金剛石工具的使用領(lǐng)域

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 
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　　使用場(chǎng)合  汽車進(jìn)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(shù)  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(zhì)合金，+20° 
　　          前角，刀片后角25° 
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　　加工參數(shù)  速度670m/min，進(jìn)給0.18mm/齒，切深0.76mm，有冷卻 
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　　刀具費(fèi)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(wú)加工毛刺，生產(chǎn)率提高15%，輔助時(shí)間減少刀具費(fèi)用 
　　          分難到每個(gè)工件，降低85% 
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　　金剛石族的新成員 
　　化學(xué)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(dú)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(zhì)合金刀片或回轉(zhuǎn)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(fù)合材料。Norton公司的應(yīng)用技術(shù)經(jīng)理認(rèn)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(yù)燒結(jié)硬質(zhì)合金、黃銅、紫銅和碳纖維材料的加工中，正在取得良好的結(jié)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(shí)，能夠和PCD旗鼓相當(dāng)。 
　　Norton公司應(yīng)用技術(shù)經(jīng)理還認(rèn)為，CVD金剛石和PCD相比，主要優(yōu)點(diǎn)在切削刃的品質(zhì)。雖然CVD也是聚晶，但它不含鈷粘結(jié)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?yàn)榈毒卟灰鬃儫�。他還堅(jiān)信，積屑瘤對(duì)CVD金剛石不構(gòu)成問(wèn)題。 
　　按Norton公司的資料，CVD金剛石的導(dǎo)熱性比PCD