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精密刀具发展

2019-10-11

机床刚性与切削速度 
       
      虽然金刚石具有极高的硬度,但其韧性不如硬质合金,更大大低于高速钢,因此PCD刀具的主要失效形式为崩刃。崩刃通常由加工中的振动引起,减小刀具悬伸量或主轴长度、提高机床本身的刚性均有助于减小振动。高刚性的加工机床是使用PCD刀具的必备条件,大多数加工车间都是在先进的CNC数控机床上切削加工高硅铝合金和铝金属基复合材料。 
       
      较高的切削速度也可起到保护PCD刀具切削刃的目的。用PCD刀具进行车削加工时,采用的切削速度应比用硬质合金刀具加工提高2~3倍,否则难以获得满意的加工效果。 
       
      大多数切削加工所用的PCD刀具都是在硬质合金刀体上焊接一片PCD刀尖制成,因此焊接部位的整体性对于PCD刀具的加工寿命起着至关重要的作用。过高的切削温度可能引起焊料软化,造成PCD刀尖脱落;过大的切削深度(超过PCD刀尖长度的60%)也可能对焊接部位造成冲击和破坏。如果焊接部位的整体性出现问题,可通过降低切削速度和(或)减小切削深度来降低PCD刀尖处的温度。 
       
      PCD刀具可分为表面加工刀具和孔加工刀具两大类。PCD刀具对铝合金材料进行表面加工时,通常不需要使用冷却液;而进行钻孔或镗孔等半封闭式加工时,则需要确保排屑顺畅以及对切削刃的冷却与润滑。
       
      刀具夹头的刚性对于PCD刀具的使用也十分重要。如果刀具夹头刚性不足,使用再好的刀具也难以获得满意的加工表面光洁度。刀具制造商推荐PCD刀具用户使用HSK刀柄(夹头),这种刀柄刚性高、夹紧可靠、扭矩传递性能好,非常适合PCD刀具的高速切削。

    
       为了满足用户对PCD刀具切削性能不断提高的要求,在竞争激烈的PCD刀具市场占有更大份额,刀具制造商正不断对PCD刀具技术进行改进与提高。

美国DiamondAbrasive公司通过优化PCD烧结工艺,促使金刚石颗粒之间生成的共生物增大,从而提高了粗颗粒PCD刀具的耐磨性。该公司开发的CTH025牌号的耐磨性比同类型粗颗粒PCD牌号提高了25%~30%,该牌号被设计用于切削具有高耐磨性的铝金属基复合材料(MMC)。 
       
      DiamondAbrasive公司还推出了一种称为“multimodal”的新型PCD牌号,这种牌号原来是为对刀具韧性要求极高的采矿业开发的,其特点是每片刀片材料中都分布着各种不同粒度尺寸的金刚石颗粒,例如,multimodal牌号CTM302的材料中包含了粒度尺寸从2μm到30μm的金刚石颗粒。这种由大、小粒度混合构成的刀具切削刃性能相当于金刚石粒度为10μm的刀片性能,而刀具的寿命则超过了仅由单一粗颗粒金刚石制成的PCD刀具。 
       
      几年前,美国Sumitomo ElectricCarbide公司曾推出一种称为DA2200的亚微细粒度(0.5μm)的PCD牌号,该牌号的PCD刀具可加工出极高的工件表面光洁度,且具有几乎可与硬质合金媲美的高强度。为了应对近来PCD刀具大幅降价的压力,该公司又开发了价格较低的DA2200牌号刀具以替代价格较贵的原型刀具。由于采用了先进的PCD烧结工艺,从而可制备出PCD金刚石层厚度仅为标准厚度1/3的DA2200复合片,用这种复合片制造的刀具与金刚石层较厚的PCD刀具强度相同,但所消耗的金刚石材料以及刀坯磨削工序中的材料去除量显著减少,从而降低了刀具的制造成本。 
       
      近来,采用PCD刀尖的多功能旋转刀具的开发与应用日渐增多。这种刀具可在一次走刀中完成钻孔、扩孔、倒角、精修等多道孔加工工序,用于汽车制造业可有效降低加工成本,如一把多功能PCD刀具在需要重磨前可加工多达几千件汽车传动箱零件。 
       
      ClappDiCO公司新开发了一种不需重磨的超速(SuperSpeed)PCD铣刀。该铣刀上装夹了多个不需重磨的小刀尖PCD刀片,刀片上的断屑槽可实现对切屑的有效控制;铣刀刀体采用轻型不锈钢制造,可避免耐磨铝合金切屑和冷却/冲洗液对刀体的损害。该铣刀上还集成了一个由凸轮驱动的轴向调节装置,可对PCD刀片的轴向尺寸进行精确微调,并实现了刀具硬件结构的*小化。