聚晶金剛石(PCD)刀具加工鋁制工件具有刀具壽命長(zhǎng)、金屬切除率高等長(zhǎng)處，其缺點(diǎn)是刀具代價(jià)騰貴，加人為本高。這一點(diǎn)在機(jī)器制造業(yè)已形成共叫。但比年來(lái)PCD刀具的成長(zhǎng)與應(yīng)用環(huán)境已產(chǎn)生了許多變化。如今的鋁質(zhì)料在性能上已昔不如今，在加工種種新開(kāi)辟的鋁合金質(zhì)料(尤其是高硅含量復(fù)合質(zhì)料)時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率及加工質(zhì)量的最優(yōu)化，務(wù)必認(rèn)真選擇PCD刀具的牌號(hào)及多少參數(shù)，以合適差別的加工要求。PCD刀具的另一個(gè)變化是加人為本連續(xù)低落，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力和刀具制造工藝改革的配相助用下，PCD刀具的代價(jià)已大幅降落50%以上。上述變化趨勢(shì)導(dǎo)致PCD刀具在鋁質(zhì)料加工中的應(yīng)用日益增長(zhǎng)，而刀具的實(shí)用性則受到差別被加工質(zhì)料的制約。

PCD刀具的根本特點(diǎn)
    具有極高硬度和奇特機(jī)器性能的PCD復(fù)合片是由金剛石顆粒和催化劑的稠濁物在高溫高壓下燒結(jié)而成，在合成進(jìn)程中產(chǎn)生了金剛石顆粒共生物，并在金剛石顆粒之間創(chuàng)建起相連“橋”，從而得到具有催化劑島狀布局、雷同于團(tuán)體金剛石的PCD質(zhì)料。PCD質(zhì)料的布局與PCBN(聚晶立方氮化硼)質(zhì)料差別。在PCBN質(zhì)猜中，CBN粒子之間并無(wú)實(shí)際粘結(jié)物；而PCD質(zhì)猜中則存在共生物，金剛石顆粒之間議決晶格“橋”相互相連。 
    PCD刀具牌號(hào)因此金剛石顆粒的粒度舉行分類(lèi)。根據(jù)制造商的準(zhǔn)則，細(xì)顆粒、中等顆粒和粗顆粒PCD牌號(hào)所對(duì)應(yīng)的金剛石粒度大抵分別為2μm、10μm和25μm。粗顆粒PCD牌號(hào)比細(xì)顆粒PCD牌號(hào)強(qiáng)度更高，耐磨性更好，在粗加工中具有更長(zhǎng)的勞動(dòng)壽命，但粗顆粒PCD刀具的切削刃難以到達(dá)細(xì)顆粒PCD刀具外貌的膩滑程度。因此，細(xì)顆粒PCD刀具可得到更好的加工外貌光潔度，但磨損速率較快。 
    PCD刀具的代價(jià)變化
    過(guò)往，代價(jià)騰貴一貫是影響用戶廣泛接納PCD刀具的一個(gè)重要障礙，但如今環(huán)境產(chǎn)生了很大變化。業(yè)界預(yù)計(jì)，在過(guò)往的兩三年中，PCD刀具的代價(jià)已降落了40%～60%。出現(xiàn)PCD刀具代價(jià)“跳水”的因?yàn)橹皇鞘袌?chǎng)供大于求。在20世紀(jì)90年代初，PCD刀具的成長(zhǎng)勢(shì)頭開(kāi)始超出枯燥的硬質(zhì)合金刀具，在隨后的十年中，對(duì)PCD刀具的市場(chǎng)需求連續(xù)增長(zhǎng)。但是，隨著PCD刀具制造技能的老練，其出售增長(zhǎng)勢(shì)頭開(kāi)始減緩，如今整個(gè)制造業(yè)的不景氣對(duì)PCD刀具市場(chǎng)也有肯定影響。別的，新進(jìn)進(jìn)PCD刀具制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)者也動(dòng)搖了原有的市場(chǎng)代價(jià)體系。PCD刀具代價(jià)降落的另一個(gè)因?yàn)槭堑毒咧圃熨Y本連續(xù)低落，刀具制造工藝(如用于金剛石毛坯粗加工的EDM工藝、切削刃精密加工工藝等)精益求精。別的，與十年前相比，加工PCD刀具用的金剛石砂輪質(zhì)量顯然進(jìn)步，資本則大大降落。 
    汽車(chē)制造業(yè)推動(dòng)了PCD刀具成長(zhǎng)
    美國(guó)汽車(chē)制造商為了迎合美國(guó)損耗者偏心寬大轎車(chē)的民俗，同時(shí)又要思考經(jīng)濟(jì)不景氣的影響以及合適CAFE節(jié)能準(zhǔn)則的要求，因此一貫在致力于進(jìn)步汽車(chē)燃料的利用效果。美國(guó)航空業(yè)制造商也面對(duì)雷同的壓力。這就導(dǎo)致輕型質(zhì)料(如塑料、復(fù)合質(zhì)料、鋁合金質(zhì)料等)在汽車(chē)、飛機(jī)制造上的應(yīng)用大量增長(zhǎng)。為了在裁減質(zhì)料重量的同時(shí)增長(zhǎng)其強(qiáng)度，人們?cè)谛率戒X合金質(zhì)猜中加進(jìn)了硅元素。硅鋁合金的重量與鋁合金雷同(或更輕)，但其硬度、強(qiáng)度和耐磨性顯然進(jìn)步，同時(shí)還具有更好的熱擴(kuò)張性能。在合金中增長(zhǎng)硅元素的百分比含量取決于質(zhì)料的利用性能與加工性能。鋁合金中的硅元素濃度到達(dá)完全飽和點(diǎn)時(shí)稱(chēng)為共晶態(tài)；當(dāng)鋁合金處于過(guò)共晶態(tài)(硅元素含量超出12.6%)時(shí)，硅元素將以固體粒子的式樣從鋁基體中析出；當(dāng)鋁合金中的硅元素含量低于約12%時(shí)稱(chēng)為亞共晶態(tài)，此時(shí)硅元素與鋁元素處于稠濁狀態(tài)而沒(méi)有析出物。過(guò)共晶態(tài)鋁合金具有最佳的耐磨性、剛性和抗疲倦強(qiáng)度，但其機(jī)器性能的改進(jìn)意味著其切削加工性能的惡化。過(guò)共晶態(tài)鋁合金，尤其是T-6合金、議決熱處理的390合金(用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)活塞)等，難于切削加工的重要因?yàn)樵谟谶@種合金中所含的硬質(zhì)硅顆粒(俗稱(chēng)“石頭”)，只有采取具有鋒利切削刃的金剛石刀具才華舉行有效加工并得到精良的加工外貌質(zhì)量。倘若PCD刀具的切削刃鈍化，切削時(shí)會(huì)將硅顆粒從基體中撕離，從而破壞加工外貌光潔度。硬度較軟的低硅鋁合金也并不肯定易于切削加工(尤其當(dāng)工件外貌質(zhì)量要求較高時(shí))，加工此類(lèi)合金時(shí)遇到的重要標(biāo)題是卷屑不良和容易產(chǎn)生積屑瘤，影響加工外貌光潔度，特別是硅含量低于9%的粘性鋁合金，加工難度相當(dāng)大。 
鋁金屬基復(fù)合質(zhì)料是議決在鋁合金基體中增長(zhǎng)陶瓷纖維(或微粉)制成，它可看作是過(guò)共晶態(tài)鋁合金質(zhì)料的進(jìn)一步成長(zhǎng)。議決增長(zhǎng)加強(qiáng)纖維，可在保留鋁合金原有精良性能的同時(shí)顯然改進(jìn)復(fù)合質(zhì)料的機(jī)器物理性能。鋁金屬基復(fù)合質(zhì)料具有強(qiáng)度高、重量輕、熱穩(wěn)固性和熱傳導(dǎo)性好的長(zhǎng)處，但反過(guò)來(lái)看，質(zhì)料得到的精良耐磨性因此其可加工性惡化為價(jià)格的。 
    PCD刀具的精確利用
    切削加工鋁合金質(zhì)料時(shí)，硬質(zhì)合金刀具的磨損壽命僅為PCD刀具的5%左右，且硬質(zhì)合金刀具的粗加工切削速率約為120m/min，而PCD刀具縱然在粗加工高硅鋁合金時(shí)其切削速率也可到達(dá)約360m/min。刀具制造商保舉采取細(xì)顆粒(或中等顆粒)PCD牌號(hào)加工無(wú)硅和低硅鋁合金質(zhì)料，采取粗顆粒PCD牌號(hào)加工高硅鋁合金質(zhì)料。如銑削加工的工件外貌光潔度達(dá)不到要求，可采取晶粒尺寸較小的修光刀片對(duì)工件外貌舉行修光加工，以得到饜足的外貌光潔度。 
PCD刀具的精確應(yīng)用是得到饜足加工結(jié)果的條件。雖然刀具失效的具體因?yàn)楦鞑焕淄ǔＪ怯捎诶脰|西或利用要領(lǐng)不精確所致。用戶在訂購(gòu)PCD刀具時(shí)，應(yīng)精確控制刀具的實(shí)用范疇。比方，用PCD刀具加工玄色金屬工件(如不銹鋼)時(shí)，由于金剛石極易與鋼中的碳元素產(chǎn)生化學(xué)反響，將導(dǎo)致PCD刀具敏捷磨損，因此加工淬硬鋼的精確選擇應(yīng)該是PCBN刀具。 
    平常來(lái)說(shuō)，為了減小切削力，防備產(chǎn)生積屑瘤，PCD刀具應(yīng)采取正切削角。但在加工高硅鋁合金時(shí)(尤其在用PCD刀具更換硬質(zhì)合金刀具舉行加工時(shí))，PCD刀具的后角最佳比原硬質(zhì)合金刀具采取的后角(如25°)略微減小，以改進(jìn)PCD刀具切削刃對(duì)高硅鋁合金的切削性能。PCD刀具的正前角也不宜過(guò)大，由于刀具前角越大，其切削刃強(qiáng)度越低，換句話說(shuō)，PCD刀具的后角越小，切削刃的強(qiáng)度越高。為了在包管刀具為正切削角的條件下盡大概進(jìn)步切削刃強(qiáng)度，美國(guó)    Mastertech Diamond Products公司將具有負(fù)前角的CNMX刀片焊接在PCD刀具刀尖部位并形成正切削角，如許，刀片的負(fù)前角既提供了較高的切削刃強(qiáng)度，又不會(huì)影響刀具的平常切削。制備PCD刀具切削刃時(shí)，不需對(duì)金剛石刀尖作過(guò)多工藝處理，對(duì)付PCD銑刀，可對(duì)切削刃舉行稍微刃磨，別的，使切削刃產(chǎn)生肯定的軸向傾角也有助于進(jìn)步PCD刀具的切削性能。

PCD刀片的勝利應(yīng)用不但僅取決于剛正選用刀具多少參數(shù)和切削參數(shù)(如PCD車(chē)刀常用的進(jìn)給率范疇為0.13mm/r(精車(chē))～0.38mm/r(粗車(chē)))，偶然還必要刀具提供商對(duì)刀具利用中遇到的標(biāo)題提供辦理方案。比方，某大型汽車(chē)零件加工車(chē)間采取J&M金剛石東西公司提供的PCD刀片舉行銑槽加工，原來(lái)每片PCD金剛石刀片可加工1500個(gè)零件，但加工產(chǎn)生的切屑會(huì)毀傷零件外貌，為此，J&M公司發(fā)起用EDM(放電加工)工藝在金剛石刀片頂部加工一條徑向斷屑槽的辦理方案，并特意定制了50片刀片，從而有效辦理了這一標(biāo)題。如今每片PCD刀片加工的零件數(shù)已由1500件進(jìn)步到4300件。 
機(jī)床剛性與切削速率
    雖然金剛石具有極高的硬度，但其韌性不如硬質(zhì)合金，更大大低于高速鋼，因此PCD刀具的重要失效式樣為崩刃。崩刃通常由加工中的振動(dòng)引起，減小刀具懸伸量或主軸長(zhǎng)度、進(jìn)步機(jī)床本身的剛性均有助于減小振動(dòng)。高剛性的加工機(jī)床是利用PCD刀具的必備條件，大多數(shù)加工車(chē)間都是在進(jìn)步的CNCcnc機(jī)床上切削加工高硅鋁合金和鋁金屬基復(fù)合質(zhì)料。 
    較高的切削速率也可起到保衛(wèi)PCD刀具切削刃的目標(biāo)。用PCD刀具舉行車(chē)削加工時(shí)，采取的切削速率應(yīng)比用硬質(zhì)合金刀具加工進(jìn)步2～3倍，不然難以得到饜足的加工結(jié)果。 
    大多數(shù)切削加工所用的PCD刀具都是在硬質(zhì)合金刀體上焊接一片PCD刀尖制成，因此焊接部位的團(tuán)體性對(duì)付PCD刀具的加工壽命起著至關(guān)緊張的作用。過(guò)高的切削溫度大概引起焊料軟化，造成PCD刀尖脫落；過(guò)大的切削深度(超出PCD刀尖長(zhǎng)度的60%)也大概對(duì)焊接部位造成打擊和破壞。倘若焊接部位的團(tuán)體性出現(xiàn)標(biāo)題，可議決低落切削速率和(或)減小切削深度來(lái)低落PCD刀尖處的溫度。 
PCD刀具可分為外貌加工刀具和孔加工刀具兩大類(lèi)。PCD刀具對(duì)鋁合金質(zhì)料舉行外貌加工時(shí)，通常不必要利用冷卻液；而舉行鉆孔或鏜孔等半關(guān)閉式加工時(shí)，則必要確保排屑順暢以及對(duì)切削刃的冷卻與潤(rùn)滑。 
    刀具夾頭的剛性對(duì)付PCD刀具的利用也非常緊張。倘若刀具夾頭剛性不敷，利用再好的刀具也難以得到饜足的加工外貌光潔度。刀具制造商保舉PCD刀具用戶利用HSK刀柄(夾頭)，這種刀柄剛性高、夾緊可靠、扭矩轉(zhuǎn)達(dá)性能好，非常得當(dāng)PCD刀具的高速切削。 
    PCD刀具技能的新成長(zhǎng)
    為了饜足用戶對(duì)PCD刀具切削性能連續(xù)進(jìn)步的要求，在競(jìng)爭(zhēng)劇烈的PCD刀具市場(chǎng)占據(jù)更大份額，刀具制造商正連續(xù)對(duì)PCD刀具技能舉行改革與進(jìn)步。 
美國(guó)Diamond Abrasive公司議決優(yōu)化PCD燒結(jié)工藝，促使金剛石顆粒之間天生的共生物增大，從而進(jìn)步了粗顆粒PCD刀具的耐磨性。該公司開(kāi)辟的CTH025牌號(hào)的耐磨性比同類(lèi)別粗顆粒PCD牌號(hào)進(jìn)步了25%~30%，該牌號(hào)被計(jì)劃用于切削具有高耐磨性的鋁金屬基復(fù)合質(zhì)料(MMC)。Diamond Abrasive公司還推出了一種稱(chēng)為“multimodal”的新式PCD牌號(hào)，這種牌號(hào)原來(lái)是為對(duì)刀具韌性要求極高的采礦業(yè)開(kāi)辟的，其特點(diǎn)是每片刀片質(zhì)猜中都散布著種種差別粒度尺寸的金剛石顆粒，比方，multimodal牌號(hào)CTM302的質(zhì)猜中包括了粒度尺寸從2μm到30μm的金剛石顆粒。這種由大、小粒度稠濁構(gòu)成的刀具切削刃性能相當(dāng)于金剛石粒度為10μm的刀片性能，而刀具的壽命則超出了僅由大略粗顆粒金剛石制成的PCD刀具。 
    幾年前，美國(guó)Sumitomo Electric Carbide公司曾推出一種稱(chēng)為DA2200的亞微細(xì)粒度(0.5μm)的PCD牌號(hào)，該牌號(hào)的PCD刀具可加工出極高的工件外貌光潔度，且具有險(xiǎn)些可與硬質(zhì)合金媲美的高強(qiáng)度。為了應(yīng)對(duì)邇來(lái)PCD刀具大幅貶價(jià)的壓力，該公司又開(kāi)辟了代價(jià)較低的DA2200牌號(hào)刀具以更換代價(jià)較貴的原型刀具。由于采取了進(jìn)步的PCD燒結(jié)工藝，從而可制備出PCD金剛石層厚度僅為準(zhǔn)則厚度1/3的DA2200復(fù)合片，用這種復(fù)合片制造的刀具與金剛石層較厚的PCD刀具強(qiáng)度雷同，但所損耗的金剛石質(zhì)料以及刀坯磨削工序中的質(zhì)料往除量顯然裁減，從而低落了刀具的制造資本。

    邇來(lái)，采取PCD刀尖的多作用旋轉(zhuǎn)刀具的開(kāi)辟與應(yīng)用日漸增長(zhǎng)。這種刀具可在一次走刀中完成鉆孔、擴(kuò)孔、倒角、精修等多道孔加工工序，用于汽車(chē)制造業(yè)可有效低落加人為本，如一把多作用PCD刀具在必要重磨前可加工多達(dá)幾千件汽車(chē)傳動(dòng)箱零件。 
    ClappDiCO公司新開(kāi)辟了一種不需重磨的超速(Super Speed)PCD銑刀。該銑刀上裝夾了多個(gè)不需重磨的小刀尖PCD刀片，刀片上的斷屑槽可實(shí)現(xiàn)對(duì)切屑的有效控制；銑刀刀體采取輕型不銹鋼制造，可禁止耐磨鋁合金切屑和冷卻/沖洗液對(duì)刀體的侵害。該銑刀上還集成了一個(gè)由凸輪驅(qū)動(dòng)的軸向調(diào)理裝置，可對(duì)PCD刀片的軸向尺寸舉行準(zhǔn)確微調(diào)，并實(shí)現(xiàn)了刀具硬件布局的最小化。 
隨著PCD刀具切削性能的連續(xù)進(jìn)步和PCD刀具代價(jià)的連續(xù)降落，PCD刀具對(duì)付寬大用戶具有了亙古未有的吸引力，這將有力推動(dòng)PCD刀具的遍及應(yīng)用以及PCD刀具技能更快地向前成長(zhǎng)。