聚晶金剛石（PCD）刀具概述

   PCD刀具的發(fā)展

   金剛石作為一種超硬刀具材料應(yīng)用于切削加工已有數(shù)百年歷史。在刀具發(fā)展歷程中，從十九世紀(jì)末到二十世紀(jì)中期，刀具材料以高速鋼為主要代表；1927年德國(guó)*先研制出硬質(zhì)合金刀具材料并獲得廣泛應(yīng)用；二十世紀(jì)五十年代，瑞典和美國(guó)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(shí)期。二十世紀(jì)七十年代，人們利用高壓合成技術(shù)合成了聚晶金剛石（PCD），解決了天然金剛石數(shù)量稀少、價(jià)格昂貴的問(wèn)題，使金剛石刀具的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到航空、航天、汽車(chē)、電子、石材等多個(gè)領(lǐng)域。

   PCD刀具的性能特點(diǎn)

   金剛石刀具具有硬度高、抗壓強(qiáng)度高、導(dǎo)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(tài)決定的。在金剛石晶體中，碳原子的四個(gè)價(jià)電子按四面體結(jié)構(gòu)成鍵，每個(gè)碳原子與四個(gè)相鄰原子形成共價(jià)鍵，進(jìn)而組成金剛石結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的結(jié)合力和方向性很強(qiáng)，從而使金剛石具有*高硬度。由于聚晶金剛石（PCD）的結(jié)構(gòu)是取向不一的細(xì)晶粒金剛石燒結(jié)體，雖然加入了結(jié)合劑，其硬度及耐磨性仍低于單晶金剛石。但由于PCD燒結(jié)體表現(xiàn)為各向同性，因此不易沿單一解理面裂開(kāi)。

   PCD刀具材料的主要性能指標(biāo)：①PCD的硬度可達(dá)8000HV，為硬質(zhì)合金的80～120倍；②PCD的導(dǎo)熱系數(shù)為700W/mK，為硬質(zhì)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(shù)一般僅為0.1～0.3（硬質(zhì)合金的摩擦系數(shù)為0.4～1），因此PCD刀具可顯著減小切削力；④PCD的熱膨脹系數(shù)僅為0.9×10

    -6～1.18×10

    -6，僅相當(dāng)于硬質(zhì)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(guò)程中切屑不易粘結(jié)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(jì)50年代*先由美國(guó)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它材料，因此它與金剛石統(tǒng)稱(chēng)為超硬材料。

   CBN具有較高的硬度、化學(xué)惰性及高溫下的熱穩(wěn)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(yōu)于其它刀具材料的特性，因此人們一開(kāi)始就試圖將其應(yīng)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(jié)性很差，難于制成較大的CBN燒結(jié)體，直到20世紀(jì)70年代，前蘇聯(lián)、中國(guó)、美國(guó)、英國(guó)等國(guó)家才相繼研制成功作為切削刀具的CBN燒結(jié)體——聚晶立方氮化硼PCBN(Polycrystalline Cubic Boron Nitride)。從此，PCBN以它優(yōu)越的切削性能應(yīng)用于切削加工的各個(gè)領(lǐng)域，尤其在高硬度材料、難加工材料的切削加工中更是獨(dú)樹(shù)一幟。經(jīng)過(guò)30多年的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，現(xiàn)在已出現(xiàn)了用以加工不同材料的PCBN刀具材質(zhì)。