金剛石工具的使用領域

金剛石工具在有色金屬和耐磨材料的加工應用中，有出色的適應性。 
　　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、硬質合金、陶瓷以及聚晶立方氮化硼的使用壽命都長。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，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氣相沉積（CVD）金剛石。 
　　使用性能早經證實 
　　聚晶金剛石具有天然金剛石的硬度、強度和抗磨性，但沒有天然金剛石對破損的敏感性。它是在高溫、高壓下，由人造金剛石顆粒聚合而成。在工藝過程中，形成聚晶的顆粒同時被整體粘接到一塊硬質合金基體上，以提高機械強度和抗沖擊性能。 
　　按照GE公司超級磨料部的說法，PCD很適用于鋁的高速切削，特別適于須達到良好表面粗糙主的場合，它在加工高耐磨性材料時，也表現出優(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作用，一般來說PCD不適用于加工黑色金屬材料。但是它能對付雙金屬材料的加工，包括鋁和鑄鐵的組合在內。例如：某汽車零件供應商在加工鋁和鑄鐵雙金屬汽缸體時，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，進給0.10mm/齒，切深5mm，加工達5000個汽缸體后，刀片才需轉位一次。
　　GE公司的應用規(guī)劃經理認為PCD的應用，受到了大批量生產工業(yè)界，主要是汽車工業(yè)日益提高鋁件加工速度的推動。與此同時，汽車制造商為了減輕重量和降低費用，正在就采用金屬基體的復合材料進行評估，而這類材料都要用PCD來加工。他說：“這類材料不能用硬質合金刀具加工�！� 
　　聚晶產品生產經理稱，盡管PCD的發(fā)展成就已給人以十分深刻的印象，但GE公司超級磨料部仍持續(xù)不斷地工作，以求進一步改善其抗磨性。 
　　PCD工具在應用范圍和生產效率方面，都為加工過程帶來諸多好處。盡管金剛石在現有材料中是最硬的，其材料特性和韌性等問題仍須進一步研究。改善PCD韌性的一個因素是，加鈷元素使其進入隨機不定向排列的金剛石晶粒之間。此外，硬質合金基體對金剛石磨料層也能起機械支承作用，從而增加了抗沖擊能力，并在工具制造中便于釬焊。 
　　PCD的另一個好處是，現有的各種牌號系列已能滿足任何有色金屬加工使用的需要。一般說來，細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合；中顆粒金剛石一般作為機械加工的通用牌號；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例 
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　　使用場合  汽車進氣管銑削 
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　　材料      4227鋁（含硅5.5%~7%） 
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　　工序      精銑法蘭面 
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　　刀具參數  銑刀直徑175mm；PCD刀片：12.7mm方形，10片； 
　　          +5°前角，刀片后角11。原用WC硬質合金，+20° 
　　          前角，刀片后角25° 
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　　加工參數  速度670m/min，進給0.18mm/齒，切深0.76mm，有冷卻 
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　　刀具費用  PCD 80美元，WC 6美元 
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　　刀具壽命  PCD 250000件，WC800件 
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　　其他好處  無加工毛刺，生產率提高15%，輔助時間減少刀具費用 
　　          分難到每個工件，降低85% 
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　　金剛石族的新成員 
　　化學氣相沉積（VCD）金剛石，是一種高抗磨性的純金剛石材料，不含粘接劑。金剛石沉積分為兩種形式：一種是厚膜金剛石，沉積成整體的、單獨的薄片，然后切割成所需尺寸；另一種是薄膜金剛石，沉積在硬質合金刀片或回轉式刀具上。 
　　迄今為止，CVD金剛石最有前景的用途是加工石墨。但是，Norton Diamond Film公司卻正在出售各種用途的CVD金剛石用于加工有色金屬、塑料和復合材料。Norton公司的應用技術經理認為，CVD金剛石幾乎適用于全部有色金屬。在高硅鋁合金的斷續(xù)切削以及預燒結硬質合金、黃銅、紫銅和碳纖維材料的加工中，正在取得良好的結果。Norton公司還相信：CVD金剛石在加工很寬范圍的鋁合金材料（包括6061及其他）時，能夠和PCD旗鼓相當。 
　　Norton公司應用技術經理還認為，CVD金剛石和PCD相比，主要優(yōu)點在切削刃的品質。雖然CVD也是聚晶，但它不含鈷粘結劑，是純金剛石，所以切削刃是連續(xù)的。這樣就能采用有較高的切削速度并獲得較好的表面粗糙度，因為刀具不易變熱。他還堅信，積屑瘤對CVD金剛石不構成問題。 
　　按Norton公司的資料，CVD金剛石的導熱性比PCD