱體、殼體莽裤、壓縮機零件等
|
| 精密機械：各種照相機拱缆，復印機，計量儀器零件等
|
| 通用機械：各種泵體店烛、油壓機谢奕、機械零件等
|
銅
銅合金
| 內燃機船舶 ：各種軸、軸瓦茎贩、軸承第勉、泵體等
|
| 電子儀器：各 種儀表、電機整流子锅锨、印制電路板等
|
| 通用機械 ：各種軸承叽赊、軸瓦、閥體必搞、殼體等
|
| 硬質合金
| 各種閥座必指、汽缸等燒結品及半燒結品等
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| 其它
| 鎂、鋅等各種有色金屬
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| 非金屬
| 木材
| 各種硬木恕洲、人造板塔橡、人造耐磨纖維板及制品
|
| 增強塑料
| 玻璃纖維、碳纖維 增強塑料等
|
| 橡膠
| 紙用軋輥霜第、橡膠環(huán)等
|
| 石墨
| 碳棒等
|
| 陶瓷
| 密封環(huán)葛家、柱塞等燒結品 及半燒結品 | |
在實際選用時户辞，應根據PCD刀具的使用場合、被切削材料的特性以及加工的具體要求癞谒，選用適當牌號和粒徑的PCD復合片做刀具刀頭底燎。一般情況下，復合片中金剛石體積濃度高或粒徑較大的耐磨性較好弹砚，金剛石體積濃度低或粒徑較小的則韌性較好双仍。
5 HSK刀柄系統(tǒng)
在高速旋轉條件下，PCD刀具的刀柄定位精度和夾持力是至關重要的虫棚。通常采用DIN69893-1 HSK刀柄系統(tǒng)(目前汽車制造業(yè)發(fā)動機生產線上所用絕大部分PCD刀具都采用HSK刀柄)辽画。由于HSK刀柄系統(tǒng)采用雙重定位配合原則，在足夠的拉緊力作用下黔琢，HSK1:10空心工具錐柄和主軸錐孔阀恳、錐面及夾持平面之間同時接觸，產生摩擦坯公，可提供封閉結構的徑向定位和平面夾緊定位韵披，阻止任何軸向竄動失臂。HSK刀柄具有靜酷匹、動態(tài)剛性高、扭矩傳遞大权洼、徑向定位精確以及換刀重復精度高等特點硼琢。HSK刀柄系統(tǒng)的結構形式分別有A、B献蛔、C瞄邪、D、E允瞧、F型简软，常用的有A、B述暂、C痹升、D型四種：A型為自動換刀型(見圖2a)，B型為帶內冷卻孔的自動換刀型畦韭，C型為手工換刀型(見圖2b)疼蛾，D型為帶內冷卻孔的手工換刀型；刀柄凸緣直徑一般分為9個規(guī)格(分別為25艺配、32察郁、40、50转唉、63皮钠、80稳捆、100、125麦轰、160mm)眷柔。HSK刀柄的型式規(guī)格標識見圖3。
6 PCD刀具的刃磨
PCD復合片的硬度一般在HV4500~HV8000之間防弧，僅次于金剛石的硬度(HV9000)允纬，同時其硬度因生產廠或牌號的不同而不同。因此历恨，如何解決PCD刀具的刃磨問題是加工氯也、使用PCD刀具的關鍵。目前有兩種PCD刀具常用刃磨方法：
- 金剛石砂輪刃磨法 采用金剛石砂輪來刃磨PCD刀具啃栋，對所用機床要求較高：機床系統(tǒng)剛性好饮估，進給機構精度高，有微進給機構殴据，重復精度高墙目，磨頭往復擺動平穩(wěn)無沖擊，同時還需選用合適的金剛石砂輪又信。瑞士EWAG公司生產的RS系列機床尤其是RS15機床具有精度高胰绢、附件多并帶有刃磨PCD刀具(帶HSK刀柄)的附件等特點，是PCD刀具刃磨機床的代表抛冗。采用RS15機床刃磨PCD刀具切省，刀具尺寸精度可達0.001mm，表面粗糙度可達Ra0.08左右帕胆。
- 電蝕刃磨法 電蝕刃磨是將工件(PCD刀具)和電蝕輪(或鉬絲)形成正負電極朝捆，通過正負電極間放電，達到去除PCD的效果懒豹。電蝕刃磨法的PCD去除效果取決于電蝕輪(或鉬絲)與PCD刀具刃口間的間隙芙盘、走刀進給速度以及電壓高低、電流大小等脸秽。電蝕刃磨機床的特點是生產效率高儒老，尺寸精度一般在.0.01mm左右，表面粗糙度在Ra0.25左右豹储。德國VOLLMER公司的QM和QW系列機床是采用電蝕法刃磨PCD刀具的代表贷盲，其中的新產品QM110和QWD760都是五軸聯動數控機床。QM110是輪電蝕刃磨機床剥扣，用于直線形刃口的PCD刀具電蝕刃磨巩剖。QWD760是線電蝕刃磨機床，用于各種曲線形刃口的PCD刀具電蝕刃磨钠怯。
根據不同機床刃磨PCD刀具的適應范 圍佳魔，一般說來讳蜂，對尺寸精度和表面粗糙度要求高的PCD鉸刀、鏜刀等惧仪，在RS15等機床上用金剛石砂輪刃磨两猛；對PCD銑刀、鋸片和PCD木工刀具等蠕艳，用QM110或QWD760機床進行電蝕刃磨椭肝，而用于強化地板開榫的PCD刀具和各種曲線形狀的PCD刀具，則采用QWD760機床電蝕刃磨磺则。
7 結語
上海工具廠有限公司通過技術改造玩困，引進了PCD刀具(包含PCBN刀具)的先進生產設備，包括瑞士EWAG公司的RS15機床牧俩、德國VOLLMER公司的QM110和QWD760機床脉鼻、德國SCHENCK公司的HSK刀柄動平衡機、ZOLLER公司的CNC刀具專用測量儀等妨迈。通過現有生產技術的配套度姑，上工目前已能生產木工行業(yè)、印制電路板行業(yè)和汽車制造業(yè)所急需的各類PCD銑刀呈枉、鏜刀趁尼、鉸刀，成為國內目前唯一能配套生產帶HSK刀柄的PCD刀具的企業(yè)碴卧。 | | |
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