用于新材料加工的切削刀具
隨著(zhù)新型材料在各類(lèi)工業(yè)零部件中的廣泛應用，刀具材料也相應地得到快速的發(fā)展。讓我們關(guān)注節約時(shí)間和提高經(jīng)濟性的新刀具。
在聚晶金剛石(PCD)的刀具系列中，進(jìn)展也越來(lái)越快。第一次合成是在二十世紀五十年代，PCD現在在全球范圍內使用，并被看成是強有力的節約成本的刀具解決方案。
有色工件材料范圍內，對于一系列的非鐵系工件材料，如鋁合金、塑料、增強塑料、陶瓷、石墨和范圍廣泛的其它工件材料，它是一種性能無(wú)與倫比的刀具材料。
PCD刀具特性
金剛石
金剛石本質(zhì)上是一種純碳。已知的碳有兩種形態(tài)：石墨和金剛石。在石墨形態(tài)中，碳原子為六邊形排列，在一個(gè)平面內的原子間距大，這使得材料很軟。但是就金剛石而言，碳原子是以一種等軸或立方的晶體結構進(jìn)行排列。正是這種獨特的碳原子緊密連接的排列使得金剛石成為人類(lèi)已知硬度最高的材料。
制備工藝
PCD是由大量隨機定向的金剛石顆粒在極困難的條件下進(jìn)行人工合成得到的。它通過(guò)在高壓高溫下燒結精選的金剛石顆粒進(jìn)行制備。燒結過(guò)程在金剛石穩定區內被嚴格地控制，于是生產(chǎn)出一種極硬且耐磨的結構。
特性
以聚晶形態(tài)組成的金剛石提供了一種強大的切削刀具，它提供極好的硬度及由此得到的耐磨性，并與聚晶結構所帶來(lái)的極佳韌性相結合。此外，金剛石擁有所有刀具材料中最高的導熱性，使得熱量迅速從切削刃傳遞出來(lái)。
除PCD與鐵的高親合力以外，PCD不會(huì )與工件材料粘結，在正確的切削參數下，積屑瘤是最小化的。所有的Secomax PCD刀具都擁有鏡面拋光的前刀面，提供最低的摩擦系數和光滑的切削刃。
工件材料
鋁合金
鋁合金已成為交通工業(yè)需求的致力于減輕重量的理想材料。盡管鋁合金的生產(chǎn)在能量消耗上具有更大的初始需求，但在長(cháng)期運作中證明有更多的益處，這些合金的性能將超過(guò)其它與其競爭的材料。純鋁的硬度低、耐腐蝕。舉例講，添加銅或鎂等合金元素將使該材料具有更高的強度。巿場(chǎng)上有很多種鋁合金，最著(zhù)名的莫過(guò)于分別用于汽車(chē)與航空航天行業(yè)的2000及6000系列。鍛造和鑄造鋁合金之間有明顯的分界線(xiàn)，各有幾種不同的材質(zhì)等級，而且有各式各樣的硬化處理性能。
對于硅（Si）含量低到中等的硅合金來(lái)說(shuō)，PCD在銑削應用與粗加工中提供了最好的耐磨性。所遭遇到的最常見(jiàn)的問(wèn)題應該是積屑瘤。即使是很高的切削速度，加工低硅鋁合金時(shí)也會(huì )發(fā)生這種情況。切削刃的幾何角度和質(zhì)量必須要被小心地應用。
采用這樣的參數，當與工件的接觸時(shí)間越久，產(chǎn)生的熱量上升，其直接的影響就是刀具壽命的縮短。
對于加工高硅鋁合金，PCD的耐磨性被完全地利用。關(guān)于這些材料的一些研究突出了刀具磨損與硅顆粒大小之間的關(guān)系，硅顆粒越大導致工件的耐磨性提高。刀具的質(zhì)量對于鋁合金加工應用的成功將有相當重要的作用：跳動(dòng)量低將防止切削刃的負載不一致
對于PCD刀具，磨損的發(fā)展隨著(zhù)切削速度逐漸提升，直到切削速度高于引起磨損迅速上升的轉折點(diǎn)。當刀具壽命縮短時(shí)，應降低切削速度。刀具壽命很大程度上并不依賴(lài)于進(jìn)給量。只要不發(fā)生切削刃微崩，高進(jìn)給量通�？梢蕴峁└斓慕饘僖瞥识豢s短刀具壽命。然而，它不應超過(guò)刀尖半徑值的一半。對于切削深度，山高刀具推薦切削刃長(cháng)度的65%為最大值。 Secomax PCD刀片經(jīng)過(guò)拋光的表面意味著(zhù)冷卻液并非必需。然而，當切削刃周?chē)纬煞e屑瘤或產(chǎn)生切屑堆積時(shí)，冷卻液可以為您提供幫助。
金屬基復合材料
金屬基復合材料(MMC)是鋁或鈦鋁為基體所制成的，這是迄今最常見(jiàn)的基體材料。添加到基體材料的是一種陶瓷增強劑，最常見(jiàn)的是顆粒形式，但偶爾也會(huì )發(fā)現更難加工的纖維形式。一系列陶瓷材料被用于MMC，但目前最常見(jiàn)的是Si。根據需求的材料耐磨性，添加的含量為15％～40%。
在以下零件，這些材料正在逐步替換像鑄鐵這樣的重材料：剎車(chē)盤(pán)，發(fā)動(dòng)機缸體，活塞，缸套。
當加工MMC時(shí)，切削速度應與材料中的陶瓷含量相適應。陶瓷增強劑的含量越高，工件就越耐磨，因此為了保護切削刃，切削速度應該更低。正角切削刃通常在鋁合金加工時(shí)是被接受的，但是負角刀片為嚴重增強的材料提供強化的切削刃。
雙金屬材料
加工出現在一個(gè)零件上的兩種不同材料通常是個(gè)很大的挑戰。最普遍的應用之一是對裝有灰鑄鐵缸套發(fā)動(dòng)機缸體的硅鋁材料進(jìn)行面銑。加工這些雙金屬零件對刀具供應商產(chǎn)生一個(gè)挑戰，在對其中一種金屬進(jìn)行加工時(shí)得心應手的刀具材料通常對另一種金屬就不會(huì )很有效。就面銑硅鋁發(fā)動(dòng)機缸體而言，解決方案是可以采用PCD。
當使用PCD時(shí)，你必須考慮下列條件：PCD是加工鋁合金的完美切削刀具。它可以在保持極佳的刀具壽命的同時(shí)以很高的切削速度進(jìn)行加工。用PCD加工鐵系金屬的灰鑄鐵時(shí)將導致快速的化學(xué)磨損�；瘜W(xué)磨損需要熱量來(lái)使其發(fā)展，因此，為了使PCD刀具上的化學(xué)磨損最小化，切削速度應該降低并且使用充足的冷卻液。
對于這樣的加工，最好的材質(zhì)等級應該是粗顆粒度并具有盡可能高熱穩定性的PCD30M。通過(guò)結合充足的冷卻液與在低切削速度下應用正確的材質(zhì)等級，高效地加工諸如硅鋁發(fā)動(dòng)機缸體之類(lèi)的雙金屬材料是可行的。
其它現有的雙金屬發(fā)動(dòng)機，缸體由鋁合金組成（Si含量低），而缸套采用粉末燒結材料，或缸套采用MMC材料。
碳纖維合成材料
有了改進(jìn)功率重量比的目標，通過(guò)在塑料、鋁合金、鈦合金等基體中混合纖維（碳、玻璃、SiC、芳族聚胺等），已經(jīng)開(kāi)發(fā)出很多種合成材料。纖維可長(cháng)可短，可以是導向型或平行型。這些參數中的每一個(gè)都將使材料性能與切削特性受到影響。
用于航空航天最普遍的復合材料是CFRP(碳纖維增強塑料)，PCD刀具對它特別有效。切削加工應該在應用過(guò)高進(jìn)給速度而導致纖維剝落的風(fēng)險和由于切削速度過(guò)高而導致切削刃微崩的風(fēng)險之間給予平衡。
即使是鋒利的切削刃要去穿過(guò)軟的芯部，碳纖維的增強作用將使切削刃快速鈍化。它在玻璃纖維強化材料上更加明顯。典型的CFRP零件是飛行器的翼梁。你也可以找到由這種零件材料制成的軸承、泵零件和套筒。
鈦合金
屬于超級合金的范疇，鈦合金通常表現為在高溫下有優(yōu)越的機械和化學(xué)性能，但是對可加工性不利。采用PCD刀具，你可以用硬質(zhì)合金刀具三倍的切削速度，并以小時(shí)來(lái)計算刀具壽命。
塑料與增強塑料
總的感覺(jué)是塑料材料的加工很容易。然而，軟塑料并不總是非常穩定，假如沒(méi)有應用正確的切削參數，加工過(guò)程總是要產(chǎn)生熱量，可能影響諸如表面結構與顏色等尺寸與材料的屬性。PCD刀具對耐磨塑料（塑料用碳纖維（CF）和玻璃纖維（GF）進(jìn)行強化）特別有效。
石墨
對合成石墨進(jìn)行的大多數加工是為了生產(chǎn)電極。石墨雖軟，但非常耐磨。即使當切削速度達到1000m/min時(shí)，PCD的刀具壽命仍將所向披靡。
紫銅與黃銅
當沒(méi)有合金化時(shí)，這是相當容易加工的材料。當銅用鈹來(lái)強化時(shí)，需要降低切削速度。
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