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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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PCD多晶金刚石刀具

2010.07.28  河南恒远超硬材料有限公司 www.kosuperhard.com  浏览次数:
河南胜创超硬材料有限公司2010推出了KO系列磨PCD/PCBN刀具陶瓷结合剂金刚石砂轮主要用于PCD、CVD、PCBN、硬质合金、陶瓷刀具以及其它刃具铣刀、钻头、铰刀等切削工具的研磨和快速高效低损伤磨削,作为PCD及PCBN工具之精密研磨,在市场上也取得了良好的市场口碑。关于聚晶金刚石刀具,刀具刃磨,PCD的信息

PCD刀具的特性

用作切削刀具的PCD材料是由0.5~lmm厚的多晶金刚石层与数毫米厚的硬质合金衬底在高温高压条件下烧结而成。工作面为多晶金刚石层,它具有接近天然金刚石的硬度和耐磨性.而且克服了天然金刚石各向异性的缺点,因而适合刃磨成各种形状的切削刀具。由于金刚石的碳元素与铁易起化学反应,特别在切削区高温作用下,金刚石的碳化现象严重,使刀具磨损加快,因此,这种刀具不适宜加工铁素材料,而对于铝台金、铜合金、工程塑料、陶瓷等材料则具有极好的切削性能。在许多场合下,这种刀具的耐用度优于天然金刚石刀具,但却不能达到天然金刚石刀具加工后的那种极好的表面粗糙度(镜面)。

PCD刀具具有以下特点:

1.寿命长

如前所述,PCD材料的高硬度和各向同性使得其磨损非常缓慢.根据使用现场统计,在加工硅铅合金、铜合金和非金属材料时,刀具寿命一般可达天然金剐石刀具的5倍,硬质合金刀具的5O~200倍。

2、切削速度高

PCD刀具一般均采用正前角,刀刃可瞎得非常锋利,在高速条件下可轻松地切削工件材料,通常情况下,可比硬质合金刀具的速度高2倍以上;在机床条件允许的情况下应尽可能提高切削速度,以提高工件表面质量和加工效率。例如,在铣削汽车变速箱壳体平面(铝合金)时采用∮2200mm的面铣刀,切削速度可达220m/rain,达到砂轮的磨削速度。

3.耐冲击性好

现代汽车工业中在许多零部件上采用了耐磨性很高的高硅铅合金(含硅量一般在16% 以上),这种材料经过热处理后,在铝基体中弥散分布有许多粗粒度的硅粒子,这种硅粒子硬度很高,硬质合金刀具很快就被磨蚀,而且汽车零件的几何形状大多有断续切削性质,天然金刚石刀具的耐冲击性差,不宜加工这类零件。由于PCD材料是由无数微米级单晶金刚石烧结而成的,太大改善了天然单晶金刚石工具不耐冲击的弱点。目前国内外加工这种材料几乎都是采用PCD刀具,该种刀具的问世也为高硅铅合金的推广应用扫除了加工上的障碍。

4.工件表面质量稳定

PCD刀具的最终刃磨一般应在专用的高精度工具磨床上进行,刃口非常锋利,切削过程非常稳定,在其它条件均相同的情况下,与硬质合金刀具作对比试验,初期切削力两者大体相当,PCD刀具的切削力稍低.但随着切削的进行.硬质合金刀具很快钝化,引起切削力急剧增大,而PCD刀具则基本保持不变。

积屑瘤是影响工件表面质量的一个重要因素,PCD刀具的金刚石表面需抛光达到镜面,由于前面极度光滑,不易产生积屑瘤.这是普通硬质合金刀具很难作到的正因为上述两个主要原因,以及PCD刀具的耐磨性使得工件表面质量易控制且稳定.特别在大批量生产过程中可长时间获得尺寸精度和表面粗糙度非常一致的工件。

二、PCD 刀具加工硅铝合金时的切削性能

根据有关资料统计,在整个PCD刀具的应用中约有67用于加工铝合金.26用于加工铜合金,鉴于篇幅的限制,本文只对PCD刀具在加工硅铝合金时的一些切削特性作一简述。高硅铝合金因其具有较强的磨蚀性,硬质合金刀具密损很快,PCD刀具是目前最适合加工这类材料的刀具。含硅量l8~2l的过共晶硅铝合金在汽车、摩托车零件中得到广泛使用,但因含有大量硅的硬质点,使得硬质合金刀具难以胜任大批量专业化生产的要求。铝合金中的硬质点在刀具的切削过程中相当于对刀具刃El形成断续切削,如果工件本身的几何形状又存在宏观上的断续切削状态,天然金刚石刀具便容易产生崩刃,此时唯有PCD刀具能顺利地切削。一般情况下,PCD刀具的切削速度可为硬质合金刀具的3倍以上。{$html_Paging$}

1,不同PCD材料的耐磨特性

在制造pCD材料过程中,可以控制烧结后的PCD材料的某些性能,根据不同的需要,可调整组成PCD材料的金刚石微粒大小、密度,以改变其耐磨性。图l为几种牌号的PCD材料制:成刀具后切削高硅铝合金时的刀具后面磨损情况对比。在实际应用中,这种磨损越小越好,它是衡量PCD刀具优劣的重要指标之一(此试验委托日本大皈钻石公司完成)。

PCD多晶金刚石刀具

图1.不同PCD材料耐磨性对比
表1 PCD耐磨试验条件表

PCD多晶金刚石刀具

由该试验得知,新亚公司5μm粒度的PCD刀具较40μm的PCD耐磨性好,后者耐磨性与国外同类材料的耐密性大体相当。{$html_Paging$}

2.切削用量对工件表面质量的影响

在实际生产过程中被加工工件的表面粗糙度是判定刀具寿命的重要依据之一。在其它加工条件确定的情况下,如果工件的表面楹糙度恶化,其数值超出工艺要求时,刀具就不能继续使用 为了把握影响这一重要指标的主要原因,笔者就切削速度、纵走刀速度、切深等几个切削参数对表面粗糙度Ra的影响作了切削试验。详见图2~4。

PCD多晶金刚石刀具

由图可知.表面粗糙度Ra对切削速度和切深并不十分敏感。而这两个参数又直接与金属材料的切除率成正比因此,在机床条件允许的情况下,尽可能提高切削速度和切削深度,以求较高的加工效率:而走刀速度则根据不同的要求确定在台理的范围之内。我们利用自己生产的PCD材料在引进的计算机磁盘专用车床上加工铝磁盘,车销够表面租糙度可稳定在0-25μm左右,满足了此道工序的技术要求。

PCD多晶金刚石刀具

圈4 切削深度对Ra蚰影响

3.刀具前面对mT质量的影响

为了使PCD刀具刃口锋利,除了在刃磨时使用适当的砂轮外,前面本身也必须极为光滑,因此.PCD具的前面均应研磨到镜面程度。终过研磨到镜面的前面还可减少刀具与切屑的接触摩擦.大大降低生成积屑瘤的几率,从而提高切削质量。当然由于PCD层硬度极高,要想使其达到镜面并非易事。表2给出了不同光滑程度的刀具前面所获得的不同切削效果。{$html_Paging$}

表2 不同质量的前面对工件Ra的影啊

PCD多晶金刚石刀具

PCD刀具前面的高质量也是与硬质合金刀具的主要区别之一,它是延长换刀时间不可缺少的一个条件。

三、PCD刀具使用注意事项及应用实例

PCD刀具使用注意事项

(1)加工对象

PCD刀具只适用于铝、铜及其台金、陶瓷、树脂增强材料、木材、石墨等非金属村料的加工 而难加工的铁素材料则应采用多品立方氯化硼刀具。

(2)加工系统刚性高

要求机床应有较高的刚性.刀具、夹具等也应刚性良好.将振动等限制到最小程度,这对提高工件表面质量、延长刀具寿命都有利。

(3)切削用量的选择

根据前述,可适当提高切削速度和切削深度,以充分发挥该种刀具的高效性。{$html_Paging$}

(4)刀具几何角度的调整

在用PCD刀具取代硬质合金刀具时.可适当增大前角。为了使刃口有足够的强度,建议一般采用双重后角,即第一后角较小.第二后角较大,这样可兼颐刃口强度与锋利性。

(5)冷却条件

由于金刚石材料本身具有敏其优越的导热性能,在切削铝、铜等材料时 不使用冷却液也能获得理想的加工效果。但如果条件许可 采用水溶性冷却液对延长刀具寿命.进一步改善工件质量会起更好的作用。

2.PCD刀具加工实例

PCD刀具加工实例详见表3。

表3 PCD刀具加工实例

PCD多晶金刚石刀具{$html_Paging$}

四、PCD刀具刃磨特点

1.刃磨设备

此时的刃磨加工对象为金刚石烧结体,难度很大。要想刃磨出满意的刀具刃口,刃磨机床普者通工具磨床有较大的区别.主要表现为下几个方面:

(1)砂轮主轴及机床整体的高刚性

由于被磨削材料硬度襁高,在砂轮和被磨工件之间没有一定的压力便无法将PCD材料磨除.因此、砂轮轴和其它机构必须具备足够的刚性。根据被加工刀具和所用砂轮的不同。磨削压力应在400N以内实现衡压力可调,这不仅改善 磨削效果,同时也提高了机床的操作性能。目前国际市场上出售的这类工具磨床大都备有衡压力控制装置。机床的进给应采用滚珠筵杆结构,主轴电机功率一般要求在1.2KW 以上。

(2)独特的砂轮架摆动机构

与一般的工具磨床不同。PCD刀具专用工具磨床采用的是砂轮架作横向摆动,以防止因砂轮磨削比过低而引起砂轮表面出现沟槽、而普通工具瞎床则是砂轮不摆动,工件作横向摆动。同时采取一些特殊的传动机构, 避免困砂轮在摆动换向时产生微小抖动而影响刃口质量.

(3)高精度回转工作台系统及光学投影装置

较为高级的PCD刀具工具磨床上一般均带有光学投影装置

邗高精度回转工作台,以便在一次装夹后.不但能磨出刃口,而且能准确磨出两刃之间的刀尖圆弧,最小刀尖圆弧和最大圆弧可分别达到0.05mm 和50mm,且能在机床上通过投影装置直接观察圆弧和刃口质量。

随着机械制造业的不断发展,已有全自动5座标数控PCD专用工具磨床问世。它能同时控制砂轮轴倾斜、载物工作台旋转、砂轮头架盅置、切入进给、修整砂轮切入进给等5个动怍由于PCD刀具生产大多为多多品种小批量.因此,从实用角度上看、这种全自动CNC机床讵难充分发挥其优越性,而其是显示出这种专用工具磨床的制造技术已达全数控水平。

2.PCD刀具磨削用专用金刚石砂轮

所用金刚石砂轮性能如何,对于PCD刀具的质量和生产成率都至关重要。针对金刚石烧结体的磨削特点.许多国家的砂轮制造商都在努力开发专用砂轮来满足加工要求。这种砂轮结合剂多为树脂、陶瓷结合剂.也有推荐使用金属结合剂砂轮以减少砂轮损耗。砂轮质量的优劣,随着砂轮制造过程中的配方、制作工艺及工作人员的工作经验多寡而具有很大的分散性。近年来,低温烧结型陶瓷结合剂受到人们青睐.这种结合剂具有强度高、自锐性好、修整容易等优点,倍受使用者欢迎。PCD工具磨削的最大特点是磨削比极低.效率极其低下,导致磨削成本高。磨削比=被磨工件的去除量(体积)/砂轮损耗量(体积)。用普通砂轮磨削钢件时,磨削比太约为数百至数千,而用金刚石砂轮害削PCD材料时,其磨削比只有百分之一的水平,这种材料的难磨度可略见一般。不同牌号PCD村料也因其中的金刚石粉末粒度、强度、密度不同而各异,实际操作中还困对砂轮频繁地进行修整又消耗一一部份砂轮,所以在计算刃磨成本时.应将休整因素考虑在内。河南胜创超硬材料有限公司2010推出了KO系列磨PCD/PCBN刀具陶瓷结合剂金刚石砂轮主要用于PCD、CVD、PCBN、硬质合金、陶瓷刀具以及其它刃具铣刀、钻头、铰刀等切削工具的研磨和快速高效低损伤磨削,作为PCD及PCBN工具之精密研磨,在市场上也取得了良好的市场口碑。

五、结束语

PCD刀具的出现为非铁金属及非金属材料的切削加工提供了有效的加工手段。近年来,这种新型刀具已在国内汽车、家用电器、仪器仪表行业崭露头角,越来越受到人们的关注随着这种刀具的国产化进程不断加快,它已成为刀具大家族中的一支新军。

来源: 工具技术   网络文档由陶瓷结合剂金刚石砂轮整理

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