聚晶金剛石(PCD)刀具是將PCD復合片焊接到硬質(zhì)合金或鋼質(zhì)刀體上制成的。PCD復合片將單晶金剛石的高硬度、高強度、高耐磨性和低摩擦系數與碳化鎢硬質(zhì)合金基體的高抗彎強度結合到一起，碳化鎢硬質(zhì)合金層可為金剛石層提供機械支持，增大其抗彎強度，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。
近年來(lái)，隨著(zhù)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 應用也大量增加。如在變速箱殼體的加工中，某些 工序將原來(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萬(wàn)件，獲得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效 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 尺寸穩定性和表面質(zhì)量，尺寸精度可達到5一7級， 表面粗糙度可達到Ra0.02一0.32um。PCD鉸刀
采用PCD 刀具加工各種尺寸規格的鋁合金零件時(shí)，表面粗糙 度可達Ra≤0 .1un，刀具壽命可達幾千到幾萬(wàn)件，尤 其適合汽車(chē)零件的大規模生產(chǎn)。在中國汽車(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) 機缸體、缸蓋，變速器的殼體、閥體、槽體、側蓋等零 部件。
隨著(zhù)PCD刀具的應用范圍越來(lái)越廣泛，對PCD 刀具制備工藝的研究也日益重要。本文主要對制備 PCD刀具的一些關(guān)鍵工序(如焊接、線(xiàn)切割、刃磨等) 作一簡(jiǎn)要介紹。
PCD刀具的分類(lèi)
從刀具結構上，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刀具已在我國汽車(chē)發(fā)動(dòng)機 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)機公司、大眾一汽發(fā)動(dòng)機(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 相對于刀柄的跳動(dòng)小(如刃長(cháng)為30mm的HSK柄 PCD銑刀的切削刃跳動(dòng)僅為0.002mm)，尤其適合對 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 )，最高轉速可達20000r/min 以上，切削速度可達7000m/min，適合汽車(chē)零部件的成型面加工。PCD鉸刀
制備PCD刀具的關(guān)鍵工序
對于PCD刀具的制備，特別是各種高精度(尺寸公差可達2um)、非標準復合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刀片的焊接強度，而且還會(huì )影響PCD切削刃的切削性能。對于切削刃形狀復 雜而無(wú)法刃磨的PCD刀具，可在五軸五聯(lián)動(dòng)數控慢走絲加工機床上經(jīng)過(guò)粗切和精切獲得所要求的切削刃。對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)一次精研達到尺寸要求。
(1)PCD刀具的焊接
對于PCD刀具的制備來(lái)說(shuō)，PCD復合片與硬質(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、真空擴散焊接、真空釬焊、高頻感應釬焊等。PCD復合片的釬焊工藝是制約PCD刀具推廣應用的關(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復合片則必須采用低溫釬焊工藝，否則會(huì )對PCD復合片造成熱損傷，影響其切削性能。但是，低溫釬焊的接頭強度往往比較低，在刀具加工過(guò)程中容易脫焊。
目前，國內外生產(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PCD切削刃的內部組織結構產(chǎn)生直接影響，如果焊接溫度過(guò)高，會(huì )導致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，影響接頭強度。PCD鉸刀
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 )造成焊接不牢的現象。如果保溫時(shí)間過(guò)長(cháng)，PCD切削刃則會(huì )因長(cháng)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與刀體之間熱應力過(guò)大而造成焊接不牢，嚴重時(shí)PCD刀具上甚至會(huì )出現裂紋。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、非標準的復合PCD刀具)需要在數控五軸聯(lián)動(dòng)慢走絲線(xiàn)切割機床上進(jìn)行切割加工?？蓪Ω鞣N曲線(xiàn)切削刃PCD刀具進(jìn)行線(xiàn)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電極，通過(guò)正負電極間的放電，達到蝕除PCD的效果。
(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)脂結合劑或金屬結合劑金剛石砂輪相比，采用陶瓷結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、結合劑等對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。
砂輪轉速對表面粗糙度的影響規律為:在轉速較高和較低時(shí)，表面粗糙度值都較大，而轉速處于中間水平的某一最佳值時(shí)，表面質(zhì)量較好。磨削壓力對表面粗糙度的影響規律正好相反:當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)，對應的表面粗糙度幾乎無(wú)差別，這是與傳統磨削規律的不同之處。PCD鉸刀
一般來(lái)說(shuō)，在可以滿(mǎn)足加工質(zhì)量要求的前提下，應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，因為其金剛石磨粒為有序排列，磨除率(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較高。PCD刀具的研磨對磨削壓力、冷卻液等也有嚴格要求。PCD刀具刃磨的最佳轉速應為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到Ra0.012um。
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