聚晶金剛石（PCD）刀具簡(jiǎn)介

1．概述

      金剛石作為一種超硬刀具材料應(yīng)用于切削加工已有數(shù)百年歷史:
      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(guó)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(guó)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)量稀少、價(jià)格昂貴的問(wèn)題，使金剛石刀具的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到航空、航天、汽車(chē)、電子、石材等多個(gè)領(lǐng)域。

2. PCD刀具的性能特點(diǎn)

      金剛石刀具具有硬度高、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。
      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；④PCD的熱膨脹系數(shù)僅為0.9×10 -6～1.18×10 -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(guò)程中切屑不易粘結(jié)在刀尖上形成積屑瘤。

3. PCD刀具的應(yīng)用

      工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)PCD刀具的研究開(kāi)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(lái)，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(guó)際上著名的人造金剛石復(fù)合片生產(chǎn)商主要有英國(guó)De Beers公司、美國(guó)GE公司、日本住友電工株式會(huì)社等。
      據(jù)報(bào)道，1995年一季度僅日本的PCD刀具產(chǎn)量即達(dá)10.7萬(wàn)把。PCD刀具的應(yīng)用范圍已由初期的車(chē)削加工向鉆削、銑削加工擴(kuò)展。由日本一家組織進(jìn)行的關(guān)于超硬刀具的調(diào)查表明：人們選用PCD刀具的主要考慮因素是基于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)也得到了較大發(fā)展，De Beers公司已推出了直徑74mm、層厚0.3mm的聚晶金剛石復(fù)合片。
      國(guó)內(nèi)PCD刀具市場(chǎng)隨著刀具技術(shù)水平的發(fā)展也不斷擴(kuò)大。目前中國(guó)第一汽車(chē)集團(tuán)已有一百多個(gè)PCD車(chē)刀使用點(diǎn)，許多人造板企業(yè)也采用PCD刀具進(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(guó)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(kāi)展這方面的研究。國(guó)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(rùn)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、金屬基復(fù)合材料、玻璃、工程陶瓷等材料的加工。通過(guò)對(duì)近年來(lái)PCD刀具應(yīng)用的分析可見(jiàn)，PCD刀具主要應(yīng)用于以下兩方面：①難加工有色金屬材料的加工：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——過(guò)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難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)用日趨廣泛，用PCD刀具加工這些材料可有效避免刀具易磨損等缺陷。