新型切削刀具为新材料提供完美解决方案(上)

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　　为满足当今世界环保的挑战，汽车制造生产的趋势聚焦于降低燃油消耗和减轻汽车重量。这些要求通过研发机械性能更高的新材料来实现。当这些材料的开发达到了预期的目标时，不利的一面是这些新型材料对加工来说总是硬度更高且更耐磨。

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　　在聚晶金刚石(PCD)的刀具系列中，进展也越来越快。第一次合成是在二十世纪五十年代，PCD现在在全球范围内使用，并被看成是强有力的节约成本的刀具解决方案。

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　　有色工件材料范围内，对于一系列的非铁系工件材料，如铝合金、塑料、增强塑料、陶瓷、石墨和范围广泛的其它工件材料，它是一种性能无与伦比的刀具材料。

　　PCD刀具特性

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　　金刚石

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　　金刚石本质上是一种纯碳。已知的碳有两种形态：石墨和金刚石。在石墨形态中，碳原子为六边形排列，在一个平面内的原子间距大，这使得材料很软。但是就金刚石而言，碳原子是以一种等轴或立方的晶体结构进行排列。正是这种独特的碳原子紧密连接的排列使得金刚石成为人类已知硬度最高的材料。其努氏硬度、断裂韧性、导热性性能见图1、2、3。

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　　制备工艺

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　　PCD是由大量随机定向的金刚石颗粒在极困难的条件下进行人工合成得到的。它通过在高压高温下烧结精选的金刚石颗粒进行制备。烧结过程在金刚石稳定区内被严格地控制，于是生产出一种极硬且耐磨的结构。

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　　特性

　　以聚晶形态组成的金刚石提供了一种强大的切削刀具，它提供极好的硬度及由此得到的耐磨性，并与聚晶结构所带来的极佳韧性相结合。

　　此外，金刚石拥有所有刀具材料中最高的导热性，使得热量迅速从切削刃传递出来。

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　　除PCD与铁的高亲合力以外，PCD不会与工件材料粘结，在正确的切削参数下，积屑瘤是最小化的。

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　　所有的Secomax PCD刀具都拥有镜面抛光的前刀面，提供最低的摩擦系数和光滑的切削刃。

! j; L5 Q) m7 R　　图1 努氏硬度 2 C$ u& Y. `% f+ b% Y　　

　　图2 断裂韧性 　　

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　　图3导热性

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　　工件材料

　　铝合金

　　铝合金已成为交通工业需求的致力于减轻重量的理想材料。尽管铝合金的生产在能量消耗上具有更大的初始需求，但在长期运作中证明有更多的益处，这些合金的性能将超过其它与其竞争的材料。纯铝的硬度低、耐腐蚀。举例讲，添加铜或镁等合金元素将使该材料具有更高的强度。巿场上有很多种铝合金，最著名的莫过于分别用于汽车与航空航天行业的2000及6000系列。锻造和铸造铝合金之间有明显的分界线，各有几种不同的材质等级，而且有各式各样的硬化处理性能。

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　　对于硅(Si)含量低到中等的硅合金来说，PCD在铣削应用与粗加工中提供了最好的耐磨性，见表1。

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　　所遭遇到的最常见的问题应该是积屑瘤。即使是很高的切削速度，加工低硅铝合金时也会发生这种情况。切削刃的几何角度和质量必须要被小心地应用。

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　　采用这样的参数，当与工件的接触时间越久，产生的热量上升，其直接的影响就是刀具寿命的缩短。

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　　对于加工高硅铝合金，PCD的耐磨性被完全地利用。关于这些材料的一些研究突出了刀具磨损与硅颗粒大小之间的关系，硅颗粒越大导致工件的耐磨性提高。见图4。

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　　图4

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　　刀具的质量对于铝合金加工应用的成功将有相当重要的作用：跳动量低将防止切削刃的负载不一致。

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　　对于PCD刀具，磨损的发展随着切削速度逐渐提升，直到切削速度高于引起磨损迅速上升的转折点。当刀具寿命缩短时，应降低切削速度。刀具寿命很大程度上并不依赖于进给量。只要不发生切削刃微崩，高进给量通常可以提供更快的金属移除率而不缩短刀具寿命。然而，它不应超过刀尖半径值的一半。对于切削深度，山高刀具推荐切削刃长度的65%为最大值，见图5。SECOMAX PCD刀片经过抛光的表面意味着冷却液并非必需。然而，当切削刃周围形成绩屑瘤或产生切屑堆积时，冷却液可以为您提供帮助。

　　图5

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　　金属基复合材料

　　金属基复合材料(MMC)是铝或钛铝为基体所制成的，这是迄今最常见的基体材料。添加到基体材料的是一种陶瓷增强剂，最常见的是颗粒形式，但偶尔也会发现更难加工的纤维形式。一系列陶瓷材料被用于MMC，但目前最常见的是Si。根据需求的材料耐磨性，添加的含量为15-40%。