摘要： 人造聚晶金剛石復合片刀具(PCD)，是20 世紀60 年代發(fā)展起來(lái)的一種超硬刀具。它具有僅次于天然金剛石的硬度和耐磨性、低的摩擦系數、高的導熱性、低的線(xiàn)膨脹系數和高的復合抗彎強度， 而應用于高速切削各種有色金屬、非金屬。其刀具耐用度是硬質(zhì)合金的幾十至幾百倍。

我國在60 年代就成功的研制出人造金剛石。又在此基礎上， 用高溫、高壓技術(shù)在硬質(zhì)合金基體上燒結一層聚晶金剛石， 兩者形成一體的刀坯。這樣就將金剛石的高硬度高耐磨性和硬質(zhì)合金的韌性結合在一起。這種刀片稱(chēng)人造聚晶金剛石復合片，簡(jiǎn)稱(chēng)為PCD。

二、人造聚晶金剛石復合片的性能與切削特點(diǎn)：

1．硬度為HV7500 ～ 9000，僅次于天然金剛石，而且它的硬度和耐磨性在各方向一致，不需選向。它的強度由于有韌性較高的硬質(zhì)合金支撐，其復合抗彎強度σbb可達1500Mpa 。

2．具有很高的耐磨性，其耐磨性一般為硬質(zhì)合金的60～ 80 倍。在切削硬度較高的(HV>1500)非金屬材料時(shí)，其刀具耐用度極高。

3．具有較低的摩擦系數，金剛石與有色金屬的摩擦系數為0.1～ 0.3，而硬質(zhì)合金與有色金屬的摩擦系數是0.3～ 0.6，這樣用PCD 刀具時(shí)，可降低切削力和切削溫度約1/2～ 1/3 。

4．具有很高的導熱性，金剛石的導熱系數為146W/m.k ，是硬質(zhì)合金的1.5～ 7 倍，可以大大的降低切削區的溫度，提高刀具耐用度。

5．金剛石的線(xiàn)膨脹系數很小(0.9 ～ 1.18 ×10-6mm/mm. ℃ )，約為一般鋼(11 ×10-6mm/mm. ℃ )的1/10。而且由于刀刃鋒利，已加工表面冷硬現象小(6 μm左右)，為硬質(zhì)合金刀具的1/3 左右，所以加工精度好。

6．由于聚晶層晶粒直徑一般約為2～ 0.5 μm，它的刃口鋒利程度不如天然金剛石刀具， 所以加工精度低于天然金剛石刀具，只能達到表面粗糙度Ra0.2～ 0.05 μm．但它還可以制成尺寸較大的刀片，用于成形加工。

三、PCD 的應用

PCD 刀具主要用于高效切削有色金屬和非金屬。如鋁和鋁合金、銅和銅合金、硬質(zhì)合金、工程陶瓷、石墨、塑料、橡膠、層板、硅橡膠、巴氏合金、各種復合材料、玻璃鋼等。特別在汽車(chē)制造業(yè)、航天、航空、造船、發(fā)動(dòng)機制造行業(yè)，可得到廣泛的應用。

1．在硅鋁合金切削加工中的應用： 美、英、德等國， 采用PCD 刀具加工硅鋁合金(含硅量9～ 18％ )的汽車(chē)活塞、傳動(dòng)箱、氣缸、船用發(fā)動(dòng)機等零件，切削速度Vc=173 ～ 1098m/min ，其刀具壽命為硬質(zhì)合金刀具壽命的50～ 450 倍；是單晶金剛石刀具的2～ 5 倍。刀具成本為硬質(zhì)合金的1/5 ～1/6。

2．在銅合金切削加工中的應用：用PCD 刀具加工整流子、連桿套、泵體、滑動(dòng)軸承和閥體等零件，切削速度Vc=200 ～ 750m/min ,刀具壽命是單晶金剛石刀的1.5～ 60 倍，是硬質(zhì)合金刀具的300 倍?？墒∪ゴ罅康哪サ逗蛽Q刀時(shí)間。

3．在復合材料加工中的應用： 采用PCD 刀具切削玻璃纖維增強復合材料， 其刀具耐用度是硬質(zhì)合金刀具的1/20 ，并且加工精度比硬質(zhì)合金高。

4．在鈦合金切削中的應用：用它切削鈦合金的效果非常顯著(zhù)，其刀具耐用度為硬質(zhì)合金刀具的1000 多倍。而且它與鈦合金的相互擴散最小。

5．在切削硬質(zhì)合金中的應用：用PCD 刀具采用Vc=28 ～56m/min ，ap=0.5mm ， f=0.1 ～ 0.3mm/r車(chē)削模具用硬質(zhì)合金(YG15 、YG20) ，效率比磨削高許多倍。

6．在切削砂輪中的應用： 用PCD 刀具車(chē)削硬度為HV1800 ～ 2450 剛玉類(lèi)各種結合劑的砂輪幾百個(gè)，其刀具磨耗體積與砂輪切除體積比例為1/1350 萬(wàn)。較傳統的刀碗車(chē)削效率高幾十倍，且噪音沒(méi)有，粉塵也小。

7．在砂輪整修中的應用：用PCD 刀片制作成如圖所示的休整工具，來(lái)修整磨刀機上的砂輪，具有修整效率高，砂輪修除量小，被修整砂輪表面跳動(dòng)小而平整，受到社會(huì )上的歡迎。

PCD 刀具的性能特點(diǎn)

金剛石刀具具有硬度高、抗壓強度高、導熱性及耐磨性好等特性， 可在高速切削中獲得很高的加工精度和加工效率。金剛石刀具的上述特性是由金剛石晶體狀態(tài)決定的。在金剛石晶體中，碳原子的四個(gè)價(jià)電子按四面體結構成鍵，每個(gè)碳原子與四個(gè)相鄰原子形成共價(jià)鍵，進(jìn)而組成金剛石結構， 該結構的結合力和方向性很強， 從而使金剛石具有極高硬度。由于聚晶金剛石（ PCD ）的結構是取向不一的細晶粒金剛石燒結體，雖然加入了結合劑，其硬度及耐磨性仍低于單晶金剛石。但由于PCD 燒結體表現為各向同性，因此不易沿單一解理面裂開(kāi)。

PCD 刀具材料的主要性能指標：

①
  PCD 的硬度可達8000HV ，為硬質(zhì)合金的80 ～120倍；

②
  PCD 的導熱系數為700W/mK ，為硬質(zhì)合金的1.5 ～ 9 倍，甚至高于PCBN 和銅，因此PCD 刀具熱量傳遞迅速；

③
  PCD 的摩擦系數一般僅為0.1 ～ 0.3（硬質(zhì)合金的摩擦系數為0.4 ～1），因此PCD 刀具可顯著(zhù)減小切削力；

④
  PCD 的熱膨脹系數僅為0.9 ×10 -6 ～1.18 ×10-6，僅相當于硬質(zhì)合金的1/5 ，因此PCD 刀具熱變形小，加工精度高；

⑤
  PCD 刀具與有色金屬和非金屬材料間的親和力很小，在加工過(guò)程中切屑不易粘結在刀尖上形成積屑瘤.