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PCD刀具的应用与发展

发布时间:2022年04月28日    点击:[0]人次

PCD刀具的应用与发展

聚晶金刚石(PCD)刀具加工铝制工件具有刀具寿命长、金属切除率高等优点,其缺点是刀具价格昂贵,加工成本高。这一点在机械制造业已形成共识。但近年来PCD刀具的发展与应用情况已发生了许多变化中国机械网okmao.com。如今的铝材料在性能上已今非昔比,在加工各种新开发的铝合金材料(尤其是高硅含量复合材料)时,为了实现生产率及加工质量的最优化,必须认真选择PCD刀具的牌号及几何参数,以适应不同的加工要求。PCD刀具的另一个变化是加工成本不断降低,在市场竞争压力和刀具制造工艺改进的共同作用下,PCD刀具的价格已大幅下降50%以上。上述变化趋势导致PCD刀具在铝材料加工中的应用日益增多,而刀具的适用性则受到不同被加工材料的制约。

PCD刀具的基本特点

具有极高硬度和独特机械性能的PCD复合片是由金刚石颗粒和催化剂的混合物在高温高压下烧结而成,在合成过程中产生了金刚石颗粒共生物,并在金刚石颗粒之间建立起连接“桥”,从而获得具有催化剂岛状结构、类似于整体金刚石的PCD材料。PCD材料的结构与PCBN(聚晶立方氮化硼)材料不同。在PCBN材料中,CBN粒子之间并无实际粘结物;而PCD材料中则存在共生物,金刚石颗粒之间通过晶格“桥”相互连接。

PCD刀具牌号是以金刚石颗粒的粒度进行分类。根据制造商的标准,细颗粒、中等颗粒和粗颗粒PCD牌号所对应的金刚石粒度大致分别为2μm、10μm和25μm。粗颗粒PCD牌号比细颗粒PCD牌号强度更高,耐磨性更好,在粗加工中具有更长的工作寿命,但粗颗粒PCD刀具的切削刃难以达到细颗粒PCD刀具表面的光滑程度。因此,细颗粒PCD刀具可获得更好的加工表面光洁度,但磨损速度较快。

PCD刀具的价格变化

过去,价格昂贵一直是影响用户广泛接受PCD刀具的一个主要障碍,但现在情况发生了很大变化。业界估计,在过去的两三年中,PCD刀具的价格已下降了40%~60%。在20世纪90年代初,PCD刀具的发展势头开始,在随后的时间,对PCD刀具的市场需求开始不断增加,使PCD刀具发展技术日益成熟。刀具制造工艺(如用于金刚石毛坯粗加工的EDM工艺、切削刃精密加工工艺等)不断改进。此外,与十年前相比,加工PCD刀具用的金刚石砂轮质量显著提高,成本则大大下降。此外,新进入PCD刀具制造业的竞争者也动摇了原有的市场价格体系。

PCD刀具的正确使用

切削加工铝合金材料时,硬质合金刀具的粗加工切削速度约为120m/min,PCD刀具即使在粗加工高硅铝合金时其切削速度也可达到约360m/min。刀具制造商推荐采用细颗粒(或中等颗粒)PCD牌号加工无硅和低硅铝合金材料,采用粗颗粒PCD牌号加工高硅铝合金材料。如铣削加工的工件表面光洁度达不到要求,可采用晶粒尺寸较小的修光刀片对工件表面进行修光加工,以获得满意的表面光洁度。

PCD刀具的正确应用是获得满意加工效果的前提。虽然刀具失效的具体原因各不相同,但通常是由于使用对象或使用方法不正确所致。用户在订购PCD刀具时,应正确把握刀具的适用范围。例如,用PCD刀具加工黑色金属工件(如不锈钢)时,由于金刚石极易与钢中的碳元素发生化学反应,将导致PCD刀具迅速磨损,因此加工淬硬钢的正确选择应该是PCBN刀具。

但一般来说,为了减小切削力,防止产生积屑瘤,PCD刀具应采用正切削角。在加工高硅铝合金时(尤其在用PCD刀具替代硬质合金刀具进行加工时),PCD刀具的后角最好比原硬质合金刀具采用的后角(如25°)略微减小,以改善PCD刀具切削刃对高硅铝合金的切削性能。PCD刀具的正前角也不宜过大,因为刀具前角越大,其切削刃强度越低,换句话说,PCD刀具的后角越小,切削刃的强度越高。

机床刚性与切削速度

虽然金刚石具有极高的硬度,但其韧性不如硬质合金,更大大低于高速钢,因此PCD刀具的主要失效形式为崩刃。崩刃通常由加工中的振动引起,减小刀具悬伸量或主轴长度、提高机床本身的刚性均有助于减小振动。高刚性的加工机床是使用PCD刀具的必备条件,大多数加工车间都是在先进的CNC数控机床上切削加工高硅铝合金和铝金属基复合材料。

较高的切削速度也可起到保护PCD刀具切削刃的目的。用PCD刀具进行车削加工时,采用的切削速度应比用硬质合金刀具加工提高2~3倍,否则难以获得满意的加工效果。

大多数切削加工所用的PCD刀具都是在硬质合金刀体上焊接一片PCD刀尖制成,因此焊接部位的整体性对于PCD刀具的加工寿命起着至关重要的作用。过高的切削温度可能引起焊料软化,造成PCD刀尖脱落;过大的切削深度(超过PCD刀尖长度的60%)也可能对焊接部位造成冲击和破坏。如果焊接部位的整体性出现问题,可通过降低切削速度和(或)减小切削深度来降低PCD刀尖处的温度。

PCD刀具可分为表面加工刀具和孔加工刀具两大类。PCD刀

具对铝合金材料进行表面加工时,通常不需要使用冷却液;而进行钻孔或镗孔等半封闭式加工时,则需要确保排屑顺畅以及对切削刃的冷却与润滑。

刀具夹头的刚性对于PCD刀具的使用也十分重要。如果刀具夹头刚性不足,使用再好的刀具也难以获得满意的加工表面光洁度。

PCD刀具技术的新发展

为了满足用户对PCD刀具切削性能不断提高的要求,在竞争激烈的PCD刀具市场占有更大份额,我们正不断对PCD刀具技术进行改进与提高。

随着PCD刀具切削性能的不断提高和PCD刀具价格的不断下降,PCD刀具对于广大用户具有了前所未有的吸引力,这将有力推动PCD刀具的普及应用以及PCD刀具技术更快地向前发展。

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