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金刚石材料在刀具领域的应用

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金刚石刀具的优点及可加工材料
金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨胀系数,以及与非铁金属亲和力小等优点。可以用于非金属硬脆材料如石墨、高耐磨材料、复合材料、高硅铝合金及其它韧性有色金属材料的精密加工。金刚石刀具类型繁多,性能差异显著,不同类型金刚石刀具的结构、制备方法和应用领域有较大区别。
金刚石刀具cvd单晶毛坯

人造金刚石可制成的刀具种类
目前,单晶金刚石、PCD、以及CVD金刚石均成功用作车刀、镗刀、钻头、铰刀、铣刀、成形刀和切齿刀具等切削部分的制作材料。金刚石材料的品种必须根据所加工材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刀具cvd单晶 刀具
 PCD 刀具可加工的材料
金刚石是世界上已知的最硬物质,实际使用证明,它是加工铝基复合材料的最佳刀具材料。用PCD金刚石加工铝基复合材料,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,加工表面粗糙度值可达Ra0.025~0.012μm。用PCD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刀具也适用于加工预烧後的硬质合金和耐磨的非金属材料,如陶瓷、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨木材等。
铝基复合材料碳纤维复合材料玻璃纤维复合材料

 PCD 材料在机械加工领域的广泛应用
 PCD是生产中最常用的金刚石材料,它不仅适用通常机械加工领域,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门。
汽车领域高铁领域航空领域
建筑领域石油开采领域航空
在汽车和摩托车领域中,PCD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%)的铝基复合材料,其内高硬度的硬质颗粒(如SiC的硬度高达3000~3500HV)分布在铝合金基体中,犹如砂轮中的磨粒一样会对刀具的切削刃起刮磨和冲击作用,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,用传统的硬质合金刀具很难进行加工,刀具寿命很低或根本无法使用。
汽车发动机零件
选择合适的pcd刀具很重要
PCD刀具的性能主要取决于它的应用场合和所涉及的加工过程,但选择适当的牌号和颗粒尺寸也会对其产生影响。不同品种的PCD刀片,由于其组成成分不同,切削性能有很大的差异,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,晶粒的平均尺寸分别为2μm(细晶粒)、10μm(中晶粒)和25μm(粗晶粒)。粒度越粗则磨削力越好,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;中粒度一般作为机械加工的通用牌号;细粒度刀具的切削刃的刃口钝圆半径小,易加工出良好的表面质量。因而目前聚晶的晶粒不断细化,并已有1μm甚至有0.5μm以下的细晶,需根据粗、精加工等不同工序要求,选用不同大小的晶粒。
更多关于PCD刀具加工磨削知识,可以参考https://moresuperhard.cn/news/industry-news/201.html
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