金剛石工具在有色金屬和耐磨材料的加工應(yīng)用中,有出色的適應(yīng)性。
在工具材料中,金剛石是最硬的。在合適的加工條件下,金剛石比高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷以及聚晶立方氮化硼的使用壽命都長(zhǎng)。它也有不足之處,就是:一般不適用于黑色金屬材料的加工。但在高速大批量生產(chǎn)中,加工諸如鋁和石墨等材料,金剛石往往是最有效的工具。
在使用金剛石工具時(shí),用戶可以有兩種選擇:一種是聚晶金剛石(PCD),另一種是較新的化學(xué)氣相沉積(CVD)金剛石。
使用性能早經(jīng)證實(shí)
聚晶金剛石具有天然金剛石的硬度、強(qiáng)度和抗磨性,但沒(méi)有天然金剛石對(duì)破損的敏感性。它是在高溫、高壓下,由人造金剛石顆粒聚合而成。在工藝過(guò)程中,形成聚晶的顆粒同時(shí)被整體粘接到一塊硬質(zhì)合金基體上,以提高機(jī)械強(qiáng)度和抗沖擊性能。
按照GE公司超級(jí)磨料部的說(shuō)法,PCD很適用于鋁的高速切削,特別適于須達(dá)到良好表面粗糙主的場(chǎng)合,它在加工高耐磨性材料時(shí),也表現(xiàn)出優(yōu)異的 性能。通常,PCD推薦用于切削高硅鋁合金,也用于黃銅、紫銅、青銅以及碳化物的加工。使用的工序包括車、鏜、仿形、切槽、銑和孔加工等。
由于金剛石和鐵之間化學(xué)作用,一般來(lái)說(shuō)PCD不適用于加工黑色金屬材料。但是它能對(duì)付雙金屬材料的加工,包括鋁和鑄鐵的組合在內(nèi)。例如: 某汽車零件供應(yīng)商在加工鋁和鑄鐵雙金屬汽缸體時(shí),使用直徑305mm的刀夾式面銑刀,刀尖圓弧2.36mm,帶修光刀,切削速度304.8m/min,進(jìn) 給0.10mm/齒,切深5mm,加工達(dá)5000個(gè)汽缸體后,刀片才需轉(zhuǎn)位一次。
GE公司的應(yīng)用規(guī)劃經(jīng)理認(rèn)為PCD的應(yīng)用,受到了大批量生產(chǎn)工業(yè)界,主要是汽車工業(yè)日益提高鋁件加工速度的推動(dòng)。與此同時(shí),汽車制造商為 了減輕重量和降低費(fèi)用,正在就采用金屬基體的復(fù)合材料進(jìn)行評(píng)估,而這類材料都要用PCD來(lái)加工。他說(shuō):“這類材料不能用硬質(zhì)合金刀具加工。”
聚晶產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)理稱,盡管PCD的發(fā)展成就已給人以十分深刻的印象,但GE公司超級(jí)磨料部仍持續(xù)不斷地工作,以求進(jìn)一步改善其抗磨性。
PCD工具在應(yīng)用范圍和生產(chǎn)效率方面,都為加工過(guò)程帶來(lái)諸多好處。盡管金剛石在現(xiàn)有材料中是最硬的,其材料特性和韌性等問(wèn)題仍須進(jìn)一步研究。 改善PCD韌性的一個(gè)因素是,加鈷元素使其進(jìn)入隨機(jī)不定向排列的金剛石晶粒之間。此外,硬質(zhì)合金基體對(duì)金剛石磨料層也能起機(jī)械支承作用,從而增加了抗沖擊 能力,并在工具制造中便于釬焊。
PCD的另一個(gè)好處是,現(xiàn)有的各種牌號(hào)系列已能滿足任何有色金屬加工使用的需要。一般說(shuō)來(lái),細(xì)顆粒金剛石用于被加工材料的耐磨性較低而表 面粗糙度要求非常高的場(chǎng)合;中顆粒金剛石一般作為機(jī)械加工的通用牌號(hào);粗顆粒金剛石用于粗加工特別抗磨的材料,但表面粗糙度要求不高之處。
PCD工具使用中降低成本和提高性能的實(shí)例.