超硬刀具国产化的先驱
专业硬材料加工工具的开拓者
专业硬材料加工工具的开拓者
发布日期：2020-05-26 11:32:49
1、PCD刀具性能优势
(1)PCD的硬度可达8000HV，为硬质合金的80～120倍;
(2)PCD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;
(3)PCD的磨擦系数一般仅为0.1～0.3(硬质合金的磨擦系数为0.4～1),因此PCD刀具可显著减小切削力;
(4)PCD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;
(5)PCD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。
切削加工铝合金材料时，硬质合金刀具的磨损寿命仅为PCD刀具的5%左右，且硬质合金刀具的粗加工切削速度只有120m/min左右，并且获得的表面质量也非常差，而PCD刀具即使在粗加工高硅铝合金时其切削速度也可达到约360m/min，加工表面也能获得加工高硅铝合金材料须采用中等颗粒PCD牌号刀具CDW20。
2、PCD刀具材料的选择
|
材质 |
粒度 |
特性 |
应用 |
|
CDW850 |
亚微米 |
超细晶粒结构拥有极强的刃口锋利度和刃口耐用度 |
超高精密加工，高镜面加工，适用于对崩刃性要求极高的铝合金的铣削以及粗切，主要应用于钛合金以及复合材料的机加工。 |
|
CDW002 |
2μm |
钴含量更高，具有良好的电加工性能，韧性和加工工件表面光洁度，便于重度复杂的工具加工 |
主要应用于成型用镂铣刀和螺纹切削刀具的加工，也可以应用于耐磨部件,应用于木工刨花板，锯片，硅铝合金，电动工具锯片的加工。 |
|
CDW005 |
5μm |
优良的电火花和机械加工性能，较好的韧性，耐磨性和刃口质量。 |
适用于高光洁度表面精加工，主要应用于有机玻璃，硅铝合金，金属手机外壳轮廓等的加工，应用于木工成型刀，锯片等的加工。 |
|
CDW010 |
10μm |
通用型PCD牌号，兼顾了良好的韧性和较高耐磨性 |
适用于单一工具进行粗精切削的情况，特别适用于木工成型，中低硅铝合金零部件（如活塞）。 |
|
CDW025 |
25μm |
极高的耐磨性和刃口质量 |
比较适用于加工高硅铝合金，金属基复合材料（MMC），硬质合金和陶瓷，石墨等脆硬材料，适用于木工精修刀，耐磨件，木工硫酸钙，锯片等的加工。 |
|
CDW302 |
2-30μm |
2μm和5μm的混合粒度，具有优良的耐磨性，刃口强度和刃口质量 |
应用领域包括金属基复合材料（MMC），高硅铝合金，高强度铸铁和双金属应用。 |
3、PCD刀具的设计原则
(1)合理选择PCD粒度
|
加工工序 |
PCD粒度 |
刀具材质 |
|
精加工 |
亚微米 |
CDW850 |
|
2微米 |
CDW002 |
|
|
半精加工 |
5微米 |
CDW005 |
|
10微米 |
CDW010 |
|
|
粗加工 |
25微米 |
CDW025 |
|
2-30微米混合 |
CDW302 |
(2)合理选择PCD刀片厚度
通常情况下，PCD复合片的层厚约为0.3-1.0mm，加上硬质合金层后的总厚度约为2-8mm。较薄的PCD层厚有利于刀片的电火花加工。
4、PCD刀具的切削参数
|
工件材料 |
推荐材质 |
切削参数 |
||||||
|
切削速度 |
进给量 |
切削深度 |
||||||
|
Vc（m/min） |
Fr（mm/r） |
ap（mm） |
||||||
|
铝合金 |
4-8%Si |
CDW010 |
CDW302 |
CDW005 |
CDW850 |
100-5000 |
0.03-0.5 |
0.1-3.0 |
|
9-13%Si |
CDW010 |
CDW302 |
|
CDW850 |
100-3000 |
0.03-0.5 |
0.1-3.0 |
|
|
＞13%Si |
CDW010 |
CDW302 |
CDW025 |
CDW850 |
100-2500 |
0.03-0.4 |
0.1-2.5 |
|
|
铜合金 |
铜、锌、黄铜 |
CDW010 |
CDW302 |
CDW025 |
CDW850 |
100-1000 |
0.03-0.3 |
0.1-3.0 |
|
钛合金 |
CDW850 |
CDW005 |
|
|
100-200 |
0.05-0.2 |
0.1-2.0 |
|
|
碳化钨硬质合金 |
Co < 16% |
CDW302 |
CDW025 |
CDW010 |
|
15-40 |
0.1-0.25 |
0.1-1.0 |
|
Co > 16% |
CDW302 |
CDW025 |
CDW010 |
|
10-30 |
0.03-0.1 |
0.05-0.3 |
|
|
强化塑料 |
CDW010 |
CDW302 |
CDW025 |
CDW002 |
100-1000 |
0.05-0.3 |
0.1-2.0 |
|
|
木材 |
CDW010 |
CDW302 |
CDW005 |
CDW002 |
100-4000 |
0.1-0.4 |
0.1-3.0 |
|
|
石墨 |
CDW302 |
CDW025 |
CDW010 |
|
100-600 |
0.1-0.5 |
0.05-2.0 |
|
|
金属基复合材料 |
A1/10-20%Si |
CDW302 |
CDW025 |
CDW010 |
|
300-600 |
0.1-0.4 |
0.2-1.5 |
|
复合材料 |
碳纤维 |
CDW302 |
CDW025 |
CDW010 |
|
200-2000 |
0.05-0.3 |
0.1-3.0 |
5、PCD刀具的应用领域
(1)按被加工材料来分：分为非铁金属和非金属，其中非铁金属又分为铝、铝合金、铜、铜合金、硬质合金及其他镁、锌等各种有色金属。而非金属又分为木材、增强塑料、橡胶、石墨、陶瓷等。
(2)按行业来分：分为汽车、精密机械、通用机械、电子仪器、船舶等行业。零部件如活塞、气缸。照相机/复印机零件、轴瓦、各种泵体等。
6、金刚石(PCD)刀具加工刹车总泵案例
原来采用硬质合金成形刀具切削加工，加工平面和孔分为两把刀具加工，效率低、刀具磨损快、寿命低、表面光洁度差、工件尺寸稳定性差，需要经常换刀及调整参数。
使用PCD刀具，加工表面和加工孔合并在一把刀具加工，切削效率成倍提高，刀具寿命提高约4倍，产品的尺寸一致性、稳定性均大幅提升，生产效率大幅提升的同时单位产值刀具成本降低约50%。
7、金刚石(PCD)刀具加工铝合金缸体案例
近年来，铝合金缸体伴随着汽车整车轻量化、小型化的要求，出现在市场中。因PCD刀具具有高硬度、较低的热膨胀系数以及与有色金属亲合力小的特点，使PCD作为铝合金加工刀具材质的首选。
典型应用案例：
被切削材质：AlSi9Cu3(Fe)
刀具装夹方式：法兰式安装
切削状态：断续切削
切削深度：0.5~0.7mm
加工长度：735mm
刀具寿命：30000件
加工节拍：7.74s
PCD铣刀在AlSi9Cu3铝合金缸体实际加工中的应用，相对硬质合金、金属陶瓷刀具在切削速度上高出数倍，并且刀具寿命相对更为理想。
8、金刚石(PCD)刀具加工活塞的案例
例如：某活塞生产厂家加工俄罗斯客户的高硅产品时，使用通用的硬质合金焊接刀具，刃磨一次仅能加工20～30只活塞，刀具磨损特别严重，活塞加工表面质量也非常差，根本无法达到加工要求。而改用CDW010牌号的PCD刀具后，刃磨一次加工量能达到300多只，加工数量与加工质量比以前大大提高。
