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《聚晶金剛石pcd刀具發(fā)展.doc》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、PCD的定義PCD是英文Polycrystallinediamond的簡稱,中文宜譯過來是聚晶金剛石的意思.它與單晶金剛石相對(duì)應(yīng).聚晶金剛石(PCD)刀具發(fā)展1.概述1.1PCD刀具的發(fā)展金剛石作為一種超硬刀具材料應(yīng)用于切削加工己有數(shù)百年歷史。在刀具發(fā)展歷程中,從十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)中期,刀具材料以高速鋼為主要代表:1927年德國首先研制出硬質(zhì)合金刀具材料并獲得廣泛應(yīng)用;二十世紀(jì)五十年代,瑞典和美國分別合成出人造金剛石,切削刀具從此步入以超硬材料為代表的時(shí)期。二十世紀(jì)七十年代,人們利用高壓合成技術(shù)合成了聚晶金剛石(PCD),解決了天然金剛石數(shù)景稀少、價(jià)格昂貴的問題
2、,使金剛石刀具的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到航空、航天、汽車、電子、石材等多個(gè)領(lǐng)域。1.2PCD刀具的性能特點(diǎn)金剛石力具具有硬度高、抗壓強(qiáng)度高、導(dǎo)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山金剛石晶體狀態(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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)的結(jié)合力和方向性很強(qiáng),從而使金剛石具有極高硬度。山于聚晶金剛石(PCD)的結(jié)構(gòu)是取向不一的細(xì)晶粒金剛石燒結(jié)體,雖然加入了結(jié)合劑,其硬度及耐磨性仍低于單晶金剛石。但由于PCD燒結(jié)體表現(xiàn)為各向同性,因此不易沿單一解理
3、面裂開。PCD刀具材料的主要性能指標(biāo):①PCD的硬度可達(dá)8000HV,為硬質(zhì)合金的80?120倍;②PCD的導(dǎo)熱系數(shù)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;③PCD的摩擦系數(shù)一般僅為0.1-0.3(硬質(zhì)合金的摩擦系數(shù)為0.4?1),因此PCD刀具可顯著減小切削力;@PCD的熱膨脹系數(shù)僅為0.9x10-6-1.18x10-6,僅相當(dāng)于硬質(zhì)合金的1/5,因此PCD刀具熱變形小,加工精度高;⑤PCD刀具與有色金屬和非金屬材料間的親和力很小,在加工過程中切屑不易粘結(jié)在刀尖上形成積屑痛。1.3PCD刀具的應(yīng)用工業(yè)發(fā)達(dá)國家
4、對(duì)PCD)]具的研究開展較早,其應(yīng)用已比較成熟。自1953年在瑞典首次合成人造金剛石以來,對(duì)PCD刀具切削性能的研究獲得了大量成果,PCD刀具的應(yīng)用范圍及使用量迅速擴(kuò)大。目前,國際上著名的人造金剛石復(fù)合片生產(chǎn)商主要有英國DeBeers公司、美國GE公司、日本住友電工株式會(huì)社等。據(jù)報(bào)道,1995年一季度僅IJ本的PCD刀具產(chǎn)量即達(dá)10.7萬把。PCD刀具的應(yīng)用范圍己山初期的車削加工向鉆削、銖削加工擴(kuò)展。山II本一家組織進(jìn)行的關(guān)于超硬刀具的調(diào)查表明:人們選用PCD刀具的主要考慮因索是基于PCD刀具加工后的表面精度、尺寸精度及刀具壽命等優(yōu)勢(shì)。金剛石復(fù)合片合成技術(shù)也得到了
5、較大發(fā)展,DeBeers公司已推出了直徑74mm、層厚0.3mm的聚晶金剛石復(fù)合片。國內(nèi)PCD刀具市場隨著刀具技術(shù)水平的發(fā)展也不斷擴(kuò)大。目前中國第一汽車集團(tuán)已有一百多個(gè)PCD車刀使用點(diǎn),許多人造板企業(yè)也采用PCD)}具進(jìn)行木制品加工。PCD刀具的應(yīng)用也進(jìn)一步推動(dòng)了對(duì)其設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的研究。國內(nèi)的清華大學(xué)、大連理工大學(xué)、華中理工大學(xué)、吉林工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等均在積極開展這方面的研究。國內(nèi)從事PCD刀具研發(fā)、生產(chǎn)的有上海舒伯哈特、鄭州新亞、南京藍(lán)幟、深圳潤祥、成都工具研究所等幾十家單位。目前,PCD刀具的加工范圍已從傳統(tǒng)的金屬切削加工擴(kuò)展到石材加工、木材加工、金
6、屬基復(fù)合材料、玻璃、工程陶瓷等材料的加工。通過對(duì)近年來PCD刀具應(yīng)用的分析可見,PCD)]具主要應(yīng)用于以下兩方面:①難加工在色金屬材料的加工:用普通刀具加工難加工有色金屬材料時(shí),往往產(chǎn)生刀具易磨損、加工效率低等缺陷,而PCD刀具則可表現(xiàn)出良好的加工性能。如用PCD刀具可有效加工新型發(fā)動(dòng)機(jī)活塞材料一過共晶硅鋁合金(對(duì)該材料加工機(jī)理的研究已取得突破)。②具加工非金屬材料的加工:PCD刀具非常適合對(duì)石材、硬質(zhì)碳、碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)、人造板材等難加工非金屬材料的加工。如華中理工大學(xué)1990年實(shí)現(xiàn)了用PCD刀具加工玻璃;目前強(qiáng)化復(fù)合地板及其它木基板材(如MDF)的應(yīng)
7、用II趨廣泛,用PCD刀具加工這些材料可有效避免刀具易磨損等缺陷。1.PCD刀具的制造技術(shù)1.1PCD刀具的制造過程PCD刀具的制造過程主要包括兩個(gè)階段:①PCD復(fù)合片的制造:PCD復(fù)合片是由天然或人工合成的金剛石粉末與結(jié)合劑(其中含鉆、鐐等金屬)按一定比例在高溫(1000?2000°C)、高壓(5-10萬個(gè)大氣壓)下燒結(jié)而成。在燒結(jié)過程中,山于結(jié)合劑的加入,使金剛石晶體間形成以TiC、SiC、Fe、C。、Ni等為主要成分的結(jié)合橋,金剛石晶體以共價(jià)鍵形式鑲嵌于結(jié)合橋的骨架中。通常將復(fù)合片制成固定直徑利厚度的圓盤,還需對(duì)燒結(jié)成的復(fù)合片進(jìn)行研磨拋光及其它相應(yīng)的物理、化
8、學(xué)處理。②