聚晶金剛石(PCD)刀具的開發與應用

   時間:2014-03-13 21:12:37
聚晶金剛石(PCD)刀具的開發與應用簡介
    在實際選用時,應根據PCD刀具的使用場合、被切削材料的特性以及加工的具體要求,選用適當牌號和粒徑的PCD複合片做刀具刀頭。一般情況下,複合片……
聚晶金剛石(PCD)刀具的開發與應用正文

   在實際選用時,應根據PCD刀具的使用場合、被切削材料的特性以及加工的具體要求,選用適當牌號和粒徑的PCD複合片做刀具刀頭。一般情況下,複合片中金剛石體積濃度高或粒徑較大的耐磨性較好,金剛石體積濃度低或粒徑較小的則韌性較好。
1 HSK刀柄系統
在高速旋轉條件下,PCD刀具的刀柄定位精度和夾持力是至關重要的。通常採用DIN69893-1 HSK刀柄系統(目前汽車製造業發動機生產線上所用絕大部分PCD刀具都採用HSK刀柄)。由於HSK刀柄系統採用雙重定位配合原則,在足夠的拉緊力作用下,HSK1:10空心工具錐柄和主軸錐孔、錐面及夾持平面之間同時接觸,產生摩擦,可提供封閉結構的徑向定位和平面夾緊定位,阻止任何軸向竄動。HSK刀柄具有靜、動態剛性高、扭矩傳遞大、徑向定位精確以及換刀重複精度高等特點。HSK刀柄系統的結構形式分別有A、B、C、D、E、F型,常用的有A、B、C、D型四種:A型為自動換刀型(見圖2a),B型為帶內冷卻孔的自動換刀型,C型為手工換刀型(見圖2b),D型為帶內冷卻孔的手工換刀型;刀柄凸緣直徑一般分為9個規格(分別為25、32、40、50、63、80、100、125、160mm)。HSK刀柄的型式規格標識見圖3。
2 PCD刀具的刃磨
PCD複合片的硬度一般在HV4500~HV8000之間,僅次於金剛石的硬度(HV9000),同時其硬度因生產廠或牌號的不同而不同。因此,如何解決PCD刀具的刃磨問題是加工、使用PCD刀具的關鍵。目前有兩種PCD刀具常用刃磨方法:
金剛石砂輪刃磨法採用金剛石砂輪來刃磨PCD刀具,對所用機床要求較高:機床系統剛性好,進給機構精度高,有微進給機構,重複精度高,磨頭往複擺動平穩無衝擊,同時還需選用合適的金剛石砂輪。瑞士EWAG公司生產的RS系列機床尤其是RS15機床具有精度高、附件多並帶有刃磨PCD刀具(帶HSK刀柄)的附件等特點,是PCD刀具刃磨機床的代表。採用RS15機床刃磨PCD刀具,刀具尺寸精度可達0.001mm,表面粗糙度可達Ra0.08左右。
電蝕刃磨法電蝕刃磨是將工件(PCD刀具)和電蝕輪(或鉬絲)形成正負電極,通過正負電極間放電,達到去除PCD的效果。電蝕刃磨法的PCD去除效果取決於電蝕輪(或鉬絲)與PCD刀具刃口間的間隙、走刀進給速度以及電壓高低、電流大小等。電蝕刃磨機床的特點是生產效率高,尺寸精度一般在.0.01mm左右,表面粗糙度在Ra0.25左右。德國VOLLMER公司的QM和QW系列機床是採用電蝕法刃磨PCD刀具的代表,其中的新產品QM110和QWD760都是五軸聯動數控機床。QM110是輪電蝕刃磨機床,用於直線形刃口的PCD刀具電蝕刃磨。QWD760是線電蝕刃磨機床,用於各種曲線形刃口的PCD刀具電蝕刃磨。根據不同機床刃磨PCD刀具的適應範圍,一般說來,對尺寸精度和表面粗糙度要求高的PCD鉸刀、鏜刀等,在RS15等機床上用金剛石砂輪刃磨;對PCD銑刀、鋸片和PCD木工刀具等,用QM110或QWD760機床進行電蝕刃磨,而用於強化地板開榫的PCD刀具和各種曲線形狀的PCD刀具,則採用QWD760機床電蝕刃磨。

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