金刚石(PCD)刀具材料及切削参数

金刚石(PCD)刀具材料及切削参数

2021-12-22 09:09:47 0

工具/原料

金刚石(PCD)刀具

方法/步骤1:

1、PCD刀具介绍

金刚石作为一种超硬刀具材料已广泛应用于切削加工,天然金刚石价格昂贵限制了金刚石刀具的发展,20世纪70年代,人们利用高压合成技术合成了聚晶金刚石(PCD),解决了天然金刚石数量稀少、价格昂贵的问题,使金刚石刀具的应用范围扩展到航空、航天、汽车、电子、石材等多个领域。

聚晶金刚石(PCD)刀具主要用于加工有色金属等非黑色金属,能够刃磨出很锋利的刃口,得到较好的加工表面,而且还是加工非金属新型材料的首选材料,可以切削硬质合金及工业陶瓷等高硬度产品。

PCD刀具和其他刀具材料的硬度和韧性对比图。

方法/步骤2:

2、PCD刀具的性能优势

1)PCD的硬度可达8000HV,为硬质合金的80~120倍,而且PCD的耐磨性更好。

2)PCD的导热系数为700W/MK,为硬质合金的1.5~9倍,甚至高于PCBN和铜。因此PCD刀具热量传递迅速,良好的传热性在很大程度上能够延长刀具寿命。

3)PCD的摩擦系数一般仅为0.1至0.3,而硬质合金的摩擦系数为0.4~1。因此PCD刀具可显著减小切削力,从而延长了刀具寿命。

4)PCD的热膨胀系数小,因此PCD刀具热变形小,加工精度高。刀具热变形越大,加工出的工件表面质量就越差,要想加工出良好加工表面质量的工件就必须严格控制刀具的热变形。

5)PCD刀具与有色金属和非金属材料的亲和力小,在加工过程中刀尖不易形成积屑瘤。刀具与被加工材料的亲和力小,那么在加工过程中被加工材料就不容易粘接在刀具表面,也就不容易形成积屑瘤。

6)PCD刀具的弹性模量大,断裂强度高(比氧化铝高三倍),切削刃钝圆半径值可以磨得很小,不易断裂,能长期保持切削刃的锋利程度。

方法/步骤3:

3、PCD刀具的结构形式

聚晶金刚石(PCD)刀具是通过把PCD复合片焊接到硬质合金或者钢的刀体上制成的刀具。由于PCD复合片将单晶金刚石的高硬度、耐磨性、低摩擦系数和强度与碳化钨硬质合金的高抗弯强度进行了结合,复合片的碳化钨硬质合金层为金刚石层提供了机械支持,增加了它的抗弯强度,同时硬质合金层易于焊接,使制作成品刀具变得容易。

PCD刀具的结构形式有:PCD刀片、PCD铣刀、PCD铰刀、PCD钻头、PCD切槽刀、非标PCD刀具。

方法/步骤4:

4、PCD刀具的加工材质

1)难加工有色金属及其合金材料

加工铜、锌、铝等有色金属及其合金、烧结硬质合金、钛合金、巴氏合金时,材料易粘附刀具,加工困难,PCD刀具可有效防止金属与刀具发生粘结,刀具使用寿命长。对于钛合金、铜合金、碳化钨硬质合金(Co < 16%和Co > 16%)、铝合金(4-8%Si和9-13%Si)、高硅铝合金(>13%Si),CDW010牌号PCD刀具均可适用,对于耐磨性要求更高的合金材料可选用粗粒度及混合粒度PCD材质刀具CDW025和CDW302。

2)难加工非金属材料

加工如玻璃纤维增强塑料、填硅材料、硬质碳纤维/环氧树脂复合材料、陶瓷、木材时,刀具磨损严重,难以加工,PCD刀具硬度高、耐磨性好,加工效率高,常用PCD材质有CDW010、CDW025和CDW302。

方法/步骤5:

5、PCD刀具的材质牌号性能

除常规PCD刀具的结构形式外,可定制PCD断屑槽刀片、PCD铣刀片及非标PCD刀具等。

PCD材质牌号应用工况以及加工特性

方法/步骤6:

6、PCD刀具的选择

PCD刀具选用的主要考虑因素:表面精度、外形精度、尺寸精度、刀具变形、工作周期缩短、停工时间缩短、刀具寿命增加、硬材料、刀具成本、减少投资、其它。

方法/步骤7:

7、CBN刀具的切削参数:

(1)切削速度Vc

PCD刀具可在极高的主轴转速下进行切削加工,例如车削硅铝合金时速度可达1000m/min,高速铣削3000m/min;

(2)进给量Fr

PCD刀具根据不同加工情况应选择合适的进给量,进给量过大会影响表面粗糙度、过小会使切削温度上升;

(3)切削深度ap

PCD刀具根据加工工艺不同应选择合适的切削深度,切削深度过大会影响刀具寿命。

方法/步骤8:

8、PCD刀具的常用应用领域

(1)3C行业:随着消费者对轻、薄、短、小以及时尚新潮的要求越来越多,基于高科技的数字化、智能化、网络化的新技术——“3C”产品(计算机Computer,通信Communication,消费类电子产品ConsumerElectronics)层出不穷,产品数量、种类极为丰富。在“3C”产品的外壳应用上,镁铝合金已逐渐取代ABS、PC等材料,目前随着5G通讯技术的发展,新型材料陶瓷(氧化锆)越来越多的应用到手机背壳等领域。

(2)汽车行业:铝合金已成为交通工业需求的致力于减轻重量的理想材料,巿场上有很多种铝合金,汽车活塞、轮毂、发动机裙部、销孔和汽缸体等部件的Si含量超过10%,同时又采用流水作业的方式,因此对刀具的硬度和使用寿命有很高要求,而且金属基复合材料 (MMC) 和碳纤维复合材料也已应用到汽车领域,采用PCD刀具能够保证加工速率和加工质量。

(3)航空航天行业:用于航空航天最普遍的复合材料是CFRP(碳纤维W强塑料),碳纤维复合材料目前已经占到了机身材料的约50%,PCD刀具对它特别有效。典型的CFRP零件是飞行器的翼梁,还有由这种零件材料制成的轴承、泵零件和套筒。

方法/步骤9:

9、PCD刀具的发展前景

汽车制造业推动PCD刀具的快速发展:近年来,为了减少汽车的总重量和燃油费用,铝合金材料在汽车零部件中的使用越来越多,聚晶金刚石(PCD)刀具寿命长,能实现高效、高速、高精度切削加工,为此加工铝合金汽车零部件用聚晶金刚石(PCD)刀具的使用量也在快速增长。

国内PCD刀具市场随着刀具技术水平的发展也不断扩大,目前中国第一汽车集团已有一百多个聚晶金刚石(PCD)车刀使用点。PCD刀具的应用也进一步推动了对其设计与制造技术的研究,国内众多知名高校和刀具制造商(华菱超硬)都在积极开展这方面的研究、研发和生产。

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