PCD聚晶金剛石刀具

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中文名稱：聚晶金剛石刀具     

外文名稱：Polycrystalline diamond

應(yīng)用：切削加工

·性能特點

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

·主要指標(biāo)

①PCD的硬度可達(dá)8000HV，為硬質(zhì)合金的8~12倍;

②PCD的導(dǎo)熱系數(shù)為700W/mK，為硬質(zhì)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;

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

④PCD的熱膨脹系數(shù)僅為0.9×10^-6~1.18×10^-6，僅相當(dāng)于硬質(zhì)合金的1/5，因此PCD刀具熱變形小，加工精度高;

⑤PCD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(jié)在刀尖上形成積屑瘤。

·應(yīng)用

   工業(yè)發(fā)達(dá)國家對PCD刀具的研究開展較早，其應(yīng)用已比較成熟。自1953年在瑞典首次合成人造金剛石以來，對PCD刀具切削性能的研究獲得了大量成果，PCD刀具的應(yīng)用范圍及使用量迅速擴(kuò)大。PCD刀具的應(yīng)用也進(jìn)一步推動了對其設(shè)計與制造技術(shù)的研究。目前國內(nèi)PCD刀具市場隨著刀具技術(shù)水平的發(fā)展也不斷擴(kuò)大。國內(nèi)的清華大學(xué)、大連理工大學(xué)、華中科技大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等均在積極開展這方面的研究。

PCD刀具主要應(yīng)用于以下兩方面: ①難加工有色金屬材料的加工:用普通刀具加工難加工有色金屬材料時，往往產(chǎn)生刀具易磨損、加工效率低等缺陷，而PCD刀具則可表現(xiàn)出良好的加工性能。②難加工非金屬材料的加工:PCD刀具非常適合對石材、硬質(zhì)碳、碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)、人造板材等難加工非金屬材料的加工。

·制造過程

     PCD刀具的制造過程主要包括兩個階段:①PCD復(fù)合片的制造:PCD復(fù)合片是由天然或人工合成的金剛石粉末與結(jié)合劑(其中含鈷、鎳等金屬)按一定比例在高溫(1000~2000℃)、高壓(5~10萬個大氣壓)下燒結(jié)而成。在燒結(jié)過程中，由于結(jié)合劑的加入，使金剛石晶體間形成以TiC、SiC、Fe、Co、Ni等為主要成分的結(jié)合橋，金剛石晶體以共價鍵形式鑲嵌于結(jié)合橋的骨架中。通常將復(fù)合片制成固定直徑和厚度的圓盤，還需對燒結(jié)成的復(fù)合片進(jìn)行研磨拋光及其它相應(yīng)的物理、化學(xué)處理。②PCD刀片的加工:PCD刀片的加工主要包括復(fù)合片的切割、刀片的焊接、刀片刃磨等步驟。

·結(jié)構(gòu)設(shè)計

PCD刀具的幾何參數(shù)取決于工件狀況、刀具材料與結(jié)構(gòu)等具體加工條件。由于PCD刀具常用于工件的精加工，切削厚度較小(有時甚至等于刀具的刃口半徑)，屬于微量切削，因此其后角及后刀面對加工質(zhì)量有明顯影響，較小的后角、較高的后刀面質(zhì)量對于提高PCD刀具的加工質(zhì)量可起到重要作用。

PCD復(fù)合片與刀桿的連接方式包括機(jī)械夾固、焊接、可轉(zhuǎn)位等多種方式。

 PCD復(fù)合片與刀桿連接方式的特點與應(yīng)用                                                                                             

連接方式-特點-應(yīng)用范圍

機(jī)械夾固-------由標(biāo)準(zhǔn)刀體及可做成各種集合角度的可換刀片組成，具有快換和便于重磨的優(yōu)點------中小型機(jī)床      

整體焊接-------結(jié)構(gòu)緊湊、制作方便，可制成小尺寸刀具-專用刀具或難于機(jī)夾的刀具-------小型機(jī)床          

 機(jī)夾焊接--------刀片焊接于刀頭上，可使用標(biāo)準(zhǔn)刀桿，便于刃磨及調(diào)整刀頭位置---------自動機(jī)床、數(shù)控機(jī)床         

  可轉(zhuǎn)位--------結(jié)構(gòu)緊湊，夾緊可靠，不需重磨和焊接，可節(jié)省輔助時間，提高刀具壽命-------普通通用機(jī)床

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