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PCD刀具的刃口加工方法及技术

苏慧涛

【摘要】PCD刀具是20世纪70年月以后进展起来的一种型刀具,其优良的使用性能在现代加工工业中发挥着重要的作用,文章阐述了PCD刀具常用的刃口加工方法,即电火花加工、金刚石砂轮加工和金刚石研磨加工,具体分析了其加工方法的加工原理、影响因素、加工的状况及应用状况,说明通过合理选择PCD刀具刃口加工方法来获得良好的刃口质量,可以提高被加工工件的加工质量,延长刀具使用寿命.

【期刊名称】《超硬材料工程》

【年(卷),期】2023(025)002

【总页数】5页(P31-35)

【关键词】PCD刀具;加工方法;加工原理;影响因素

【作者】苏慧涛

【作者单位】北京天地东方超硬材料,北京100018

【正文语种】中文

【中图分类】TQ164

聚晶金刚石〔PCD〕［1］是将粒度为微米级的金刚石微粉与少量金属粉末〔如Co〕混合后在高温〔1400℃〕高压〔6000MPa〕下烧结而成的聚晶体。与其它刀具材料相比，聚晶金刚石具有如下特点：①极高的硬度和耐磨性；②高导热性和低热膨胀系数，切削时散热快，切削温度低，热变形小；③摩擦系数小，可降低加工外表粗糙度。但由于聚晶金刚石与铁族元素有很强的亲和力，因此不适合加工黑

色金属及其合金。

PCD刀具在有色金属及其合金、非金属材料及复合材料的切削中表达出优良的切削性能，可用于制作车刀、镗刀、铣刀和钻头、铰刀、锪刀、锯刀、镂刀、剃刀及

复合孔加工刀具〔如图1〕，广泛用于航空航天、周密电子、医疗器械、汽车制造、风力发电等周密加工，现已成为如汽车零部件的切削加工，各种电开工具、电机加工及非金属材料加工行业等必备的加工刀具。

刀具具有锐利的刃口对生产加工具有重要的影响，一方面在一样条件下锐利的刀具刃口可以使加工变的轻松，从而降低切削力，提高加工效率，降低生产本钱，另一方面锐利的刀具刃口可以提高被加工工件的外表质量和尺寸精度，进而提高工件的耐磨性、耐腐蚀性、耐疲乏性以及改善零部件的装配精度和质量，在PCD刀具的刃磨加工中，刃口处理对于提高刀具使用寿命格外重要。以加工发动机气门孔用PCD刀具为例［2］，进口刀具的正常使用寿命为3万件，但未经刃口处理的自制刀具仅加工300件后零件尺寸即偏小超差，其主要缘由是刀具初始磨损阶段的磨损量超过了刀具公差，当刀具磨损进入尺寸稳定阶段时，加工零件尺寸已超差，虽

然刀具刃口状况良好，但不得不报废。刃口处理的目的就是刃磨时预留初始磨损量，当刀具磨损进入尺寸稳定阶段时其加工尺寸正好处于公差范围内，以延长刀具使用寿命。

电火花磨削加工PCD刀具

电火花磨削加工PCD的原理［4］

在微小的间隙下〔如图2〕，工件与工作电极之间的脉冲电压使得介质电离形成放电通道，电流流过放电通道时瞬间可产生高于10000℃的高温，使PCD材料局部溶化甚至汽化，同时，介质〔煤油〕在瞬间高温的作用下汽化或者快速膨胀，气泡爆炸或气体膨胀时产生的冲击力把熔融的PCD表层金刚石抛出，从而蚀除PCD材料，加工出刀具刃口。放电过程中包括了PCD表层金刚石的汽化、金刚石的氧

化以及表层金刚石向石墨和非晶碳的转化、电火花放电产生的抛出力作用、热应力

在金刚石表层产生的微裂纹以及金刚石晶粒的断裂裂开等，其中金刚石的石墨化在电火花抛光PCD金刚石表层的过程中起关键作用，即起导电作用，维持导电通道的存在，使金刚石表层凸出尖峰顶部得以汽化，使得金刚石表层不断的蚀除。工作电压一般为直流80～200V，主轴转速为500r／min。

影响电火花磨削加工的因素

〔1〕脉冲电源的设计及可控性对刃磨质量可起打算性作用，配备改进型脉冲电源的工具磨床刃磨出的PCD样品的刃口及刀面粗糙度均接近金刚石砂轮机械刃磨的质量。〔2〕通过调整脉冲电源的设置进展多级刃磨，并合理安排每级磨除量比例及刃磨时间，可获得较高的刃磨质量，即在实际生产中承受先大的开路电压和峰值电流进展粗加工，再用较小的开路电压和峰值电流进展精加工。

电火花磨削加工PCD刀具刃口状况及应用

电火花磨削加工所得的刀具刃口粗糙度要优于线切割电火花加工，其磨削加工的平均外表粗糙度能到达0.1～0.25μm。但电火花磨削加工相对金刚石砂轮加工获得的刃口较差，主要用于机加工刀具、竹木刀具、石墨刀具等领域的粗加工或半精加工。

慢走丝线切割加工PCD刀具

慢走丝线切割的原理

慢走丝线切割设备以铜丝作为电极丝，以纯凈水为绝缘介质。在铜丝与被加工材料之间施加60～300V的脉冲电压，保持5～50μm间隙，间隙中布满纯凈水，铜丝以低于0.2m／s的速度作单向运动，使电极与被加工物之间发生火花放电，并彼此被消耗、腐蚀。在慢走丝线切割放电加工PCD材料的过程中