金刚石复合片刀具的研究现状与发展(2)

6、较高的弹性模量:PCD的弹性模量为800,硬质合金为610~640;因此PCD刀具拥有比硬质合金好得多的刚性,在切削过程中,PCD刀具可以保证刀刃的变形量很小


6、较高的弹性模量:PCD的弹性模量为800,硬质合金为610~640;因此PCD刀具拥有比硬质合金好得多的刚性,在切削过程中,PCD刀具可以保证刀刃的变形量很小, 能保持原有几何参数,受到的切削压力作用可以降低到最小,在整个使用寿命中可以长时间保持稳定的锋利性。

7、较好的化学惰性:PCD刀具的聚晶金刚石层与有色金属和非金属材料间的亲和力很小,在切削加工过程中产品的切削碎屑很难粘结在刀尖上,形成影响刀具加工的积屑瘤。

三、金刚石复合片刀具的发展方向

工业发达国家因其极高的工业发展水平以及对硬质产品加工的现实需求与天然金刚石的稀有性存在冲突,所以在瑞典1953年首次合成人造金刚石以后就开展了对PCD刀具的研究,取得了大量成果,PCD刀具的应用范围及使用量也因此迅速扩大,目前PCD刀具在工业生产中已得到比较成熟的应用。相当多著名的人造金刚石复合片生产商如:美国Diamond Abrasive公司、英国Smith公司、日本住友电工公司等还不满足于PCD刀具目前的性能,纷纷投入科研力量研究性能更加优秀的产品。

美国Diamond Abrasive公司设计用于切削具有高耐磨性的铝金属基复合材料(MMC)的CTHf25牌号的PCD拥有比同类型粗颗粒PCD牌号高25%~30%的耐磨性,该牌号之所以能获得如此优秀的特性,是因为其通过改进PCD烧结工艺, 增大了生成于金刚石颗粒之间的共生物,从而使粗颗粒PCD刀具的耐磨性得到很大的提升。该公司还针对对刀具韧性要求极高的采矿业推出了一种专门开发的称为“multimodal”的新型PCD牌号, 各种粒度尺寸不一的金刚石颗粒通过新型工艺方法分布在新型PCD牌号的每片刀片材料中。这种由不同粒度金刚石颗粒混合构成的新型刀具的切削刃性能可以与由更大粒度尺寸的单一粒度金刚石颗粒构成的刀具性能达成一致,而且可以获得比仅由单一粗颗粒金刚石制成的PCD刀具更长的使用寿命,例如,由2μm~3μm的金刚石颗粒混合构成的multimodal牌号CTM302的材料的切削刃性能大致相当于由粒度为10μm的金刚石颗粒构成的刀具而且使用寿命更长。英国Smith公司研制出了顶层全部为100%浓度金刚石,衬底全部为硬质合金,中间为各自物质渐变层的多层金刚石复合刀片,这种复合刀片特别适用于切削深度深、冲击载荷大的加工环境使用,因为该复合刀片的金刚石层与硬质合金层的结合强度相比普通刀片更高,所以抗冲击性能也更好[3]。日本住友电工公司采用与钢制刀体有亲和作用的铁基合金作基体,这样制造出的金刚石复合刀片可与钢制刀体更加容易结合而且可以获得更加坚固的结合度[4]。

我国虽然对PCD刀具的研究起步与国外相比较晚,但国内科研人员通过不懈努力还是取得了一些成绩,国内大型复合片制造企业郑州新亚及河南亚龙等公司的石油系复合片可以做到相比普通产品更大的金刚石层厚度,达到4mm,这个厚度是国内最先进水平,更大的金刚石层厚度为通过改变金刚石层形状从而在不改变耐磨性的同时提高金刚石复合片的抗冲击韧性打下了基础,多金刚石层复合片、钢盔型复合片、屋脊型复合片、锥形复合片、弧形金刚石复合片等新型金刚石复合片都是在这项成果的基础上研制出来的,如今这些新型金刚石复合片已经占领了国内大部分市场。

目前,不管国内还是国外,各家金刚石复合片生产商都在为提高PCD刀具的性能而不断投入人力物力,探究金刚石复合片的发展方向,相信在不久的未来,PCD刀具的性能还能更上一个台阶。