聚晶金剛石(PCD)刀具通常用于極端條件下的切削加工,而采用新技術對于有效提高其加工性能至關重要。2011年10月中旬在美國召開的“PCD Days”研討會探討了PCD刀具技術的一些新進展,包括PCD刀具的直接燒結、制備更強韌的切削刃、制造能更有效散熱的PCD刀具,以及更有效地測量PCD切削刃等。
這次為期3天的研討會由Vollmer美國公司贊助,該公司生產用于加工和重磨PCD刀具的放電加工(EDM)機床和工具磨床,以及采用硬質合金刀尖和高速鋼材質的帶鋸條。共有70余家北美PCD刀具制造商與會。在第二天的會議中,一些主要的PCD材料制造商介紹了一些最近的技術進展。
例如,Sii Mega金剛石公司的產品線和業務經理Matt Collier介紹了如何將PCD直接燒結到與刀體相連的刀頭上,形成所需的刀具廓形。該方法無需將PCD復合片釬焊到刀頭上,消除了釬焊接頭在切削高溫下軟化失效的可能性。在一些條件嚴苛的加工中(如銑削碳纖維增強塑料航空零部件),與傳統的釬焊式PCD刀具相比,該公司V-Tec工藝生產的PCD刀具可將切削速度提高1.5倍,進給率提高10倍以上。
元素六(Element Six)公司區域技術經理Stephen Kelly介紹了該公司新開發的PCD刀具牌號——WPC102。該牌號采用多層結構,增強了抗切屑沖擊能力,大大提高了切削刃的強韌性,與普通的PCD牌號相比,其切削性能明顯改善,放電加工時間可縮短40%。這種PCD新牌號由厚度為350μm的復合PCD基底層、厚度為20μm的PCD中間層和厚度為30μm的頂部金屬層構成。據介紹,WPC102非常適合以切削刃崩刃為刀具主要失效模式的加工場合,包括加工碳纖維增強塑料,以及微觀和宏觀斷續切削。
許多先進工件材料都是不良熱導體,刀具加工時可能會受到切削高溫的有害影響。金剛石創新公司(Diamond Innovations Inc.)應用開發專家Dwight Dyer論述了Compax 1200 PCD牌號的特性。他指出,其1.5μm的晶粒尺寸有效提高了散熱能力,在切削難加工材料(如Ti6Al4V)的測試中改進了切削性能。
美國超硬材料公司(American Superabrasives Corp.)銷售經理Mike Mustin論述了為刀具制造商提供了持續增長市場機會的PCBN材料。他指出,將PCBN刀具牌號正確應用于特定的加工主要取決于該牌號的CBN和結合劑含量、切削刃制備方式和機床剛性。另一個需要關注的問題是CBN顆粒的分布。正在開發的PCBN刀具牌號的結合劑與CBN顆粒含量比例更均衡,具有更高的強度和可靠性。
除了PCD制造商的介紹以外,密歇根州立大學教授Viktor Astakhov博士概述了決定PCD刀具能否成功應用于加工的多個相互關聯的要素。他強調,采用一種系統的方法可將切削工藝的方方面面結合到一起。
在另一篇報告中,刀具檢測儀器制造商Zoller公司產品經理Werner Lueken描述了為應對制造更環保、更節能產品的壓力,對精密刀具測量日益增長的市場需求。Zoller公司提供各種檢測PCD刀具和鋸片的精密量儀,其直徑測量精度可達1μm。
Vollmer公司PCD部門經理和會議組織者Scott Ries表示,該公司“不僅非常重視向客戶提供加工機床解決方案的能力,而且也十分重視提供刀具材料和其他加工資源。我認為,本次研討會的與會者證明,這是對我們的客戶很有價值的做法。”
Vollmer公司在會上展示了用于PCD刀具成形、刃磨和重磨的EDM機床,包括QXD 200型旋轉放電加工機床和QWD 760型線切割機床。此外,還介紹了用QXD機床刃磨PCD刀具切削刃的相關信息。