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          PCD刀具應用綜述

          發布時間: 2020-06-04 發布者: 富耐克應用研究中心

          聚晶金剛石(Polycrystalline Diamond,簡稱PCD)是一種金剛石和硬質合金組成的復合材料,通常是通過將添加一定量結合劑的金剛石粉末與硬質合金基體組裝在一起,然后在超高溫高壓條件下燒結制得的。

          PCD有極高的耐磨性和硬度、低摩擦系數、高導熱率等特點,使得PCD刀具可以實現高速、高效和高精加工,在航空航天、汽車、電子、木材以及石材等領域有著廣泛的應用前景。

          1.PCD的性能特點

          (1)高硬度和耐磨性

          PCD具有硬度高、抗壓強度高、導熱性及耐磨性好的特點,可在高速切削中獲得很高的加工精度和加工效率。PCD刀具的此種特性是由金剛石晶體狀態決定的,該結構具有很強的結合力和方向性,從而使金剛石具有極高硬度。

          (2)各向同性、無解理面

          PCD是由微米級或亞微米級金剛石小顆粒通過一定方法合成的聚合體,顆粒無序堆積的混亂性導致其各向同性,可在切削工件時發揮最好的性能,而不需要選擇方向,同時也不易沿單一解理面裂開,優化了力學性能。

          (3)高加工精度

          PCD刀具具有較低的熱膨脹系數和很高的彈性模量,因而在切削過程中刀具不易變形,同時可以減小切削力和降低切削溫度,提高刀具耐用度和切削率,從而獲得良好的加工表面。

          (4)低摩擦系數

          PCD具有較低的摩擦系數,與有色金屬和非金屬材料間的親和力很小,不僅可以降低變形和切削力,而且在切削加工中不產生積屑瘤,大大降低了加工工件表面的粗糙度。

          (5)高導熱率

          PCD的導熱率很高,比銀、銅還要好,比一般硬質合金高得多,因此在切削過程中容易散熱,切削溫度較低。

          2.PCD的應用

          (1)PCD在汽車和航空航天領域中的應用

          PCD刀具在汽車領域主要用于加工發動機活塞的裙部、銷孔、汽缸體、變速箱等。由于這些部件材料含硅量較高(10%以上),對刀具的使用壽命要求高,而PCD刀具耐用度是硬質合金刀具的1-50倍,可保證零部件尺寸的穩定性,并可大大提高切削速度、加工效率和工件的表面質量。

          在航空航天領域,采用PCD刀具加工鋁合金(AlSi2)缸蓋,切削速率較高,且刀具壽命比硬質合金提高約20倍,工件的表面質量也大大提高。

          (2)PCD在木材加工行業中的應用

          木材加工也是PCD刀具應用的重要領域。隨著人工合成板材(中密度纖維板、刨花板及復合地板等)的飛速發展,加速了對超硬刀具的需求,使PCD刀具逐步替代了傳統木工刀具在市場中的地位。

          強化復合地板最外層的Al2O3對硬質合金刀具的磨損很大,利用PCD刀具能夠有效地解決這個問題。因此,PCD在木工行業的主要市場是強化復合地板和高硬度纖維板的加工。

          (3)PCD在電子加工行業中的應用

          電子行業中對電氣印刷板制作的要求越來越高,一般刀具在使用中會有毛邊,影響電氣元器件的安裝定位,且整張印刷板不美觀;硬質合金刀具在加工中,壽命短、加工速度慢、效率低、加工精度差。采用PCD刀具,加工效率高,加工成本低,應用比較廣泛。

          (4)PCD在玻璃切割加工行業中的應用

          PCD制成的刀輪主要用于電子產品的液晶屏的高精度、高品質切割,同時可以切割建筑用和汽車用玻璃。芯棒與刀輪均為PCD材料,具有加工精度高、耐磨損、一致性好的優點,同時使用壽命高,是普通玻璃刀和硬質合金玻璃刀輪的理想替代品。

          (5)PCD在復合材料行業中的應用

          采用PCD刀具加工玻璃纖維增強復合材料,其刀具壽命是硬質合金刀具的60倍左右,單件加工成本為硬質合金刀具的1/20,且加工精度比硬質合金高。

          PCD因其良好的加工質量和加工經濟性在非金屬材料、有色金屬及合金、復合材料等領域顯示出獨一無二的優勢。如果實現高速鋼和硬質合金刀具的雙替代,PCD刀具市場空間將更加巨大。

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