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PCD刀具應(yīng)用綜述

發(fā)布時間: 2023-10-10 發(fā)布者:  曼德希

聚晶金剛石(Polycrystalline Diamond,簡稱PCD)是一種金剛石和硬質(zhì)合金組成的復(fù)合材料,通常是通過將添加一定量結(jié)合劑的金剛石粉末與硬質(zhì)合金基體組裝在一起,然后在超高溫高壓條件下燒結(jié)制得的。

PCD有極高的耐磨性和硬度、低摩擦系數(shù)、高導(dǎo)熱率等特點,使得PCD刀具可以實現(xiàn)高速、高效和高精加工,在航空航天、汽車、電子、木材以及石材等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

1.PCD的性能特點

(1)高硬度和耐磨性

PCD具有硬度高、抗壓強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性及耐磨性好的特點,可在高速切削中獲得很高的加工精度和加工效率。PCD刀具的此種特性是由金剛石晶體狀態(tài)決定的,該結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的結(jié)合力和方向性,從而使金剛石具有極高硬度。

(2)各向同性、無解理面

PCD是由微米級或亞微米級金剛石小顆粒通過一定方法合成的聚合體,顆粒無序堆積的混亂性導(dǎo)致其各向同性,可在切削工件時發(fā)揮最好的性能,而不需要選擇方向,同時也不易沿單一解理面裂開,優(yōu)化了力學(xué)性能。

(3)高加工精度

PCD刀具具有較低的熱膨脹系數(shù)和很高的彈性模量,因而在切削過程中刀具不易變形,同時可以減小切削力和降低切削溫度,提高刀具耐用度和切削率,從而獲得良好的加工表面。

(4)低摩擦系數(shù)

PCD具有較低的摩擦系數(shù),與有色金屬和非金屬材料間的親和力很小,不僅可以降低變形和切削力,而且在切削加工中不產(chǎn)生積屑瘤,大大降低了加工工件表面的粗糙度。

(5)高導(dǎo)熱率

PCD的導(dǎo)熱率很高,比銀、銅還要好,比一般硬質(zhì)合金高得多,因此在切削過程中容易散熱,切削溫度較低。

2.PCD的應(yīng)用

(1)PCD在汽車和航空航天領(lǐng)域中的應(yīng)用

PCD刀具在汽車領(lǐng)域主要用于加工發(fā)動機(jī)活塞的裙部、銷孔、汽缸體、變速箱等。由于這些部件材料含硅量較高(10%以上),對刀具的使用壽命要求高,而PCD刀具耐用度是硬質(zhì)合金刀具的1-50倍,可保證零部件尺寸的穩(wěn)定性,并可大大提高切削速度、加工效率和工件的表面質(zhì)量。

在航空航天領(lǐng)域,采用PCD刀具加工鋁合金(AlSi2)缸蓋,切削速率較高,且刀具壽命比硬質(zhì)合金提高約20倍,工件的表面質(zhì)量也大大提高。

(2)PCD在木材加工行業(yè)中的應(yīng)用

木材加工也是PCD刀具應(yīng)用的重要領(lǐng)域。隨著人工合成板材(中密度纖維板、刨花板及復(fù)合地板等)的飛速發(fā)展,加速了對超硬刀具的需求,使PCD刀具逐步替代了傳統(tǒng)木工刀具在市場中的地位。

強(qiáng)化復(fù)合地板最外層的Al2O3對硬質(zhì)合金刀具的磨損很大,利用PCD刀具能夠有效地解決這個問題。因此,PCD在木工行業(yè)的主要市場是強(qiáng)化復(fù)合地板和高硬度纖維板的加工。

(3)PCD在電子加工行業(yè)中的應(yīng)用

電子行業(yè)中對電氣印刷板制作的要求越來越高,一般刀具在使用中會有毛邊,影響電氣元器件的安裝定位,且整張印刷板不美觀;硬質(zhì)合金刀具在加工中,壽命短、加工速度慢、效率低、加工精度差。采用PCD刀具,加工效率高,加工成本低,應(yīng)用比較廣泛。

(4)PCD在玻璃切割加工行業(yè)中的應(yīng)用

PCD制成的刀輪主要用于電子產(chǎn)品的液晶屏的高精度、高品質(zhì)切割,同時可以切割建筑用和汽車用玻璃。芯棒與刀輪均為PCD材料,具有加工精度高、耐磨損、一致性好的優(yōu)點,同時使用壽命高,是普通玻璃刀和硬質(zhì)合金玻璃刀輪的理想替代品。

(5)PCD在復(fù)合材料行業(yè)中的應(yīng)用

采用PCD刀具加工玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,其刀具壽命是硬質(zhì)合金刀具的60倍左右,單件加工成本為硬質(zhì)合金刀具的1/20,且加工精度比硬質(zhì)合金高。

PCD因其良好的加工質(zhì)量和加工經(jīng)濟(jì)性在非金屬材料、有色金屬及合金、復(fù)合材料等領(lǐng)域顯示出獨一無二的優(yōu)勢。如果實現(xiàn)高速鋼和硬質(zhì)合金刀具的雙替代,PCD刀具市場空間將更加巨大。

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