聚晶金剛石(PCD)刀具是將PCD復(fù)合片焊接到硬質(zhì)合金或鋼質(zhì)刀體上制成的。PCD復(fù)合片將單晶金剛石的高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨性和低摩擦系數(shù)與碳化鎢硬質(zhì)合金基體的高抗彎強(qiáng)度結(jié)合到一起，碳化鎢硬質(zhì)合金層可為金剛石層提供機(jī)械支持，增大其抗彎強(qiáng)度，同時(shí)，硬質(zhì)合金層易于焊接，使PCD刀具的制備變得較為容易。PCD成型刀
近年來(lái)，隨著汽車(chē)零部件大量采用輕型材料(如 鋁合金等)制造，適合加工這些材料的PCD刀具的 應(yīng)用也大量增加。如在變速箱殼體的加工中，某些 工序?qū)⒃瓉?lái)使用的硬質(zhì)合金鏜刀改為金剛石刀具， 使刀具壽命提高到數(shù)萬(wàn)件，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效 益。用PCD刀具加工鋁合金工件時(shí)，由于金剛石 硬度高，與金屬材料親和力小，且刀具前刀面大都拋 光成鏡面，因此不易產(chǎn)生積屑瘤，可獲得良好的加工 尺寸穩(wěn)定性和表面質(zhì)量，尺寸精度可達(dá)到5一7級(jí)， 表面粗糙度可達(dá)到Ra0.02一0.32um。
采用PCD 刀具加工各種尺寸規(guī)格的鋁合金零件時(shí)，表面粗糙 度可達(dá)Ra≤0 .1un，刀具壽命可達(dá)幾千到幾萬(wàn)件，尤 其適合汽車(chē)零件的大規(guī)模生產(chǎn)。在中國(guó)汽車(chē)制造 業(yè)，PCD刀具主要用于切削加工鋁合金材料的發(fā)動(dòng) 機(jī)缸體、缸蓋，變速器的殼體、閥體、槽體、側(cè)蓋等零 部件。PCD成型刀
隨著PCD刀具的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，對(duì)PCD 刀具制備工藝的研究也日益重要。本文主要對(duì)制備 PCD刀具的一些關(guān)鍵工序(如焊接、線切割、刃磨等) 作一簡(jiǎn)要介紹。
PCD刀具的分類(lèi)
從刀具結(jié)構(gòu)上，PCD刀具主要可分為焊接整體式PCD刀具和焊接PCD刀片兩大類(lèi)。近年來(lái)，焊接式帶柄PCD刀具在汽車(chē)及零部件制造行業(yè)發(fā)展迅速，主要包括PCD銑刀、PCD膛刀、PCD鉸刀，以及由兩種乃至三種刀具組合而成的PCD復(fù)合刀具。
刀柄形式主要有圓柱柄、BT柄(BT40,BT50),SK柄(SK40,SK50),HSK柄(HSK 63 , HSK 100)等。HSK柄焊接式PCD刀具已在我國(guó)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī) 和變速箱制造企業(yè)(如上海大眾動(dòng)力總成有限公司、大眾變速器(上海)有限公司、奇瑞汽車(chē)公司、江淮發(fā) 動(dòng)機(jī)公司、大眾一汽發(fā)動(dòng)機(jī)(大連)有限公司等)廣泛 使用。此類(lèi)刀具(尤其是多齒刀具)的特點(diǎn)是切削刃 相對(duì)于刀柄的跳動(dòng)小(如刃長(zhǎng)為30mm的HSK柄 PCD銑刀的切削刃跳動(dòng)僅為0.002mm)，尤其適合對(duì) 各種有色金屬零件的成型面、孔、階梯孔等進(jìn)行大批 量高速加工。例如，采用鋁基體刀盤(pán)的PCD高速銑刀(六刃，直徑Φ100mm )，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)20000r/min 以上，切削速度可達(dá)7000m/min，適合汽車(chē)零部件的成型面加工。
制備PCD刀具的關(guān)鍵工序
對(duì)于PCD刀具的制備，特別是各種高精度(尺寸公差可達(dá)2um)、非標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合PCD刀具的制備，最關(guān)鍵的工序包括PCD刀具的焊接、切割和刃磨。焊接工序不僅決定了PCD刀片的焊接強(qiáng)度，而且還會(huì)影響PCD切削刃的切削性能。對(duì)于切削刃形狀復(fù) 雜而無(wú)法刃磨的PCD刀具，可在五軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控慢走絲加工機(jī)床上經(jīng)過(guò)粗切和精切獲得所要求的切削刃。對(duì)于需要精研加工的切削刃，可在高精度切割時(shí)留下微小的余量，再通過(guò)一次精研達(dá)到尺寸要求。PCD成型刀
(1)PCD刀具的焊接
對(duì)于PCD刀具的制備來(lái)說(shuō)，PCD復(fù)合片與硬質(zhì)合金或鋼質(zhì)基體的焊接非常重要。PCD的焊接方法主要有激光焊接、真空擴(kuò)散焊接、真空釬焊、高頻感應(yīng)釬焊等。PCD復(fù)合片的釬焊工藝是制約PCD刀具推廣應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。眾所周知，硬質(zhì)合 金的釬焊大多采用高溫釬焊工藝(釬焊溫度約1000°C )，而PCD復(fù)合片則必須采用低溫釬焊工藝，否則會(huì)對(duì)PCD復(fù)合片造成熱損傷，影響其切削性能。但是，低溫釬焊的接頭強(qiáng)度往往比較低，在刀具加工過(guò)程中容易脫焊。
目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)PCD刀具的制造商大多選用高頻焊接工藝。該工藝最重要的技術(shù)參數(shù)包括焊接溫度、焊接時(shí)間、保溫環(huán)境和保溫時(shí)間。焊接溫度會(huì)對(duì)PCD切削刃的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直接影響，如果焊接溫度過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致PCD切削刃碳化，影響其切削性能;如果焊接溫度過(guò)低，則會(huì)造成焊接不牢，影響接頭強(qiáng)度。PCD成型刀
焊接時(shí)間是指保持焊接溫度的時(shí)間，如果保溫時(shí)間不夠，則焊劑難以充分而均勻地熔化，也會(huì)造成焊接不牢的現(xiàn)象。如果保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，PCD切削刃則會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間處于高溫下而影響其切削性能。如果將焊接后的PCD刀具放在空氣中冷卻，則會(huì)因PCD與刀體之間熱應(yīng)力過(guò)大而造成焊接不牢，嚴(yán)重時(shí)PCD刀具上甚至?xí)霈F(xiàn)裂紋。因此，最好是將焊接后的刀具迅速放人溫度一定的真空或惰性氣體介質(zhì)中保溫一定時(shí)間，使其緩慢冷卻。
(2)PCD刀具的切割
PCD刀具(尤其是各種高精度、非標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合PCD刀具)需要在數(shù)控五軸聯(lián)動(dòng)慢走絲線切割機(jī)床上進(jìn)行切割加工。可對(duì)各種曲線切削刃PCD刀具進(jìn)行線切割加工。
電蝕刃磨法的原理是將PCD刀具與電鋁絲形成正負(fù)電極，通過(guò)正負(fù)電極間的放電，達(dá)到蝕除PCD的效果。PCD成型刀
(3)PCD刀具的刃磨
PCD刀具的刃磨分為外圓磨削和倒角磨削，所用的機(jī)床分別為外圓磨床和多軸手動(dòng)工具磨床。刃磨PCD刀具時(shí)，與樹(shù)脂結(jié)合劑或金屬結(jié)合劑金剛石砂輪相比，采用陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪具有磨削效率高、耐用度高、加工成本低等優(yōu)點(diǎn)。金剛石砂輪的粒度、濃度、結(jié)合劑等對(duì)PCD刀具的刃磨質(zhì)量及效率影響很大，如使用粒度小的砂輪能獲得較低的磨削表面粗糙度。
砂輪轉(zhuǎn)速對(duì)表面粗糙度的影響規(guī)律為:在轉(zhuǎn)速較高和較低時(shí)，表面粗糙度值都較大，而轉(zhuǎn)速處于中間水平的某一最佳值時(shí)，表面質(zhì)量較好。磨削壓力對(duì)表面粗糙度的影響規(guī)律正好相反:當(dāng)磨削壓力處于中間水平時(shí)，表面粗糙度值最大，而磨削壓力較高(如5.5Pa)和較低(如2.5Pa)時(shí)，對(duì)應(yīng)的表面粗糙度幾乎無(wú)差別，這是與傳統(tǒng)磨削規(guī)律的不同之處。
一般來(lái)說(shuō)，在可以滿(mǎn)足加工質(zhì)量要求的前提下，應(yīng)盡量選擇粒度較大的砂輪(粗磨砂輪粒度可選22um,半精磨砂輪粒度可選15um，精磨砂輪粒度可選9um)。目前，加工效果較好的金剛石砂輪為TY-ROUT，因?yàn)槠浣饎偸チ橛行蚺帕?，磨除?/span>(每分鐘磨除的PCD體積)為磨粒無(wú)序排列砂輪的20 -30倍，但其刃磨成本也相對(duì)較高。PCD刀具的研磨對(duì)磨削壓力、冷卻液等也有嚴(yán)格要求。PCD刀具刃磨的最佳轉(zhuǎn)速應(yīng)為2500r/min砂輪直徑150mm )。冷卻液濃度為4%，磨削壓力為150N，刃磨出的PCD刀具表面粗糙度可達(dá)到Ra0.012um。PCD成型刀
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