PCD金刚石刀片|特点、制备及正确使用

人造单晶金刚石是20世纪50年代以后逐渐发展起来的，它是以石墨为原料，加入催化剂，经高温超高压合成的。人造聚晶金刚石（PCD）是通过金属粘结剂（如Co，Ni等）将金刚石微粉聚合而成的多晶材料。人造聚晶金刚石是一种特殊的粉末冶金产品，在制造方法上借鉴了常规粉末冶金的一些方法和手段。

在烧结过程中由于添加剂的加入，使PCD晶体间形成以Co，Mo，W，WC和Ni等为主要成分的结合桥，金刚石被牢固地嵌于结合桥构成的坚固的骨架中。金属粘结剂的作用就是牢固把持金刚石，充分发挥金刚石的切削效率。另外，由于晶粒在各个方向上自由分布，裂纹很难从一个晶粒传向另一个晶粒，使PCD的强度和韧性都有了很大提高。

关注过笔者的可能都了解过超硬刀具的一些简单的知识，本期我们所讲的金刚石刀片的一些特点就简要概括一下：

1、超高的硬度和耐磨性：自然界无可比拟的材料硬度达到10000HV，耐磨性是硬质合金刀片的近百倍；

2、各向异性单晶金刚石晶体不同晶面及晶向的硬度、耐磨性能、微观强度、研磨加工的难易程度以及与工件材料之间的摩擦系数等相差很大，因此，设计和制造单晶金刚石刀具时，必须正确选择晶体方向，对金刚石原料必须进行晶体定向。金刚石刀具的前、后刀面的选择是设计单晶金刚石刀具的一个重要问题；

3、低的摩擦系数：PCD刀片在加工一些有色金属材料时摩擦系数较之其他刀片都低，约为硬质合金的一半通常为0.2左右。

4、PCD切削刃非常锋利切削刃钝圆半径一般可达0.1-0.5um。而天然单晶金刚石刀具可在0.002-0.005um范围内。因此，天然金刚石刀具能进行超薄切削和超精密加工。

5、具有较低的热膨胀系数金刚石的热膨胀系数比硬质合金小，约为高速钢的1/10。因此金刚石刀具不会产生很大的热变形，即由切削热引起的刀具尺寸的变化很小，这对尺寸精密要求很高的精密和超精密加工来说尤为重要。
PCD聚晶金刚石刀片制备

人造单晶金刚石是20世纪50年代以后逐渐发展起来的，它是以石墨为原料，加入催化剂，经高温超高压合成的。人造聚晶金刚石（PCD）是通过金属粘结剂（如Co，Ni等）将金刚石微粉聚合而成的多晶材料。人造聚晶金刚石是一种特殊的粉末冶金产品，在制造方法上借鉴了常规粉末冶金的一些方法和手段。

在烧结过程中由于添加剂的加入，使PCD晶体间形成以Co，Mo，W，WC和Ni等为主要成分的结合桥，金刚石被牢固地嵌于结合桥构成的坚固的骨架中。金属粘结剂的作用就是牢固把持金刚石，充分发挥金刚石的切削效率。另外，由于晶粒在各个方向上自由分布，裂纹很难从一个晶粒传向另一个晶粒，使PCD的强度和韧性都有了很大提高。

刀具特点

用PCD刀具加工铝制工件具有刀具寿命长、金属切除率高等优点，其缺点是刀具价格昂贵，加工成本高。这一点在机械制造业已形成共识。但近年来PCD刀具的发展与应用情况已发生了许多变化。如今的铝材料在性能上已今非昔比，在加工各种新开发的铝合金材料（尤其是高硅含量复合材料）时，为了实现生产率及加工质量的最优化，必须认真选择PCD刀具的牌号及几何参数，以适应不同的加工要求。PCD刀具的另一个变化是加工成本不断降低，在市场竞争压力和刀具制造工艺改进的共同作用下，PCD刀具的价格已大幅下降50以上。上述变化趋势导致PCD刀具在铝材料加工中的应用日益增多，而刀具的适用性则受到不同被加工材料的制约。

正确使用

切削加工铝合金材料时，硬质合金刀具的粗加工切削速度约为120m/min，而金刚石刀片即使在粗加工高硅铝合金时其切削速度也可达到约360m/min。华菱超硬推荐采用细颗粒（或中等颗料）PCD牌号如CDW010加工无硅和中低硅铝合金材料。采用粗颗粒PCD牌号CDW025加工高硅铝合金材料。如铣削加工的工件表面光洁度达不到要求，可采用晶粒尺寸较小的修光刀片对工件表面进行修光加工，以获得满意的表面光洁度。

金刚石刀片的正确应用是获得满意加工效果的前提。虽然刀具失效的具体原因各不相同，但通常是由于使用对象或使用方法不正确所致。用户在订购PCD刀片时，应正确把握刀具的适应范围。例如，用PCD刀片加工黑色金属工件（如不锈钢）时，由于金刚石极易与钢中的碳元素发生化学反应，将导致PCD刀片迅速磨损，因此，加工淬硬钢的正确选择应该是PCBN刀片。
一般来说，为了减小切削力，防止产生积屑瘤，PCD刀片应采用正切削角。但在加工高硅铝合金时（尤其在用金刚石刀片替代硬质合金刀具进行加工时），PCD刀片的后角最好比原硬质合金刀具采用的后角（如250）略微减小，以改善PCD刀片切削刃对高硅铝合金的切削性能。PCD刀片的正前角也不宜过大，因为刀具前角越大，其切削刃强度越低，换句话说，PCD刀片的后角越小，切削刃的强度越高。为了在保证刀具为正切削角的前提下尽可能提高切削刃强度，华菱超硬将具有负前角的CNMX刀片焊接在PCD刀具刀尖部位并形成正切削角，这样，刀片的负前角既提供了较高的切削刃强度，又不会影响刀具的正常切削。制备PCD刀片切削刃时，不需对金刚石刀尖作过多工艺处理，对于PCD铣刀，可对切削刃进行轻微刃磨，此外，使切削刃产生一定的轴向倾角也有助于提高PCD刀具的切削性能。