聚晶金剛石刀具介紹

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(ji)70年代，人們利用高壓合(he)成技術合(he)成了聚晶金剛(gang)石（PCD），解(jie)決(jue)了天然金剛石數(shu)量稀少、價格昂(ang)貴的(de)問題，使金剛石刀具的(de)應用范圍擴展(zhan)到(dao)航空、航天、汽車(che)、電子、石材等多(duo)個領域。

聚(ju)晶金剛(gang)石(shi)（PCD）刀具主要用于加工(gong)有(you)色(se)(se)金屬(shu)等非(fei)(fei)黑色(se)(se)金屬(shu)，能夠刃(ren)(ren)磨出很鋒利的刃(ren)(ren)口，得到較好(hao)的加工(gong)表面，而且還是(shi)加工(gong)非(fei)(fei)金屬(shu)新型材(cai)料的首(shou)選材(cai)料，可以切削(xue)硬(ying)質合(he)金及工(gong)業陶瓷等高硬(ying)度產(chan)品。

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PCD刀具的(de)性能(neng)優勢

1）PCD的硬度可(ke)達8000HV，為硬質合金的80~120倍，而且PCD的耐磨性更好。

2）PCD的導熱(re)系數為700W/MK，為硬(ying)質合金的1.5～9倍，甚至高于PCBN和銅。因此(ci)PCD刀具熱量傳遞迅速，良好的(de)傳熱性在很(hen)大程度上(shang)能夠延長刀具壽(shou)命。

3）PCD的(de)摩擦(ca)系數一般僅(jin)為0.1至0.3，而硬質(zhi)合(he)金的摩擦系(xi)數為(wei)0.4～1。因此PCD刀具可顯著減小(xiao)切削力，從而延長了刀具壽命。

4）PCD的熱(re)膨脹系(xi)數小，因(yin)此PCD刀具熱變形(xing)小，加(jia)工(gong)精(jing)度(du)高。刀具熱變形(xing)越(yue)大，加(jia)工(gong)出(chu)的(de)工(gong)件(jian)表面質量(liang)就越(yue)差，要想加(jia)工(gong)出(chu)良(liang)好加(jia)工(gong)表面質量(liang)的(de)工(gong)件(jian)就必須嚴格(ge)控制(zhi)刀具的(de)熱變形(xing)。

5）PCD刀(dao)具與有色金(jin)屬和非金(jin)屬材(cai)(cai)料(liao)的親(qin)和力(li)小，在(zai)加(jia)(jia)(jia)工過程中刀(dao)尖不(bu)易(yi)形(xing)成(cheng)積屑瘤。刀(dao)具與被加(jia)(jia)(jia)工材(cai)(cai)料(liao)的親(qin)和力(li)小，那(nei)么在(zai)加(jia)(jia)(jia)工過程中被加(jia)(jia)(jia)工材(cai)(cai)料(liao)就不(bu)容易(yi)粘接在(zai)刀(dao)具表面，也(ye)就不(bu)容易(yi)形(xing)成(cheng)積屑瘤。

6）PCD刀具(ju)的(de)彈性模量(liang)大，斷裂強度高(gao)（比氧化鋁高(gao)三倍），切削(xue)刃(ren)鈍圓(yuan)半徑值可以磨得很小，不易斷裂，能(neng)長期保持切削(xue)刃(ren)的(de)鋒利程(cheng)度。

PCD刀具的結構(gou)形(xing)式

聚晶金剛(gang)石(PCD)刀具是通過把PCD復合(he)片(pian)焊接到硬質合(he)金或者(zhe)鋼的(de)刀體(ti)上制成的(de)刀具。由于PCD復合(he)片(pian)(pian)將單晶金(jin)(jin)(jin)剛石的高(gao)硬(ying)(ying)度(du)(du)、耐磨性、低摩擦系數和強度(du)(du)與碳(tan)化(hua)(hua)鎢硬(ying)(ying)質(zhi)合(he)金(jin)(jin)(jin)的高(gao)抗彎強度(du)(du)進(jin)行了(le)結合(he)，復合(he)片(pian)(pian)的碳(tan)化(hua)(hua)鎢硬(ying)(ying)質(zhi)合(he)金(jin)(jin)(jin)層(ceng)為金(jin)(jin)(jin)剛石層(ceng)提供了(le)機械支持，增(zeng)加了(le)它(ta)的抗彎強度(du)(du)，同時硬(ying)(ying)質(zhi)合(he)金(jin)(jin)(jin)層(ceng)易于焊(han)接，使制(zhi)作成品刀具變得容易。

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

PCD刀具(ju)的加(jia)工材質(zhi)

1）難加(jia)工有(you)色金屬及其合金材料

加工(gong)銅、鋅、鋁等有色金屬及其(qi)合金、燒(shao)結硬質合金、鈦合金、巴氏合金時，材料易粘附刀具，加工(gong)困難(nan)，PCD刀具可有效防止(zhi)金屬與刀具發生粘結，刀具使(shi)用壽(shou)命長。對于鈦合(he)金、銅合(he)金、碳化鎢硬質合(he)金（Co<16%和Co>16%）、鋁合金(jin)（4-8%Si和9-13%Si）、高硅鋁合金（＞13%Si），CDW010牌號PCD刀具均可適(shi)用，對于耐磨性要(yao)求(qiu)更高(gao)的合金材料(liao)可選用粗粒度(du)及混合粒度(du)PCD材質刀具CDW025和(he)CDW302。

2）難加工非金(jin)屬材料

加工(gong)如玻璃纖(xian)維(wei)(wei)增(zeng)強塑(su)料(liao)、填硅材料(liao)、硬質碳纖(xian)維(wei)(wei)/環氧樹脂復合材料、陶瓷、木(mu)材時，刀具磨損(sun)嚴重(zhong)，難以加工，PCD刀具(ju)硬度高、耐磨性好，加工效率高，常(chang)用PCD材質(zhi)有CDW010、CDW025和(he)CDW302。

5、PCD刀(dao)具(ju)的(de)材(cai)質牌(pai)號性能

除常(chang)規(gui)PCD刀(dao)具的結構(gou)形(xing)式(shi)外，可定(ding)制PCD斷(duan)屑槽刀片、PCD銑(xian)刀片及非標PCD刀具等(deng)。

PCD材(cai)質(zhi)牌號應用工(gong)況以及加工(gong)特性

PCD刀具(ju)材料及(ji)切削參數

6、PCD刀(dao)具的選(xuan)擇

PCD刀具選用的(de)主要考慮(lv)因素：表面精度(du)、外形(xing)精度(du)、尺寸精度(du)、刀具變形(xing)、工作周期縮短、停工時間縮短、刀具壽命增加、硬材(cai)料、刀具成本、減(jian)少投資(zi)、其它。

PCD刀具的切削參數

（1）切削速度(du)Vc

PCD刀(dao)具可在極(ji)高的(de)主軸(zhou)轉速(su)下(xia)進行切削(xue)加工，例如車削(xue)硅鋁合金時速(su)度可達(da)1000m/min，高速銑削3000m/min；

（2）進給量Fr

PCD刀具根據不同(tong)加工情(qing)況應選(xuan)擇合適的進給量，進給量過(guo)大(da)會影響(xiang)表(biao)面粗糙度、過(guo)小(xiao)會使切削溫度上升；

（3）切削深度ap

PCD刀具根(gen)據加工工藝不同應選(xuan)擇合適(shi)的切削深(shen)度，切削深(shen)度過大會影響刀具壽命。

PCD刀具(ju)的應(ying)用領域

（1）3C行(xing)業：隨著(zhu)消(xiao)費(fei)者對輕(qing)、薄(bo)、短、小以及時尚新潮的要求越(yue)來越(yue)多，基于高科技的數字(zi)化(hua)、智能(neng)化(hua)、網絡化(hua)的新技術——“3C”產品（計(ji)算機(ji)Computer，通信Communication，消費類(lei)電子(zi)產(chan)品ConsumerElectronics）層出不窮(qiong)，產(chan)品數量、種類極為豐(feng)富。在“3C”產品的外殼(ke)應(ying)用(yong)上，鎂(mei)鋁合金(jin)已逐(zhu)漸取(qu)代ABS、PC等(deng)材料，目(mu)前隨著5G通(tong)訊(xun)技術的發展，新型材料陶瓷（氧化鋯）越來越多的應用(yong)到手機背殼等領域。

（2）汽(qi)車行業(ye)：鋁(lv)合(he)金已成為交通工業(ye)需求的致力于(yu)減輕(qing)重(zhong)量的理(li)想材料，巿(fu)場上有很多種鋁(lv)合(he)金，汽(qi)車活塞、輪轂、發(fa)動機裙部(bu)(bu)、銷孔(kong)和汽(qi)缸體等部(bu)(bu)件的Si含量超過10%，同時又采用(yong)流水(shui)作業的方(fang)式，因此(ci)對刀具的硬度和使用(yong)壽命有很高要求(qiu)，而且金(jin)屬基復合材料(liao)(MMC)和碳(tan)纖維復合材(cai)料也已應用(yong)到汽車領域(yu)，采用(yong)PCD刀具能夠保證加工速率(lv)和加工質量。

（3）航(hang)(hang)空(kong)航(hang)(hang)天行業：用于航(hang)(hang)空(kong)航(hang)(hang)天最普遍的復合材料(liao)是CFRP(碳纖維W強塑料)，碳纖維(wei)復(fu)合材料目前(qian)已(yi)經占到了(le)機身材料的約50%，PCD刀具(ju)對它(ta)特別(bie)有效。典型的CFRP零(ling)件是(shi)飛行器的(de)翼梁(liang)，還有由這種零(ling)件材(cai)料制成的(de)軸承、泵零(ling)件和(he)套(tao)筒。