一篇文章了解PCD刀具——聚晶金刚石刀具材料特性及应用

  金刚石是自然界目前发现的最硬的物质了，显微硬度可达10000HV，对于金刚石刀具你又了解多少呢？我们先来看看超硬刀具材料的发展史。

  超硬刀具材料的发展史

  PCD刀具简介

  聚晶金刚石（PCD）是指将金刚石微粉（粒度为微米级）与少量的金属粉末（如Co等）混合后在高温（1400℃）高压下烧结而成的聚晶体。

  市场上作为商品供应的PCD复合片，是由0.4～0.6mm厚（目前国内华菱有加厚的0.8～1.0mm复合片）的聚晶金刚石层在高温、高压下使其牢固地和硬质合金衬底结合的一种超硬复合材料。它既具备了PCD的高硬度、高耐磨性，又兼有硬质合金的良好强度和韧性，因此用PCD复合片制成的刀具是使用最广泛的金刚石刀具，被大量应用于汽车、航空航天等工业领域。

  聚晶金刚石（PCD）刀具材料性能特点

  ①PCD的硬度可达8000HV，为硬质合金的80～120倍；

  ②PCD的导热系数为700W/mk，为硬质合金的1.5～9倍，甚至高于PCBN和铜，因此PCD刀具热量传递迅速；

  ③PCD的磨擦系数一般仅为0.1～0.3（硬质合金的磨擦系数为0.4～1）,因此PCD刀具可显著减小切削力；

  ④PCD的热膨胀系数仅为0.9×10－6～1.18×10－6，仅相当于硬质合金的1/5，因此PCD刀具热变形小，加工精度高；

  ⑤PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小，在加工过程中切屑不易粘结在刀尖上形成积屑瘤；

  ⑥由于PCD烧结体表现为各向同性，因此不易沿单一解理面裂开。

  聚晶金刚石（PCD）材料牌号粒度及特性应用

  聚晶金刚石（PCD）材料的性能可通过改变内部人造金刚石颗粒的大小来调整。随着晶粒尺寸的增加，其强度会降低，而耐磨性会相应提高。当粒度降低到1微米或更小时，其耐磨性和强度则会比略粗粒度材料更高一些。粒度小的材料更容易进行机械研磨和电火花加工，并且在精密加工应用中可以实现更高的表面光洁度。

  PCD刀具材料牌号力度及特性应用

  聚晶金刚石刀具的应用

  金刚石是世界上最硬的物质，在很多行业及领域被充分的利用。目前机械加工及机床刀具行业，聚晶金刚石被制作成机床上使用的刀具，解决了一些硬质合金、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、高速钢刀具等在加工工件时所要求的超高表面亮度、光洁度、 超高精度、高硬度等性能及难加工的材质，聚晶金刚石刀具因此被人称作超硬刀具或宝石刀具（钻石刀具）名于机械制造行业。

  PCD刀具应用领域

  但也不是任何材料的工件都能加工更不是所有硬材料都适合用聚晶金刚石刀具加工 ，它也有加工材料的范围的限制。就目前而言，适合用聚晶金刚石刀具加工的材料大致分为非铁基金属材料、非金属材料、复合材料三方面：

  （1）非铁基金属材料——铜及铜合金、硅铝合金、铝及铝合金、铅合金，巴氏合金，锌合金等。

  （2）非金属材料——碳纤维增强塑料 、氧化铝、碳化硅、聚氨酯，有机玻璃，石墨、烧结陶瓷、电木、陶瓷、环氧树脂、玻璃、玻璃陶瓷、软橡胶尼龙制品等。

  （3）复合材料——石棉、环氧玻璃纤维、碳填充材料、尼龙填充材料、酚类填充材料、聚氯乙烯填充材料、硅酸类填充材料，玻璃钢。

  聚晶金刚石刀具因在加工时体现出来的良好的加工质量和加工效率这方面在非铁基金属材料、非金属材料、复合材料等切削加工时，能使加工成本大幅下降，加工效率成倍提高。

  PCD刀具的应用发展

  国内PCD刀具市场随着刀具技术水平的发展也不断扩大，目前中国第一汽车集团已有一百多个PCD车刀使用点。PCD刀具的应用也进一步推动了对其设计与制造技术的研究，国内众多知名高校和刀具制造商都在积极开展这方面的研究、研发和生产。

  PCD刀具研发

  今后铝、锰和其他轻合金以及钛合金、烧结合金及其他高强度合金将越来越多地用作汽车动力系统零部件的材料，能够加工这些材料的金刚石工具预期将有非常大的增长。另外，由于PCD刀具具有高硬度、高耐热性、长寿命、切屑刃锋利性和良好的热传导性等，可以满足汽车零部件加工对高速、高效、高精度、新材料和新形状的要求，所以PCD刀具必将得到越来越广泛的使用。