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《pcd刀具的應(yīng)用與發(fā)展》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、PCD刀具的應(yīng)用與發(fā)展聚晶金剛石(PCD)刀具加工鋁制工件具有刀具壽命長(zhǎng)、金屬切除率高等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是刀具價(jià)格昂貴，加工成本高。這一點(diǎn)在機(jī)械制造業(yè)已形成共識(shí)。但近年來PCD刀具的發(fā)展與應(yīng)用情況已發(fā)生了許多變化。如今的鋁材料在性能上已今非昔比，在加工各種新開發(fā)的鋁合金材料(尤其是高硅含量復(fù)合材料)時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率及加工質(zhì)量的最優(yōu)化，必須認(rèn)真選擇PCD刀具的牌號(hào)及幾何參數(shù)，以適應(yīng)不同的加工要求。PCD刀具的另一個(gè)變化是加工成本不斷降低，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力和刀具制造工藝改進(jìn)的共同作用下，PCD刀具的價(jià)格已大幅下降50%以上。上述變化趨勢(shì)導(dǎo)致
2、PCD刀具在鋁材料加工中的應(yīng)用日益增多，而刀具的適用性則受到不同被加工材料的制約。PCD刀具的基本特點(diǎn)具有極高硬度和獨(dú)特機(jī)械性能的PCD復(fù)合片是由金剛石顆粒和催化劑的混合物在高溫高壓下燒結(jié)而成，在合成過程中產(chǎn)生了金剛石顆粒共生物，并在金剛石顆粒之間建立起連接“橋”，從而獲得具有催化劑島狀結(jié)構(gòu)、類似于整體金剛石的PCD材料。PCD材料的結(jié)構(gòu)與PCBN(聚晶立方氮化硼)材料不同。在PCBN材料中，CBN粒子之間并無實(shí)際粘結(jié)物；而PCD材料中則存在共生物，金剛石顆粒之間通過晶格“橋”相互連接。PCD刀具牌號(hào)是以金剛石顆粒的粒度進(jìn)行分類。根
3、據(jù)制造商的標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)顆粒、中等顆粒和粗顆粒PCD牌號(hào)所對(duì)應(yīng)的金剛石粒度大致分別為2μm、10μm和25μm。粗顆粒PCD牌號(hào)比細(xì)顆粒PCD牌號(hào)強(qiáng)度更高，耐磨性更好，在粗加工中具有更長(zhǎng)的工作壽命，但粗顆粒PCD刀具的切削刃難以達(dá)到細(xì)顆粒PCD刀具表面的光滑程度。因此，細(xì)顆粒PCD刀具可獲得更好的加工表面光潔度，但磨損速度較快。PCD刀具的價(jià)格變化過去，價(jià)格昂貴一直是影響用戶廣泛接受PCD刀具的一個(gè)主要障礙，但現(xiàn)在情況發(fā)生了很大變化。業(yè)界估計(jì)，在過去的兩三年中，PCD刀具的價(jià)格已下降了40%～60%。出現(xiàn)PCD刀具價(jià)格“跳水”的原因之一是
4、市場(chǎng)供大于求。在20世紀(jì)90年代初，PCD刀具的發(fā)展勢(shì)頭開始超過傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金刀具，在隨后的十年中，對(duì)PCD刀具的市場(chǎng)需求不斷增加。但是，隨著PCD刀具制造技術(shù)的成熟，其銷售增長(zhǎng)勢(shì)頭開始減緩，目前整個(gè)制造業(yè)的不景氣對(duì)PCD刀具市場(chǎng)也有一定影響。此外，新進(jìn)入PCD刀具制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)者也動(dòng)搖了原有的市場(chǎng)價(jià)格體系。PCD刀具價(jià)格下降的另一個(gè)原因是刀具制造成本不斷降低，刀具制造工藝(如用于金剛石毛坯粗加工的EDM工藝、切削刃精密加工工藝等)不斷改進(jìn)。此外，與十年前相比，加工PCD刀具用的金剛石砂輪質(zhì)量顯著提高，成本則大大下降。汽車制造業(yè)推動(dòng)了
5、PCD刀具發(fā)展美國(guó)汽車制造商為了迎合美國(guó)消費(fèi)者偏愛寬大轎車的習(xí)慣，同時(shí)又要考慮經(jīng)濟(jì)不景氣的影響以及適應(yīng)CAFE節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此一直在致力于提高汽車燃料的利用效率。美國(guó)航空業(yè)制造商也面臨類似的壓力。這就導(dǎo)致輕型材料(如塑料、復(fù)合材料、鋁合金材料等)在汽車、飛機(jī)制造上的應(yīng)用大量增加。為了在減輕材料重量的同時(shí)增加其強(qiáng)度，人們?cè)谛滦弯X合金材料中加入了硅元素。硅鋁合金的重量與鋁合金相同(或更輕)，但其硬度、強(qiáng)度和耐磨性顯著提高，同時(shí)還具有更好的熱膨脹性能。在合金中添加硅元素的百分比含量取決于材料的使用性能與加工性能。鋁合金中的硅元素濃度達(dá)
6、到完全飽和點(diǎn)時(shí)稱為共晶態(tài)；當(dāng)鋁合金處于過共晶態(tài)(硅元素含量超過12.6%)時(shí)，硅元素將以固體粒子的形式從鋁基體中析出；當(dāng)鋁合金中的硅元素含量低于約12%時(shí)稱為亞共晶態(tài)，此時(shí)硅元素與鋁元素處于混合狀態(tài)而沒有析出物。過共晶態(tài)鋁合金具有最好的耐磨性、剛性和抗疲勞強(qiáng)度，但其機(jī)械性能的改善意味著其切削加工性能的惡化。過共晶態(tài)鋁合金，尤其是T-6合金、經(jīng)過熱處理的390合金(用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)活塞)等，難于切削加工的主要原因在于這種合金中所含的硬質(zhì)硅顆粒(俗稱“石頭”)，只有采用具有鋒利切削刃的金剛石刀具才能進(jìn)行有效加工并獲得良好的加工表面質(zhì)量。如
7、果PCD刀具的切削刃鈍化，切削時(shí)會(huì)將硅顆粒從基體中撕離，從而破壞加工表面光潔度。硬度較軟的低硅鋁合金也并不一定易于切削加工(尤其當(dāng)工件表面質(zhì)量要求較高時(shí))，加工此類合金時(shí)遇到的主要問題是卷屑不良和容易產(chǎn)生積屑瘤，影響加工表面光潔度，特別是硅含量低于9%的粘性鋁合金，加工難度相當(dāng)大。鋁金屬基復(fù)合材料是通過在鋁合金基體中添加陶瓷纖維(或微粉)制成，它可看作是過共晶態(tài)鋁合金材料的進(jìn)一步發(fā)展。通過添加增強(qiáng)纖維，可在保持鋁合金原有良好性能的同時(shí)顯著改善復(fù)合材料的機(jī)械物理性能。鋁金屬基復(fù)合材料具有強(qiáng)度高、重量輕、熱穩(wěn)定性和熱傳導(dǎo)性好的優(yōu)點(diǎn)，但反
8、過來看，材料獲得的優(yōu)良耐磨性是以其可加工性惡化為代價(jià)的。PCD刀具的正確使用切削加工鋁合金材料時(shí)，硬質(zhì)合金刀具的磨損壽命僅為PCD刀具的5%左右，且硬質(zhì)合金刀具的粗加工切削速度約為120m/min，而PCD刀具即使在粗加工高硅鋁合金時(shí)
