聚晶金(jin)剛(gang)石刀具介紹

金剛石作為一種超硬刀具材料已廣泛應用于切削加工，天然金剛石價格昂貴限制了金剛石刀具的發展，20世紀70年代，人們利用高壓合成技術合成了聚晶金剛石（PCD），解(jie)決了天(tian)然金(jin)剛石數量(liang)稀少、價(jia)格(ge)昂(ang)貴的問(wen)題(ti)，使金(jin)剛石刀具的應用范圍擴展到航(hang)空、航(hang)天(tian)、汽車、電子、石材(cai)等多(duo)個領域。

聚晶金剛石（PCD）刀(dao)具主要用于加(jia)工(gong)有色金(jin)(jin)(jin)屬等(deng)非(fei)黑色金(jin)(jin)(jin)屬，能夠刃磨(mo)出很鋒利的(de)刃口，得(de)到較好的(de)加(jia)工(gong)表面，而且還是加(jia)工(gong)非(fei)金(jin)(jin)(jin)屬新型材(cai)料(liao)的(de)首選(xuan)材(cai)料(liao)，可以切(qie)削硬質合(he)金(jin)(jin)(jin)及工(gong)業陶(tao)瓷等(deng)高硬度產品。

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PCD刀具的(de)性能(neng)優勢

1）PCD的硬度可達(da)8000HV，為硬質合金的80~120倍，而且PCD的耐(nai)磨性更(geng)好。

2）PCD的導熱系數(shu)為700W/MK，為硬質合金的1.5～9倍(bei)，甚至高于PCBN和銅(tong)。因(yin)此PCD刀具(ju)熱(re)量傳(chuan)遞迅(xun)速，良好(hao)的傳(chuan)熱(re)性(xing)在很大程度上(shang)能夠延長(chang)刀具(ju)壽命。

3）PCD的摩擦系數(shu)一般僅為0.1至(zhi)0.3，而硬質合金的摩擦系數為0.4～1。因此(ci)PCD刀具可顯著減小(xiao)切削力，從而(er)延(yan)長了刀具壽命(ming)。

4）PCD的熱(re)膨(peng)脹系數小(xiao)，因(yin)此PCD刀(dao)具(ju)(ju)熱(re)變形小，加(jia)工(gong)精(jing)度高。刀(dao)具(ju)(ju)熱(re)變形越(yue)大，加(jia)工(gong)出(chu)的工(gong)件(jian)表面(mian)質量(liang)就越(yue)差，要想加(jia)工(gong)出(chu)良好(hao)加(jia)工(gong)表面(mian)質量(liang)的工(gong)件(jian)就必須嚴(yan)格控制刀(dao)具(ju)(ju)的熱(re)變形。

5）PCD刀(dao)具(ju)與有(you)色金屬和(he)(he)(he)非金屬材(cai)料(liao)的(de)親和(he)(he)(he)力(li)小(xiao)，在(zai)加(jia)工過(guo)程中(zhong)刀(dao)尖不(bu)易(yi)形成(cheng)積屑(xie)(xie)瘤。刀(dao)具(ju)與被加(jia)工材(cai)料(liao)的(de)親和(he)(he)(he)力(li)小(xiao)，那么在(zai)加(jia)工過(guo)程中(zhong)被加(jia)工材(cai)料(liao)就(jiu)不(bu)容(rong)易(yi)粘接(jie)在(zai)刀(dao)具(ju)表面，也就(jiu)不(bu)容(rong)易(yi)形成(cheng)積屑(xie)(xie)瘤。

6）PCD刀具(ju)的彈性模量大，斷(duan)裂強度(du)(du)高（比氧化(hua)鋁高三倍），切(qie)削刃鈍圓半徑(jing)值可以磨得很小，不易斷(duan)裂，能長期保持(chi)切(qie)削刃的鋒利程(cheng)度(du)(du)。

PCD刀具的結構形式

聚晶(jing)金剛石(PCD)刀具(ju)是通(tong)過把PCD復合片焊(han)接到硬質合金或者鋼的(de)刀(dao)(dao)體上制成的(de)刀(dao)(dao)具。由(you)于(yu)PCD復合(he)片(pian)將(jiang)單晶金剛(gang)石的(de)高(gao)硬度(du)、耐磨(mo)性(xing)、低摩擦系數和強(qiang)度(du)與碳(tan)化鎢硬質(zhi)(zhi)合(he)金的(de)高(gao)抗彎強(qiang)度(du)進行了結合(he)，復合(he)片(pian)的(de)碳(tan)化鎢硬質(zhi)(zhi)合(he)金層為金剛(gang)石層提供了機械支(zhi)持，增加了它(ta)的(de)抗彎強(qiang)度(du)，同(tong)時硬質(zhi)(zhi)合(he)金層易(yi)于(yu)焊接，使制作成品刀具變(bian)得(de)容易(yi)。

PCD刀具的結構形式有：PCD刀片、PCD銑刀、PCD鉸刀、PCD鉆頭、PCD切槽刀、非標PCD刀(dao)具。

PCD刀具的(de)加工(gong)材(cai)質

1）難加工有色金(jin)屬及其合金(jin)材料

加工銅、鋅、鋁等有色金屬及其合(he)金、燒結(jie)硬質合(he)金、鈦合(he)金、巴氏合(he)金時，材料易粘附刀具，加工困(kun)難，PCD刀(dao)具可有效防止(zhi)金(jin)屬(shu)與刀(dao)具發生(sheng)粘結(jie)，刀(dao)具使(shi)用壽命長。對(dui)于鈦合(he)金(jin)、銅合(he)金(jin)、碳化鎢硬質合(he)金(jin)（Co<16%和Co>16%）、鋁合金（4-8%Si和9-13%Si）、高硅(gui)鋁合金（＞13%Si），CDW010牌(pai)號(hao)PCD刀具(ju)均可適用，對于耐磨性要求更高(gao)的合(he)金(jin)材料可選用粗粒度及(ji)混(hun)合(he)粒度PCD材質刀具CDW025和(he)CDW302。

2）難加工非金屬材料

加工如玻璃纖維增強(qiang)塑(su)料、填硅材(cai)料、硬(ying)質碳纖維/環氧樹(shu)脂復合(he)材(cai)料、陶瓷、木材(cai)時，刀具磨損嚴重，難以(yi)加工，PCD刀具硬度(du)高(gao)、耐磨(mo)性好，加工效率高(gao)，常用PCD材質(zhi)有(you)CDW010、CDW025和CDW302。

5、PCD刀具的材質牌號性能

除常規PCD刀具的結(jie)構形式(shi)外，可定(ding)制PCD斷屑(xie)槽刀片(pian)、PCD銑刀片及非標PCD刀具等。

PCD材質牌號應用(yong)工況(kuang)以及加(jia)工特性(xing)

PCD刀具材料及切削參(can)數

6、PCD刀具的選擇

PCD刀具選用的主要考(kao)慮因素(su)：表面精(jing)度(du)(du)、外形精(jing)度(du)(du)、尺寸(cun)精(jing)度(du)(du)、刀具變(bian)形、工作周期縮短、停工時間(jian)縮短、刀具壽命(ming)增加、硬材料、刀具成(cheng)本、減(jian)少投資、其它。

PCD刀具的切削參數

（1）切削速度Vc

PCD刀具(ju)可(ke)在極(ji)高的主軸轉速下進行切削加工，例如車削硅鋁合金時速度可(ke)達1000m/min，高(gao)速銑削(xue)3000m/min；

（2）進給(gei)量Fr

PCD刀具根據不同加工情況(kuang)應選擇合適的進給(gei)量，進給(gei)量過大會(hui)影響表面粗糙度、過小會(hui)使(shi)切削溫(wen)度上升(sheng)；

（3）切削深度ap

PCD刀具根據加工(gong)工(gong)藝不(bu)同應選擇合適的切(qie)削深度(du)，切(qie)削深度(du)過(guo)大(da)會影響刀具壽命。

PCD刀具(ju)的應用領(ling)域

（1）3C行業(ye)：隨著消費者對輕(qing)、薄、短、小(xiao)以及時(shi)尚新(xin)潮的要求(qiu)越來越多(duo)，基于(yu)高科技的數字(zi)化、智能化、網(wang)絡(luo)化的新(xin)技術——“3C”產品（計算機Computer，通信Communication，消費類電(dian)子產(chan)品(pin)ConsumerElectronics）層出不窮，產(chan)品數量、種類極為豐富。在“3C”產品(pin)的外殼(ke)應用上，鎂鋁合金已逐漸取代ABS、PC等材料，目前(qian)隨(sui)著5G通訊技術的發展，新型材料陶瓷(ci)（氧化(hua)鋯）越來越多的應用到手機背殼等(deng)領域。

（2）汽(qi)車(che)行業：鋁合金已成為交(jiao)通工業需求的(de)致力于(yu)減輕重量的(de)理(li)想材料(liao)，巿場上有(you)很多(duo)種鋁合金，汽(qi)車(che)活(huo)塞(sai)、輪轂、發動(dong)機(ji)裙部、銷孔和汽(qi)缸體等部件的(de)Si含(han)量超過10%，同(tong)時又采用流水作業(ye)的方式，因此對刀具(ju)的硬度和使用壽命有很高要求，而且(qie)金屬基復合材料(MMC)和碳纖維復(fu)合材料也已(yi)應用到汽車領域(yu)，采用PCD刀具能夠(gou)保證加工速率和加工質量(liang)。

（3）航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天行業：用于(yu)航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天最(zui)普遍(bian)的復合材料是(shi)CFRP(碳(tan)纖維W強塑料(liao))，碳(tan)纖維(wei)復合材料(liao)目前已經占到了機身(shen)材料(liao)的(de)約50%，PCD刀(dao)具對它特(te)別有效(xiao)。典型的(de)CFRP零件是飛行器(qi)的(de)翼梁，還有由這種零件材料制成(cheng)的(de)軸承、泵零件和套(tao)筒。