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加工PCD刀具/PCBN刀具/钻石/工业陶瓷的陶瓷金刚石砂轮

粒度: W3.5~100/120 型号:1A1 14A1 6A2 11A2 12A2 4A1
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CVD 金刚石刀具在机械加工中的展望

2010.07.08  河南恒远超硬材料有限公司 www.kosuperhard.com  浏览次数:
除了机械方面的问题以外,还有一个困难问题是要说服生产工厂的人们,不要光盯着金刚石(PCD或CVD金刚石)的初置价格,而要看到它带来的成本节约和性能改善的好处。你可以让金刚石比常规刀具在更高的转速下运行(视机床性能而定),从而提高产出量。关于CVD,金刚石,刀具,金刚石刀具,砂轮的信息

金刚石材料被誉为21世纪的材料,在这个超精密加工的时代。金刚石工具在有色金属和耐磨材料的加工应用中,有出色的适应性。在使用金刚石工具时,用户可以有两种选择:一种是聚晶金刚石(PCD),另一种是较新的化学气相沉积(CVD)金刚石。

一、金刚石家族的新成员

化学气相沉积(CVD)金刚石,是一种高抗磨性的纯金刚石材料,不含粘接剂。金刚石沉积分为两种形式:一种是厚膜金刚石,沉积成整体的、单独的薄片,然后切割成所需尺寸;另一种是薄膜金刚石,沉积在硬质合金刀片或回转式刀具上。

迄今为止,CVD金刚石最有前景的用途是加工石墨。但是,NortonDiamondFilm公司却正在出售各种用途的CVD金刚石用于加工有色金属、塑料和复合材料。Norton公司的应用技术经理认为,CVD金刚石几乎适用于全部有色金属。在高硅铝合金的断续切削以及预烧结硬质合金、黄铜、紫铜和碳纤维材料的加工中,正在取得良好的结果。Norton公司还相信:CVD金刚石在加工很宽范围的铝合金材料(包括6061及其他)时,能够和PCD旗鼓相当。

Norton公司应用技术经理还认为,CVD金刚石和PCD相比,主要优点在切削刃的品质。虽然CVD也是聚晶,但它不含钴粘结剂,是纯金刚石,所以切削刃是连续的。这样就能采用有较高的切削速度并获得较好的表面粗糙度,因为刀具不易变热。他还坚信,积屑瘤对CVD金刚石不构成问题。

按Norton公司的资料,CVD金刚石的导热性比PCD高50%。其原因是CVD刀片为整体金刚石,可以立即把热量导出。而PCD刀片的热传导要穿过钴-金刚石复合体,导热性就差一些。

CVD金刚石还具有较低的摩擦系数。硬质合金和PCD都会粘结工件材料,CVD金刚石则不粘。与此同时,低摩擦系数还使CVD金刚石刀具能承受较大的切削负荷,从而使切削更快速、更有效。

CVD金刚石在使用中呈现热稳定性和化学稳定性。而PCD和硬质合金在这方面就受到含有金属成分粘结剂的影响。把CVD金刚石放进盐酸里,什么都不会发生。但若把PCD金刚石放进去,酸会吃掉钴结合剂。这就意味着CVD金刚石能经受住某些材料在加工中生成酸的侵袭,例如酚醛树脂、尿脘橡胶、降碳酸酯等。

虽然所有形态的金刚石(包括PCD)在高温时都要和黑色金属或超级合金中的一些成分发生化学反应,但是众所周知,对多数材料而言金刚石仍具有化学惰性。PCD和硬质合金因为含有钴结合剂,切削温度高时会发生化学稳定性降低现象。CVD金刚石不含结合剂,就避开了这种现象。此外,CVD金刚石还有良好的润滑性和导热性,使它具备了在高速和干式切削中使用的关键优势。

CVD金刚石最后一项优点是:即使在切削温度很高时,仍保持高硬度和耐磨性。Norton公司的应用技术经理Nagy指出:“因为没有松软的钴包着金刚石,所以刀片硬度均匀一致。”

二、CVD刀具在机械加工中的应用

CVD包括工具(主要是机械加工)、热学应用等方面。目前,CVD的产品主要有如下几类:

CVD普通刀具,高精度刀具;

CVD砂轮修整笔;

CVD拉丝模及成品模具;

CVD新型高压、水射流耐磨喷嘴;

CVD强化木地板加工工具;

CVD精密轴承支撑器及耐磨器件等。

CVD不含任何金属或非金属添加剂,机械性能兼具单晶金刚石和PCD的优点,又在一定程度上克服了它们的不足。大量实践表明,焊接型CVD工具的使用寿命超过PCD工具,其抗冲击性优于单晶金刚石膜。因此,CVD被认为是非铁类材料加工工业中理想的工具材料,如铝、硅铝合金、铜、铜合金、石墨以及各种增强玻璃纤维和碳纤维结构材料的加工等。

1.CVD刀具用于金属切削加工

CVDD可用于制作车刀、铣刀、刨刀、趟刀等机械加工刀具。

近两年来,各种型号的金刚石膜车刀、键刀已在国内几十家企业使用,并正向国外推广,其应用情况如下:

代替硬质合金刀具,工效提高十几倍到百倍,降低了劳动强度,工件加工精度明显提高,表面粗糙度显著降低。

超硬材料和有机复合材料的理想加工刀具;

PCD刀具相比,CVD刀具表面粗造度低,刃口好;

在一些领域可代替天然金刚石刀具。

就国内汽车行业中使用的硅铝合金材料来看,含硅量在12%左右,一方面由于其材质不均匀,有硬点,目前PCD刀具占有绝大部分市场,CVD的份额微乎其微,如轮毅刀具、槽加工刀具等。另一方面,由于现在的CVD不导电,而PCD导电的性能,使二者在刀具的制作工艺上存在差别,PCD可用电加工方式加工,而CVDD却不行,若能很好地解决CVD刀具制作工艺问题,则可与PCD刀具在汽车行业中一争高下。

实践表明,CVD刀具采用正确的几何角度,经过精研完全能作为有色金属及超硬材料的精密切削刀具,如车削紫铜的电机刀(也称整流子刀)等。曾经做过试验,条件如下:

刀具:CVD车刀,刀尖修光刃L=1mm,前角8°,后角8°,主偏角60°,刃口粗糙度Ra0.1µm;

机床:CJ6125;

环境:精密加工实验室;

件材料:含硅8%的硅铝合金,紫铜;

切削参数:n=1400r/min,f=4mm/min,ap=0.015mm/r

在上述试验条件下,车削加工后工件的粗糙度Ra0.012µm,这是PCD产品所无法达到的。由此可见,CVD刀具可以达到以车代磨的效果,加工到镜面粗糙度,而其成本远低于天然金刚石(单晶金刚石)刀具。

2.CVD用于非金属加工

CVD以其高耐磨性,在木工刀具方面也广受欢迎。如时下正热的木地板行业,由于Al2O3强化木地板的性能优于三聚氢胺木地板,其耐磨层更坚硬,硬质合金刀具加工Al2O3强化木地板已无能为力,必须使用金刚石刀具。两年来的市场调查结果显示,CVD是优质的木工刀具材料。

对于石材等硬脆材料、玻璃纤维、碳复合材料及有机复合材料的加工,CVD是理想的刀具材料。

3.高精度刀具

普通刀具材料(如高速钢)和硬质合金材料因受其本身性能(如耐磨性、硬度等)影响,很难达到很高精度,如制版行业用的制版精修刀、首饰行业用的首饰刀(俗称劈花刀)等。这类刀具要求其本身的精度很高和表面粗糙度很低(粗糙度Ra0.05µm),利用高精度研磨机(主轴跳动为0.1µm),制成了表面粗糙度Ra0.05µm的CVD精密刀具,其尺寸精度为5µm,现已用于制版加工和防伪商标加工,效果良好,工件表面粗糙度可达Ra0.012µm。

目前,CVD刀具已广泛应用于超精加工、精加工、半精加工和连续切削,耐磨性比PCD刀具高2~10倍,其性能价格比优于其它金刚石刀具。据1998年外刊报导,切削用CVD刀片的市场约为1.5亿美元。

三、光明的前景

GE公司超级磨料部和NortonDiamondFilm公司都认为:目前很多生产现场没有充分发挥金刚石的优势。原因是现在很多机床的速度和扭矩,都不足以保证刀具高效率运转。

除了机械方面的问题以外,还有一个困难问题是要说服生产工厂的人们,不要光盯着金刚石(PCD或CVD金刚石)的初置价格,而要看到它带来的成本节约和性能改善的好处。你可以让金刚石比常规刀具在更高的转速下运行(视机床性能而定),从而提高产出量。同时,换刀次数也较少。假定金刚石比硬质合金寿命高50倍~100倍,你就不必经常停机了。

来源:    网络文档由陶瓷结合剂金刚石砂轮整理

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