PCD刀具的应用与发展（一）

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　　聚晶金刚石(PCD)刀具加工铝制工件具有刀具寿命长、金属切除率高等优点，其缺点是刀具价格昂贵，加工成本高。这一点在机械制造业已形成共识。但近年来PCD刀具的发展与应用情况已发生了许多变化。如今的铝材料在性能上已今非昔比，在加工各种新开发的铝合金材料(尤其是高硅含量复合材料)时，为了实现生产率及加工质量的最优化，必须认真选择PCD刀具的牌号及几何参数，以适应不同的加工要求。PCD刀具的另一个变化是加工成本不断降低，在市场竞争压力和刀具制造工艺改进的共同作用下，PCD刀具的价格已大幅下降50%以上。上述变化趋势导致PCD刀具在铝材料加工中的应用日益增多，而刀具的适用性则受到不同被加工材料的制约。

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　　PCD刀具的基本特点

　　具有极高硬度和独特机械性能的PCD复合片是由金刚石颗粒和催化剂的混合物在高温高压下烧结而成，在合成过程中产生了金刚石颗粒共生物，并在金刚石颗粒之间建立起连接“桥”，从而获得具有催化剂岛状结构、类似于整体金刚石的PCD材料。PCD材料的结构与PCBN(聚晶立方氮化硼)材料不同。在PCBN材料中，CBN粒子之间并无实际粘结物；而PCD材料中则存在共生物，金刚石颗粒之间通过晶格“桥”相互连接。

　　PCD刀具牌号是以金刚石颗粒的粒度进行分类。根据制造商的标准，细颗粒、中等颗粒和粗颗粒PCD牌号所对应的金刚石粒度大致分别为2µm、10µm和25µm。粗颗粒PCD牌号比细颗粒PCD牌号强度更高，耐磨性更好，在粗加工中具有更长的工作寿命，但粗颗粒PCD刀具的切削刃难以达到细颗粒PCD刀具表面的光滑程度。因此，细颗粒PCD刀具可获得更好的加工表面光洁度，但磨损速度较快。

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　　PCD刀具的价格变化

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　　过去，价格昂贵一直是影响用户广泛接受PCD刀具的一个主要障碍，但现在情况发生了很大变化。业界估计，在过去的两三年中，PCD刀具的价格已下降了40%～60%。出现PCD刀具价格“跳水”的原因之一是市场供大于求。在20世纪90年代初，PCD刀具的发展势头开始超过传统的硬质合金刀具，在随后的十年中，对PCD刀具的市场需求不断增加。但是，随着PCD刀具制造技术的成熟，其销售增长势头开始减缓，目前整个制造业的不景气对PCD刀具市场也有一定影响。此外，新进入PCD刀具制造业的竞争者也动摇了原有的市场价格体系。PCD刀具价格下降的另一个原因是刀具制造成本不断降低，刀具制造工艺(如用于金刚石毛坯粗加工的EDM工艺、切削刃精密加工工艺等)不断改进。此外，与十年前相比，加工PCD刀具用的金刚石砂轮质量显著提高，成本则大大下降。

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　　汽车制造业推动了PCD刀具发展

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　　美国汽车制造商为了迎合美国消费者偏爱宽大轿车的习惯，同时又要考虑经济不景气的影响以及适应CAFE节能标准的要求，因此一直在致力于提高汽车燃料的利用效率。美国航空业制造商也面临类似的压力。这就导致轻型材料(如塑料、复合材料、铝合金材料等)在汽车、飞机制造上的应用大量增加。为了在减轻材料重量的同时增加其强度，人们在新型铝合金材料中加入了硅元素。硅铝合金的重量与铝合金相同(或更轻)，但其硬度、强度和耐磨性显著提高，同时还具有更好的热膨胀性能。在合金中添加硅元素的百分比含量取决于材料的使用性能与加工性能。铝合金中的硅元素浓度达到完全饱和点时称为共晶态；当铝合金处于过共晶态(硅元素含量超过12.6%)时，硅元素将以固体粒子的形式从铝基体中析出；当铝合金中的硅元素含量低于约12%时称为亚共晶态，此时硅元素与铝元素处于混合状态而没有析出物。过共晶态铝合金具有最好的耐磨性、刚性和抗疲劳强度，但其机械性能的改善意味着其切削加工性能的恶化。过共晶态铝合金，尤其是T-6合金、经过热处理的390合金(用于制造发动机活塞)等，难于切削加工的主要原因在于这种合金中所含的硬质硅颗粒(俗称“石头”)，只有采用具有锋利切削刃的金刚石刀具才能进行有效加工并获得良好的加工表面质量。如果PCD刀具的切削刃钝化，切削时会将硅颗粒从基体中撕离，从而破坏加工表面光洁度。硬度较软的低硅铝合金也并不一定易于切削加工(尤其当工件表面质量要求较高时)，加工此类合金时遇到的主要问题是卷屑不良和容易产生积屑瘤，影响加工表面光洁度，特别是硅含量低于9%的粘性铝合金，加工难度相当大。

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