金刚石材料在刀具领域的应用

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。


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。


 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。


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。

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。
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