如何正確選用金剛石刀具材料

　　目前，單晶金剛石、PCD(或PCD/CC)、以及CVD金銑刀剛石均成功用作車刀、鏜刀、鑽頭、鉸刀、銑刀、成形刀和切齒刀具等切削部分的制作材料。

　　金剛石材料的品種必須根據所加工材料的性質和加工要求來選擇，除滿足技術要求外，還應滿足經濟和環保性能的要求。

　　PCD和PCD/C鎢鋼C材料

　　PCD和PCD/CC是生產中最常用的金剛石材料，它不僅適用通常機械加工領域，還廣泛地應用在汽車、摩托車、高速列車、石油、化工、建築、木材加工以及航空航天等工業部門。在汽車和摩托車領域中，PCD和PCD/CC適用於加工發動機鋁合金活塞的裙部、銷孔、汽缸體、變速箱、化油器等耐磨零部件。而這些零部件大多是含矽量較高(Si>12%)的鋁基復合材料，其內高硬度的硬質顆粒(如SiC的硬度高達3000~3500HV)分布在鋁合金基體中，猶如砂輪中的磨粒一樣會對刀具的切削刃起刮磨和衝擊作用，而使切削刃很快磨損。硬質顆粒的硬度越高、顆粒的尺寸越大、顆粒的數量越多，則刀具磨損越快。因此，用傳統的硬質合金刀具很難進行加工，刀具壽命很低或根本無法使用。金剛石是世界上已知的最硬物質，實際使用證明，它是加工鋁基復合材料的最佳刀具材料。

　　用PCD金剛石加工鋁基復合材料，其切削速度可達800~1000m/min，刀具壽命可比硬質合金高幾倍甚至幾十倍，加工表面粗糙度值可達Ra0。025~0。012μm。圖2所示為用PCD刀具鑽加工20%SiCυ的鋁基復合材料螺旋泵殼的應用實例。

　　用PCD(或PCD/CC)刀具加工碳纖維和玻璃纖維增強塑料(FRP)時，切屑成粉狀，切削溫度低，且切削銑刀長度頂針為K類硬質合金刀具的10倍，而磨損卻不到硬質合金刀具的1/3。

　　PCD(或PCD/CC)刀具也適用於加工預燒後的硬質合金和耐磨的非金屬材料，如陶瓷、橡膠、石墨、玻璃和各種耐磨木材等。

　　PCD刀具的性能主要取決於它的應用場合和所涉及的加工過程，但選擇適當的牌號和顆粒尺寸也會對其產生影響。不同品種的PCD刀片，由於其組成成份不同，切削性能有很大的差異，選用時須加以注意。

　　目前PCD刀片不像硬質合金那樣在國際上有統一的分類，各生產廠都有各自的品種與牌號，使用時須參照廠家樣品來選擇。

　　DeBeers生產的PCD刀片有002、010和025幾種，晶粒的平均尺寸分別為2μm(細晶粒)、10μm(中晶粒)和25μm(粗晶粒)。晶粒尺寸越大則磨性越好，刀具壽命越高，但切削刃較粗糙，刃口質量差，難以制成高精度刀具；中晶粒一般作為機械加工的通用牌號；細晶粒刀具的切削刃的刃口鈍圓半徑小，易加工出良好的表面質量。因而目前聚晶的晶粒不斷細化，並已有1μm甚至有0。5μm以下的細晶，需根據粗、精加工等不同工序要求，選用不同大小的晶粒。

硬質合金—鎢鋼

　　鎢鋼作為現代工具材料、耐磨材料、頂針高溫和耐腐蝕材料，曾經引起金屬切削加工工業的技術革命，而被看作工具材料發展第三階段的標志。

　　硬質合金又稱鎢鋼，是用粉末冶金法生產的由難熔金屬化合物(硬質相)和粘結金屬(粘結相)所構成的復合材料。其基本特點是：

　　1。 高硬度、高耐磨性；2。高彈性模量；3。高抗壓強度；4。化學穩定性好(耐酸、堿、高溫氧化)；5。衝擊韌性較低；6。膨脹系數低，導熱、導電與鐵及其合金相近。

　　鎢鋼工具的優點(與合金鋼相比)：

　　1、成倍、幾十倍甚至上百倍地提高工具壽命：

　　鎢鋼刀具金屬切削加工壽命可提高5—80倍，量具壽命提高20-150倍，模兵壽命提高50一10O倍。

　　2、成倍、幾十倍地提高金屬切削速度和地殼鑽進速度。

　　3、提高被加工零件的尺寸精度和表面光潔度。

　　4、可以加工高速鋼難以加工的耐熱合金、效合金、特硬鑄鐵等難加工材料。

　　5、可以制作某些耐腐蝕或耐高溫的耐磨零件，從而提高了某些機械和儀器的精度和壽命。

　　鎢鋼的主要分類有如下：

　　1。 W鎢鋼C—Co(鎢鑽)類合金 :

　　由碳化鎢和鈷組成。有時在切削工具(有時也在引伸模具)中加入2%以下的其它碳化物(碳化鉭、碳化鈮、碳化釩等)作為添加劑。

　　高鈷：20-30%， 中鈷：10-15%，低鈷：3-8%

　　2、WC—TiC—Co(鎢鐵鈷)類合金

　　低鈦合金：4—6%TiC，9一15%Co，

　　中欽合金：10—20 %TiC ， 6—8% Co ，

　　高鈦合金：25—40 %TiC ，4—6 % Co

　　3、WC—TiC—TaC(NbC)—Co類合金

　銑刀　WC—TiC—Co合金有更好的高溫抗氧化性，同時也有較好的擾熱震性，因而常常具有較高的刀具壽命。

　　TiC：5一15%，TaC(NbC)：2—10%，Co5-15%，余為WC。

　　4。鋼結鎢鋼

　　由碳化鎢或碳化鈦與碳素鋼或合金鋼組成

　　5。碳化鈦基合金

　　由碳比鈦、金屬鎳和金屬鉬或碳化二鉬(Mo2C)組成。鎳和鉬的總含量通常為20—30%。

　　鎢銑刀鋼作為超硬材料廣泛用於刀具，模具，刃具等機械加工制造行業，是裝備制造生產強有力的幫手！

開發加工高硬度材料用的CBN立銑刀

　　為了滿足高硬度材料精加工的要求，開發了比硬質合金立銑刀精度更穩定、壽命更長的CBN系列刀具，現將其特性簡介如下。

　　1。CBN聚晶刀具材料的特性

　　CBN聚晶刀具材料的硬度是硬質合金刀具材鎢鋼料的近3倍，並在高硬度材料的精加工中顯示出高穩定性和高精度。CBN聚晶體雖然硬度很高，但容易崩損，因此，要將CBN聚晶體材料用於小規格立銑刀，就必須開發相關的磨削技術，解決崩損問題，並設計出適用於高硬度材料精加工的刀具幾何結構。為此，該通過大量研究，成功開發了能長時間持續高精度加工高硬材料的CBN立銑刀，現在已可提供SSB200、SFB200、SSBL200、SSR200等5種型號的產品。

　　2。新一代CBN球頭立銑刀

　　SSB200型CBN球頭立銑刀用於精銑加工時，感覺與硬質合金立銑刀同樣方便，可以采用硬質合金立銑刀的切削條件(轉速、進給速度、切深等)和刀具路徑，但卻能獲得遠遠超過硬質合金立銑刀的使用壽命，能長時間持續進行高精度銑削加工。SFB200型采用了類似算盤算珠那樣的獨特切削刃形狀，雖然對切削條頂針件和刀具路徑有一定限制，但能獲得比SSB200精度更高的加工表面和更長的刀具壽命。SSBL200型是一種長頸型標准化銑刀，R規格範圍為R0。05～R1，切削部分的有效長度範圍為0。03～10mm，用於深模腔精加工時效果最佳。銑刀以上三種型號球頭立銑刀的R精度可保證在±0。005mm以內，可根據切削加工用途和條件選擇相應的立銑刀。

　　3。SSR200型CBN圓弧刃立銑刀

　　如前所述，CBN聚晶體容易發生崩損。在設計制造SSR200立銑刀時，為了防止刀具崩損，利用自行開發的控制程序，對刀尖實施了負倒棱強化處理，從底刃到外圓刃的倒棱處理是同時進行的，對切削刃部分也進行了同樣的處理，因此不會產生底刃R部分與外圓刃連接不圓滑的缺陷，能確保±0。005mm的R精度，可以勝任高精度銑削加工。

硬質合金(鎢鋼)工件制造工藝

　　硬質合金常稱為鎢鋼，是用粉末冶金法生產的由鎢鋼難熔金屬化合物(硬質相)和粘結金屬(粘結相)所構成的復合材料。其基本特點是：高硬度、高耐磨性；高彈性模量；高抗壓強度；化學穩定性好(耐酸、堿、高溫氧化)；衝擊韌性較低；膨脹系數低，導熱、導電與鐵及其合金相近。

　　鎢鋼工件可采用多種工藝方法成型。根據工件的尺寸、形狀復雜水平和生產批量，大部分切削刀片都銑刀是采用頂壓和底壓式剛性模具模壓成型。在每一次壓制時，為了保持工件重量和尺寸的一致性，必須保證流入模腔的粉料量(質量和體積)都完全相同。粉料的流動性主要通過團塊的尺寸分布和有機結合劑的特性來控制。通過在裝入模腔的粉料上施加10-80ksi(千磅/平方英尺)的成型壓力，就可以形成模壓工件(或稱“坯件”)。

　　即便在極高的成型壓力下，堅硬的碳化頂針鎢顆粒也不會變形或破碎，而有機結合劑卻被壓入碳化鎢顆粒之間的縫隙之中，從而起到固定顆粒位置的作用。壓力越高，碳化鎢顆粒的結合就越緊密，工件的壓制密度就越大。不同牌號鎢鋼粉料的模壓特性可能各不相同，取決於金屬結合劑的含量、碳化鎢顆粒的尺寸和形狀、形成團塊的程度，以及有機結合劑的成分和添加量。為了提供有關牌號鎢鋼粉料壓制特性的量化信息，通常由粉料生產商來設計構建模壓密度與成型壓力的對應關系。這種信息可確保提供的粉料與刀具制造商的模壓工藝協調一致。

　　大尺寸鎢鋼工件或具有高長寬比的鎢鋼工件通常采用在一個柔性料袋中均衡壓制牌號鎢鋼粉料來制造。這種工藝方法是將粉料裝入料袋中，並將袋口密封，然後將裝滿粉料的料袋置於一個腔室中，通過液壓裝置施加30-60ksi的壓力進行壓制。壓制成的工件通常要在燒結之前加工成特定的幾何形狀。料袋的尺寸被加大，以適應壓緊過程中的工件收縮，並為磨削加工提供足夠的余量。由於工件在壓制成型後要進行加工，因此對裝料一致性的要求不像模壓法那樣嚴格，但是，仍然希望能保證每一次裝入料袋的粉料量相同。如果粉料的裝料密度過小，就可能導致裝入料袋的粉料不足，從而造成工件尺寸偏小而不得不報廢。如果粉料的裝料密度過大，裝入料袋的粉料過多，工件在壓制成型後就需要加工去除更多的粉料。

　　鎢鋼工件還可以利用擠出模或注射模進行成型加工。擠出成型工藝更適銑刀合軸對稱形狀工件的大批量生產，而注射成型工藝通常用於復雜形狀工件的大批量生產。在這兩種成型工藝中，不同牌號鎢鋼粉末懸浮在有機結合劑中，結合劑賦予鎢鋼混合料像牙膏那樣的均勻一致性。然後，混合料或者通過一個孔被擠出成型，或者被注入一個模腔中成型。不同牌號鎢鋼粉料的特性決定了混合料中粉末與結合劑的最佳比例，並對混合料通過擠出孔或注入模腔的流動性具有重要影響。

　　當工件通過模壓法、均衡壓制法、擠出模或注射模成型法成型後，在最終燒結階段之前，需要從工件中去除有機結合劑。燒結可以去除工件中的孔隙，使其變得完全(或基本上)密實。在燒結時，壓制成型的工件中的金屬結合劑變成液體，但在毛細作用力和顆粒聯系的共同作用下，工件仍然能夠保持其形狀。

　　在燒結後，工件的幾何形狀保持不變，但尺寸會縮小。為了在燒結後得到所要求的工件尺寸，在設計刀具時就需要考慮其收縮率。在設計用於制造每種刀具的牌號鎢鋼粉料時，都必須保證其在適當壓力下壓緊時具有正確的收縮率。幾乎在所有情況下，都需要對燒結後的工件進行燒結後處理。對切削刀具最基本的處理方式是刃磨切削刃。許多刀具在燒結後還需要對其幾何形狀和尺寸進行磨削加工。有些刀具需要磨削頂部和底部；另一些刀具則需要進行外周磨削。