機械部（a-C400iC）

制造技術    

制造過程

PCD刀具的制造過程主要包括兩個階段:

①PCD復合片的制造:PCD復合片是由天然或人工合成的金剛石粉末與結合劑(其中含鈷、鎳等金屬)按一定比例在高溫(1000~2000℃)、高壓(5~10萬個大氣壓)下燒結而成。在燒結過程中，由于結合劑的加入，使金剛石晶體間形成以TiC、SiC、Fe、Co、Ni等為主要成分的結合橋，金剛石晶體以共價鍵形式鑲嵌于結合橋的骨架中。通常將復合片制成固定直徑和厚度的圓盤，還需對燒結成的復合片進行研磨拋光及其它相應的物理、化學處理。

②PCD刀片的加工:PCD刀片的加工主要包括復合片的切割、刀片的焊接、刀片刃磨等步驟。

切割工藝

由于PCD復合片具有很高的硬度及耐磨性，因此必須采用特殊的加工工藝。加工PCD復合片主要采用電火花線切割、激光加工、超聲波加工、高壓水射流等幾種工藝方法，其工藝特點的比較。

PCD復合片切割工藝的比較：

工藝方法-工藝特點

電火花加工-高度集中的脈沖放電能量、強大的放電爆炸力使PCD材料中的金屬融化，部分金剛石石墨化和氧化，部分金剛石脫落，工藝性好、效率高

超聲波加工-加工效率低，金剛石微粉消耗大，粉塵污染大

激光加工-非接觸加工，效率高、加工變形小、工藝性差

在上述加工方法中，電火花加工效果較佳。PCD中結合橋的存在使電火花加工復合片成為可能。在有工作液的條件下，利用脈沖電壓使靠近電極金屬處的工作液形成放電通道，并在局部產生放電火花，瞬間高溫可使聚晶金剛石熔化、脫落，從而形成所要求的三角形、長方形或正方形的刀頭毛坯。電火花加工PCD復合片的效率及表面質量受到切削速度、PCD粒度、層厚和電極質量等因素的影響，其中切削速度的合理選擇十分關鍵，實驗表明，增大切削速度會降低加工表面質量，而切削速度過低則會產生"拱絲"現象，并降低切割效率。增加PCD刀片厚度也會降低切割速度。

性能特點

金剛石刀具具有硬度高、抗壓強度高、導熱性及耐磨性好等特性，可在高速切削中獲得很高的加工精度和加工效率。金剛石刀具的上述特性是由金剛石晶體狀態決定的。在金剛石晶體中，碳原子的四個價電子按四面體結構成鍵，每個碳原子與四個相鄰原子形成共價鍵，進而組成金剛石結構，該結構的結合力和方向性很強，從而使金剛石具有極高硬度。由于聚晶金剛石(PCD)的結構是取向不一的細晶粒金剛石燒結體，雖然加入了結合劑，其硬度及耐磨性仍低于單晶金剛石。但由于PCD燒結體表現為各向同性，因此不易沿單一解理面裂開。

主要指標

①PCD的硬度可達8000HV，為硬質合金的8~12倍;

②PCD的導熱系數為700W/mK，為硬質合金的1.5~9倍，甚至高于PCBN和銅，因此PCD刀具熱量傳遞迅速;

③PCD的摩擦系數一般僅為0.1~0.3(硬質合金的摩擦系數為0.4~1)，因此PCD刀具可顯著減小切削力;

④PCD的熱膨脹系數僅為0.9×10^-6~1.18×10^-6，僅相當于硬質合金的1/5，因此PCD刀具熱變形小，加工精度高;

⑤PCD刀具與有色金屬和非金屬材料間的親和力很小，在加工過程中切屑不易粘結在刀尖上形成積屑瘤。