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PCD刀具和PCBN刀具

發布時間:2015-05-19 20:52:52
      PCD刀具的發展
      金剛石作為一種超硬刀具材料應用于切削加工已有數百年歷史。在刀具發展歷程中,從十九世紀末到二十世紀中期,刀具材料以高速鋼為主要代表;1927年德國首先研制出硬質合金刀具材料并獲得廣泛應用;二十世紀五十年代,瑞典和美國分別合成出人造金剛石,切削刀具從此步入以超硬材料為代表的時期。二十世紀七十年代,人們利用高壓合成技術合成了聚晶金剛石(PCD),解決了天然金剛石數量稀少、價格昂貴的問題,使金剛石刀具的應用范圍擴展到航空、航天、汽車、電子、石材等多個領域。
        PCD刀具的性能特點
       金剛石刀具具有硬度高、抗壓強度高、導熱性及耐磨性好等特性,可在高速切削中獲得很高的加工精度和加工效率。金剛石刀具的上述特性是由金剛石晶體狀態決定的。在金剛石晶體中,碳原子的四個價電子按四面體結構成鍵,每個碳原子與四個相鄰原子形成共價鍵,進而組成金剛石結構,該結構的結合力和方向性很強,從而使金剛石具有極高硬度。由于聚晶金剛石(PCD)的結構是取向不一的細晶粒金剛石燒結體,雖然加入了結合劑,其硬度及耐磨性仍低于單晶金剛石。但由于PCD燒結體表現為各向同性,因此不易沿單一解理面裂開。
       PCD刀具材料的主要性能指標:①PCD的硬度可達8000HV,為硬質合金的80~120倍;②PCD的導熱系數為700W/mK,為硬質合金的1.5~9倍,甚至高于PCBN和銅,因此PCD刀具熱量傳遞迅速;③PCD的摩擦系數一般僅為0.1~0.3(硬質合金的摩擦系數為0.4~1),因此PCD刀具可顯著減小切削力;④PCD的熱膨脹系數僅為0.9×10
        -6~1.18×10
        -6,僅相當于硬質合金的1/5,因此PCD刀具熱變形小,加工精度高;⑤PCD刀具與有色金屬和非金屬材料間的親和力很小,在加工過程中切屑不易粘結在刀尖上形成積屑瘤。
          PCBN刀具既立方氮化硼刀具,立方氮化硼CBN(Cubic Boron Nitride)是20世紀50年代首先由美國通用電氣(GE)公司利用人工方法在高溫高壓條件下合成的,其硬度僅次于金剛石而遠遠高于其它材料,因此它與金剛石統稱為超硬材料。
          CBN具有較高的硬度、化學惰性及高溫下的熱穩定性,因此作為磨料CBN砂輪廣泛用于磨削加工中。由于CBN具有優于其它刀具材料的特性,因此人們一開始就試圖將其應用于切削加工,但單晶CBN的顆粒較小,很難制成刀具,且CBN燒結性很差,難于制成較大的CBN燒結體,直到20世紀70年代,前蘇聯、中國、美國、英國等國家才相繼研制成功作為切削刀具的CBN燒結體——聚晶立方氮化硼PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride)。
         從此,PCBN以它優越的切削性能應用于切削加工的各個領域,尤其在高硬度材料、難加工材料的切削加工中更是獨樹一幟。
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