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人工合成金刚石替代天然金刚石制作刀具

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  • Source:
  • Release time:2020-04-08
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[Summary]目前 ,单晶金刚石、PCD(或PCD/CC)、以及CVD金刚石均乐成用作车刀、镗刀、钻头、铰刀、铣刀、成形刀和切齿刀具等切削部分的制作质料。

人工合成金刚石替代天然金刚石制作刀具

[Summary]目前 ,单晶金刚石、PCD(或PCD/CC)、以及CVD金刚石均乐成用作车刀、镗刀、钻头、铰刀、铣刀、成形刀和切齿刀具等切削部分的制作质料。

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  目前 ,单晶金刚石、PCD(或PCD/CC)、以及CVD金刚石均乐成用作车刀、镗刀、钻头、铰刀、铣刀、成形刀和切齿刀具等切削部分的制作质料。

  金刚石质料的品种必须凭据所加工质料的性质和加工要求来选择 ,除满足技术要求外 ,还应满足经济和环保性能的要求。

  PCD和PCD/CC质料

  PCD和PCD/CC是生产中最常用的金刚石质料 ,它不但适用通;导庸ち煊 ,还广泛地应用在汽车、摩托车、高速列车、石油、化工、建筑、木材加工以及航空航天等工业部分。在汽车和摩托车领域中 ,PCD和PCD/CC适用于加工发动机铝合金活塞的裙部、销孔、汽缸体、变速箱、化油器等耐磨零部件。而这些零部件大多是含矽量较高(Si>12%)的铝基复合质料 ,其内高硬度的硬质颗粒(如SiC的硬度高达3000~3500HV)漫衍在铝合金基体中 ,犹如砂轮中的磨粒一样会对刀具的切削刃起刮磨和攻击作用 ,而使切削刃很快磨损。硬质颗粒的硬度越高、颗粒的尺寸越大、颗粒的数量越多 ,则刀具磨损越快。因此 ,用古板的硬质合金刀具很难进行加工 ,刀具寿命很低或基础无法使用。金刚石是世界上已知的最硬物质 ,实际使用证明 ,它是加工铝基复合质料的最佳刀具质料。

  用PCD金刚石加工铝基复合质料 ,其切削速度可达800~1000m/min ,刀具寿命可比硬质合金高几倍甚至几十倍 ,加工外貌粗糙度值可达Ra0.025~0.012μm。图2所示为用PCD刀具钻加工20%SiCυ的铝基复合质料螺旋泵壳的应用实例。

  用PCD(或PCD/CC)刀具加工碳纤维和玻璃纤维增强塑料(FRP)时 ,切屑成粉状 ,切削温度低 ,且切削长度为K类硬质合金刀具的10倍 ,而磨损却不到硬质合金刀具的1/3。

  PCD(或PCD/CC)刀具也适用于加工预烧後的硬质合金和耐磨的非金属质料 ,如陶瓷、橡胶、石墨、玻璃和种种耐磨木材等。

  PCD刀具的性能主要取决于它的应用场合和所涉及的加工历程 ,但选择适当的牌号和颗粒尺寸也会对其爆发影响。差别品种的PCD刀片 ,由于其组成成份差别 ,切削性能有很大的差别 ,选用时须加以注意。

  目前PCD刀片不像硬质合金那样在国际上有统一的分类 ,各生产厂都有各自的品种与牌号 ,使用时须参照厂家样品来选择。

  DeBeers公司生产的PCD刀片有002、010和025几种 ,晶粒的平均尺寸划分为2μm(细晶粒)、10μm(中晶粒)和25μm(粗晶粒)。晶粒尺寸越大则磨性越好 ,刀具寿命越高 ,但切削刃较粗糙 ,刃口质量差 ,难以制成高精度刀具;中晶粒一般作为机械加工的通用牌号;细晶粒刀具的切削刃的刃口钝圆半径小 ,易加工出良好的外貌质量。因而目前聚晶的晶粒不绝细化 ,并已有1μm甚至有0.5μm以下的细晶 ,需凭据粗、精加工等差别工序要求 ,选用差别巨细的晶粒。

  单晶金刚石刀具质料

  单晶金刚石与PCD(或PCD/CC)以及PCD(或PCD/CC)与CVD金刚石之间能很好地相互增补 ,也保存着一些相互交叉的应用领域。

  单晶金刚石切出的工件外貌呈连续状 ,而用PCD切出的工件外貌泛起出微米量级的不连续状态 ,因此PCD只适用于普通的机械加工领域 ,关于一些有特殊要求的抛光工艺 ,如制备Al2O3镜面时 ,只有使用天然单晶金刚石才华抵达所要求的外貌粗糙度和尺寸公差。

  天然金刚石中较少见大尺寸金刚石 ,但人工合成大尺寸金刚石目前已经成为可能。用其加工高耐磨的层状木板时 ,其性能要优于PCD金刚石 ,不会引起刃口过早钝化。在加工铝基复合质料时 ,既可接纳PCD也可使用TFD(CVD厚膜)。图3所示为用PCD与TFD两种金刚石加工40%SiCυA356MMC质料时的刀具磨损曲綫。图3试验时接纳的切削条件为:切削速度400m/min ,进给量为0.05mm/r ,背吃刀量(切削深度)0.5mm ,加切削液。由实验可知 ,加工40%SiCυ铝基复合质料 ,使用厚膜金刚石TFD的效果最好 ,PCD025次之 ,PCD002刀具的使用寿命最低。

  由于种种金刚石在适应面上的互补性 ,金刚石刀具可加工规模有所扩展 ,人工合成金刚石替代天然金刚石 ,CVD金刚石替代PCD金刚石的趋势也日渐明显。切削加工也由此而进入了一个可实现高效、经济加工的新时期 ,其替代水平决定于技术和经济两方面因素 ,尤其是刀片的成型、刃磨和焊的难易水平将直接影响金刚石刀具的价格和性能。

  通常PCD刀具适合于粗加工和要求刀具有较高断裂韧性的生产中 ,CVD厚膜和单晶金刚石刀具多用於高速精加工和半精加工。

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