PCD聚晶金刚石刀具

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中文名称：聚晶金刚石刀具     

外文名称：Polycrystalline diamond

应用：切削加工

·性能特点

金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。金刚石刀具的上述特性是由金刚石晶体状态决定的。在金刚石晶体中，碳原子的四个价电子按四面体结构成键，每个碳原子与四个相邻原子形成共价键，进而组成金刚石结构，该结构的结合力和方向性很强，从而使金刚石具有极高硬度。由于聚晶金刚石(PCD)的结构是取向不一的细晶粒金刚石烧结体，虽然加入了结合剂，其硬度及耐磨性仍低于单晶金刚石。但由于PCD烧结体表现为各向同性，因此不易沿单一解理面裂开。

·主要指标

①PCD的硬度可达8000HV，为硬质合金的8~12倍;

②PCD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;

③PCD的摩擦系数一般仅为0.1~0.3(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;

④PCD的热膨胀系数仅为0.9×10^-6~1.18×10^-6，仅相当于硬质合金的1/5，因此PCD刀具热变形小，加工精度高;

⑤PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小，在加工过程中切屑不易粘结在刀尖上形成积屑瘤。

·应用

   工业发达国家对PCD刀具的研究开展较早，其应用已比较成熟。自1953年在瑞典首次合成人造金刚石以来，对PCD刀具切削性能的研究获得了大量成果，PCD刀具的应用范围及使用量迅速扩大。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。目前国内PCD刀具市场随着刀具技术水平的发展也不断扩大。国内的清华大学、大连理工大学、华中科技大学、吉林工业大学、哈尔滨工业大学等均在积极开展这方面的研究。

PCD刀具主要应用于以下两方面: ①难加工有色金属材料的加工:用普通刀具加工难加工有色金属材料时，往往产生刀具易磨损、加工效率低等缺陷，而PCD刀具则可表现出良好的加工性能。②难加工非金属材料的加工:PCD刀具非常适合对石材、硬质碳、碳纤维增强塑料(CFRP)、人造板材等难加工非金属材料的加工。

·制造过程

     PCD刀具的制造过程主要包括两个阶段:①PCD复合片的制造:PCD复合片是由天然或人工合成的金刚石粉末与结合剂(其中含钴、镍等金属)按一定比例在高温(1000~2000℃)、高压(5~10万个大气压)下烧结而成。在烧结过程中，由于结合剂的加入，使金刚石晶体间形成以TiC、SiC、Fe、Co、Ni等为主要成分的结合桥，金刚石晶体以共价键形式镶嵌于结合桥的骨架中。通常将复合片制成固定直径和厚度的圆盘，还需对烧结成的复合片进行研磨抛光及其它相应的物理、化学处理。②PCD刀片的加工:PCD刀片的加工主要包括复合片的切割、刀片的焊接、刀片刃磨等步骤。

·结构设计

PCD刀具的几何参数取决于工件状况、刀具材料与结构等具体加工条件。由于PCD刀具常用于工件的精加工，切削厚度较小(有时甚至等于刀具的刃口半径)，属于微量切削，因此其后角及后刀面对加工质量有明显影响，较小的后角、较高的后刀面质量对于提高PCD刀具的加工质量可起到重要作用。

PCD复合片与刀杆的连接方式包括机械夹固、焊接、可转位等多种方式。

 PCD复合片与刀杆连接方式的特点与应用                                                                                             

连接方式-特点-应用范围

机械夹固-------由标准刀体及可做成各种集合角度的可换刀片组成，具有快换和便于重磨的优点------中小型机床      

整体焊接-------结构紧凑、制作方便，可制成小尺寸刀具-专用刀具或难于机夹的刀具-------小型机床          

 机夹焊接--------刀片焊接于刀头上，可使用标准刀杆，便于刃磨及调整刀头位置---------自动机床、数控机床         

  可转位--------结构紧凑，夹紧可靠，不需重磨和焊接，可节省辅助时间，提高刀具寿命-------普通通用机床

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