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PCD刀具材料资料技术知识大全

发布者: 老妖 | 发布时间: 2021-3-16 07:58| 查看数: 148| 评论数: 0|帖子模式

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目前,仍有很多机械行业的人在应用金刚石(PCD)刀具时,对其性能还不足够了解,经常不能确定PCD刀具和PCBN刀具具体用于哪些行业或领域。本次小编就给大家讲解一下,金刚石(PCD)刀具材料的应用及切削参数推荐。
1、 金刚石PCD刀具介绍
金刚石作为一种超硬刀具材料已广泛应用于切削加工,天然金刚石价格昂贵限制了金刚石刀具的发展,20世纪70年代,人们利用高压合成技术合成了聚晶金刚石(PCD),解决了天然金刚石数量稀少、价格昂贵的问题,使金刚石刀具的应用范围扩展到航空、航天、汽车、电子、石材等多个领域。
聚晶金刚石(PCD)刀具主要用于加工有色金属等非黑色金属,能够刃磨出很锋利的刃口,得到较好的加工表面,而且还是加工非金属新型材料的首选材料,可以切削硬质合金及工业陶瓷等高硬度产品。


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2、PCD刀具的性能优势
1)PCD的硬度可达8000HV,为硬质合金的80~120倍,而且PCD的耐磨性更好。
2)PCD的导热系数为700W/MK,为硬质合金的1.5~9倍,甚至高于PCBN和铜。因此PCD刀具热量传递迅速,良好的传热性在很大程度上能够延长刀具寿命。
3)PCD的摩擦系数一般仅为0.1至0.3,而硬质合金的摩擦系数为0.4~1。因此PCD刀具可显著减小切削力,从而延长了刀具寿命。
4)PCD的热膨胀系数小,因此PCD刀具热变形小,加工精度高。刀具热变形越大,加工出的工件表面质量就越差,要想加工出良好加工表面质量的工件就必须严格控制刀具的热变形。

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5)PCD刀具与有色金属和非金属材料的亲和力小,在加工过程中刀尖不易形成积屑瘤。刀具与被加工材料的亲和力小,那么在加工过程中被加工材料就不容易粘接在刀具表面,也就不容易形成积屑瘤。
6)PCD刀具的弹性模量大,断裂强度高(比氧化铝高三倍),切削刃钝圆半径值可以磨得很小,不易断裂,能长期保持切削刃的锋利程度。


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3、PCD刀具的结构形式
聚晶金刚石(PCD)刀具是通过把PCD复合片焊接到硬质合金或者钢的刀体上制成的刀具。由于PCD复合片将单晶金刚石的高硬度、耐磨性、低摩擦系数和强度与碳化钨硬质合金的高抗弯强度进行了结合,复合片的碳化钨硬质合金层为金刚石层提供了机械支持,增加了它的抗弯强度,同时硬质合金层易于焊接,使制作成品刀具变得容易。
PCD刀具的结构形式有:PCD刀片、PCD铣刀、PCD铰刀、PCD钻头、PCD切槽刀、非标PCD刀具。


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4、PCD刀具的加工材质
1)难加工有色金属及其合金材料
加工铜、锌、铝等有色金属及其合金、烧结硬质合金、钛合金、巴氏合金时,材料易粘附刀具,加工困难,PCD刀具可有效防止金属与刀具发生粘结,刀具使用寿命长。对于钛合金、铜合金、碳化钨硬质合金(Co < 16%和Co > 16%)、铝合金(4-8%Si和9-13%Si)、高硅铝合金(>13%Si),CDW010牌号PCD刀具均可适用,对于耐磨性要求更高的合金材料可选用粗粒度及混合粒度PCD材质刀具CDW025和CDW302。
2)难加工非金属材料
加工如玻璃纤维增强塑料、填硅材料、硬质碳纤维/环氧树脂复合材料、陶瓷、木材时,刀具磨损严重,难以加工,PCD刀具硬度高、耐磨性好,加工效率高,常用PCD材质有CDW010、CDW025和CDW302。



5、PCD刀具的材质牌号性能
除常规PCD刀具的结构形式外,可定制PCD断屑槽刀片、PCD铣刀片及非标PCD刀具等。 PCD材质牌号应用工况以及加工特性


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6、PCD刀具的选择
PCD刀具选用的主要考虑因素:表面精度、外形精度、尺寸精度、刀具变形、工作周期缩短、停工时间缩短、刀具寿命增加、硬材料、刀具成本、减少投资、其它。
7、PCD刀具的切削参数:
(1)切削速度Vc
PCD刀具可在极高的主轴转速下进行切削加工,例如车削硅铝合金时速度可达1000m/min,高速铣削3000m/min;
(2)进给量Fr
PCD刀具根据不同加工情况应选择合适的进给量,进给量过大会影响表面粗糙度、过小会使切削温度上升;
(3)切削深度ap
PCD刀具根据加工工艺不同应选择合适的切削深度,切削深度过大会影响刀具寿命。

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8、PCD刀具的常用应用领域
(1)3C行业:随着消费者对轻、薄、短、小以及时尚新潮的要求越来越多,基于高科技的数字化、智能化、网络化的新技术——“3C”产品(计算机Computer,通信Communication,消费类电子产品ConsumerElectronics)层出不穷,产品数量、种类极为丰富。在“3C”产品的外壳应用上,镁铝合金已逐渐取代ABS、PC等材料,目前随着5G通讯技术的发展,新型材料陶瓷(氧化锆)越来越多的应用到手机背壳等领域。
(2)汽车行业:铝合金已成为交通工业需求的致力于减轻重量的理想材料,巿场上有很多种铝合金,汽车活塞、轮毂、发动机裙部、销孔和汽缸体等部件的Si含量超过10%,同时又采用流水作业的方式,因此对刀具的硬度和使用寿命有很高要求,而且金属基复合材料 (MMC) 和碳纤维复合材料也已应用到汽车领域,采用PCD刀具能够保证加工速率和加工质量。
(3)航空航天行业:用于航空航天最普遍的复合材料是CFRP(碳纤维W强塑料),碳纤维复合材料目前已经占到了机身材料的约50%,PCD刀具对它特别有效。典型的CFRP零件是飞行器的翼梁,还有由这种零件材料制成的轴承、泵零件和套筒。


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9、PCD刀具的发展前景
汽车制造业推动PCD刀具的快速发展:近年来,为了减少汽车的总重量和燃油费用,铝合金材料在汽车零部件中的使用越来越多,聚晶金刚石(PCD)刀具寿命长,能实现高效、高速、高精度切削加工,为此加工铝合金汽车零部件用聚晶金刚石(PCD)刀具的使用量也在快速增长。
国内PCD刀具市场随着刀具技术水平的发展也不断扩大,目前中国第一汽车集团已有一百多个聚晶金刚石(PCD)车刀使用点。PCD刀具的应用也进一步推动了对其设计与制造技术的研究,国内众多知名高校和刀具制造商都在积极开展这方面的研究、研发和生产。
随着新产品的不断问世,新材料应用、超精表面加工的要求越来越高,不断挑战材料切削的加工技术。对于非铁系金属(铝合金、黄铜、陶瓷、超硬材料)加工,PCD刀具加工精度高,耐磨性好,工具寿命长,工具交换引起的非切削时间减少,生产力得到大大提升,继而刀具的要求也是不断提升,例如超镜面铣削,超精密镗孔等等加工需求,要求PCD刀具要有更好的表面质量。

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所谓PCD( Poly Crystalline Diamond聚晶烧结)工具是:将PCD粒子在高温高压条件下,以超硬材质为基板,与其他材质(金属、陶瓷)夹杂在一起,压结成型。与母材一起一体烧结形成复合涂层,再刃磨,然后做精密线切割加工,做成刀具。这种材料和天然钻石相比,作为刀具,加工表面更不容易产生裂纹,稳定性更好。同时,PCD制作容易,即使是复杂形状也没问题,且造价较低。根据构成的钻石粒度1~50μm不等,用户可以根据实际切削条件进行选择。
牧野集团除了优秀的磨刀机床之外,还有一款高精密的PCD刀具加工机,那就是采用油基的线切割机床。这款机床针对超硬材质、超高精度的加工应用开发、切割镜面,最终抛光处理,几乎没有变质层。这款机床是牧野日本研发设计,生产的UPV系列机床。
这款机床拥有高刚性的层叠式设计,配置高精密电源SPG-Ⅱ,床身具备良好的稳定性控制,内部可以达到±0.1℃恒温,最小线径0.05mm,最佳光洁度Rz0.2μm,加工精度控制到0.5μm。
此基础之上,PCD刀具加工,通过选用高精度旋转轴,配合人机对话软件和3D仿真系统,可以让用户很容易就掌握其使用方法。


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对于用户而言,只需要将3D模型导入到牧野配置的3D仿真软件,就可以得到刀具设定的自动测量程序。机床配置的Renishaw探头与C轴同步动作,分析检测PCD刀具的形位;检测到的数据将直接传输到机床的人机对话界面,生成加工程序;3D模拟检查程序没有问题之后,就可以执行程序,补偿形位,切割需要的后角。

加工案例:

另外,对于较大的刀具,同轴度要求较高的,机床还可以选择尾座支撑,保证加工过程中的刀具末端端跳小于2μm。

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用户在选购机床时候,需要根据自己刀具加工的直径范围以及长度范围,选择大小合适的机床,UPV3/UPV5。还需要注意自己刀柄的装夹方式,选择适当的适配器以及探头直径。
复杂多变的加工状况以及加工要求之下,牧野恰好专业,提供最佳的解决方案,相信将会为用户带来更多的收获或者帮助。



               

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