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PCD與CBN刀具的製作技巧[優質文件]
閱讀：0次 頁數：4頁 2012-03-10
PCD與CBN 刀具的製造技術 超硬刀具材料是指比陶瓷材料更硬的刀具材料。包括：單晶金剛石、聚晶金剛石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)和CVD 金剛石。其中PCD 和PCBN 刀具已廣泛應用於機械加工的各個行 業，極大地促進了高速切削加工及先進製造技術的飛速發展，權威機構甚至用這種刀具的應用 比例來衡量一個國家加工技術的先程序度。 1.材料切割 商品的複合片一般為直徑50～75mm 的大圓片，需要透過切割得到所需要的形狀，精確的 切割還可以減少磨削量。由於磨削複合片時砂輪損耗極大，減少磨削量對於降低製造成本非常 有意義。切割裝置一般採用普通電火花線切割機，高精度切割時，採用慢走絲線切割機床。有 些立方氮化硼材料(如De Beers 的AMB90)由於不導電，還需採用鐳射切割。 2.拋光 拋光的目的是把刀片的上表面(即刀具的前刀面)拋光成鏡面，一般要求達到Ra0.02α 以下。刀具前刀面拋光後可以減少切屑與前刀面的摩擦與粘結，延長刀具壽命；同時還可以改善刀刃的平整度與鋒利性，提高切削加工的精度。 複合片拋光原理圖複合片的拋光使用專門的拋光機，其原理如圖1 所示。一方面砂輪高速旋轉做主運動，同 時被拋光的刀片低速轉動。一般拋光一塊片子的時間為1.5～2h。為了增加效率，拋光機上有 多個保持盤，每個保持盤可夾持多個刀片，從而實現幾十片刀片同時拋光。 3.焊接 複合片的襯底是硬質合金，刀片焊接實際上是焊接硬質合金。但需要注意的是，金剛石在 高溫下會氧化和變質，焊接溫度要控制在700以下，一般選用銀基焊料和與之相適應的焊劑。 典型的焊接過程為：表面處理-清洗-焊接-刀具清理。 表面處理採用噴砂或SiC 砂紙、金剛石砂輪打磨等方法，清除刀杆和複合片被焊表面由於 前期加工所形成的各種殘留汙物。 清洗劑一般為去離子或無水酒精，採用聲波清洗器可獲得最好的清洗效果。清洗後的零件 應該用乾淨的鑷子夾持，絕不能用手指觸控，以防止二次汙染。 最簡單的焊接方法是焊槍釺焊，但為了保證釺焊的質量和提高焊接過程的易操作性，多數 情況下采用高頻感應焊或電阻焊。焊接時先在被焊表面和焊料上塗好焊劑，加熱至焊料熔化， 斷電後用陶瓷棒將刀坯按壓在刀杆的適當位置，直到焊料固化。 刀具釺焊好後，用熱水清洗殘留的多餘焊劑，用噴砂或磨削方法清除表面氧化層。 4.刃磨技術 PCD 與PCBN 有很高的硬度，刃磨極為困難。磨削時，砂輪上的金剛石磨粒與刀具之間的 作用實際上是兩種硬度、性質相近的物質之間的相互作用，與通常的磨削過程(磨粒硬度遠大 於工件硬度)具有本質差別，因而其刃磨機理與刃磨工藝有獨特的規律。 (1)刃磨裝置 PCD 與PCBN 刀具的刃磨一般採用專門刃磨裝置，裝置生產廠家有英國COBORN 公司，臺灣 KARMAN 公司，瑞士EWAG 公司和北京迪安公司。 機床需具備的功能(見圖2)包括：直刃磨削和圓弧磨削，圓弧磨削又包括圓錐後刀面和圓 柱形後刀面的形成以及圓錐與圓柱後刀面的組合等。為了實現上述功能，刃磨機的運動機構包 刃磨機床的功能刀架自身迴轉，配合顯微鏡或投影儀精確對準迴轉中心，得到不同的刀尖圓弧半徑； 刀架整體傾斜，得到圓柱後刀面； 砂輪主軸傾斜，得到圓錐後刀面； 主軸橫向往復擺動，用於磨削直刃，同時起到拋光的作用，消除磨削溝紋，並可均恆砂 輪的磨損，防止砂輪區域性出現深溝； 刀架高低可調，用於調節刀具與砂輪的相對位置，以適應不同尺寸的刀杆； 恆定磨削壓力裝置； 分度與迴轉夾頭，用於複雜形狀刀具的磨削； 刃磨所用砂輪為金剛石砂輪，但砂輪結合劑有所不同。最常用的有：金屬結合劑、陶瓷結 合劑和樹脂結合劑砂輪。 砂輪隨金剛石磨粒的尺寸不同，可分為粗磨，細磨，精磨，超精磨等等。粒度範圍為M2～ 至M40～60。(2)冷卻潤滑液 超硬刀具磨削時的壓力非常大，可達到400N，會產生大量的磨削熱，所以冷卻潤滑液的 主要作用是冷卻。最簡單的配方是水加適量的防鏽劑。也可採用成品的精磨液。 (3)刃磨工藝 PCD 與PCBN 刀具的刃磨工藝，具有如下的特點和規律。 砂輪粒度較大時，磨削率高，表面粗糙度值較大；砂輪粒度較小時，表面粗糙值較小， 刀具質量更好； 刀具刃磨宜選用較低的磨削速度，砂輪速度較高時，磨除率低，且易使機床產生振動， 影響加工精度和表面質量； 磨削壓力較大時，磨削率高，但表面粗糙度值也較大。粗磨時，宜選用較大的工作壓力， 而精磨時，需把磨削壓力調整到最小； 刃磨過程中，不時地用細油石修整砂輪，可以提高磨削效率，減少振動，防止刀具表面 由於過分擠壓而燒傷； 對於刀刃質量要求較高的刀具，最後還需進行研磨處理。最簡單的研磨方法是採用單晶 金剛石的研磨工藝，把粒度為3～6μ 或更細的金剛石微粉與橄欖油混合後塗敷在鑄鐵盤上，研磨刀具的刀面，可以大大提高刀具刃口質量； PCBN 刀具一般需要0.3～0.8mm 的刃口鈍圓，以增加刀刃強度和減少崩刃，改善刀具的 抗衝擊能力。負倒稜可以採用專用夾具在刃磨機床上得到，鈍圓可以用金剛石油石手工完成。 5.檢驗 對於PCD 與PCBN 刀具，在採用上述裝置和工藝的條件下，刀具幾何角度、尺寸和表面粗 糙度要求，一般都能精確保證。檢測主要是觀察刀刃的質量。可以採用放大倍數為30～50 的工具顯微鏡。普通刀具的刀刃鋸齒度可控制在0.02mm之內，對於精度更高的刀具，刀刃鋸 齒度應小於1～μ 研磨得到的刀刃質量《工具展望》提供 超硬刀具材料是指比陶瓷材料更硬的刀具材料。包括：單晶金剛石、聚晶金剛石( PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)和CVD 金剛石。其中PCD
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PCD與CBN 刀具的製造技術 超硬刀具材料是指比陶瓷材料更硬的刀具材料。包括：單晶金剛石、聚晶金剛石(PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)和CVD 金剛石。其中PCD 和PCBN 刀具已廣泛應用於機械加工的各個行 業，極大地促進了高速切削加工及先進製造技術的飛速發展，權威機構甚至用這種刀具的應用 比例來衡量一個國家加工技術的先程序度。 1.材料切割 商品的複合片一般為直徑50～75mm 的大圓片，需要透過切割得到所需要的形狀，精確的 切割還可以減少磨削量。由於磨削複合片時砂輪損耗極大，減少磨削量對於降低製造成本非常 有意義。切割裝置一般採用普通電火花線切割機，高精度切割時，採用慢走絲線切割機床。有 些立方氮化硼材料(如De Beers 的AMB90)由於不導電，還需採用鐳射切割。 2.拋光 拋光的目的是把刀片的上表面(即刀具的前刀面)拋光成鏡面，一般要求達到Ra0.02α 以下。刀具前刀面拋光後可以減少切屑與前刀面的摩擦與粘結，延長刀具壽命；同時還可以改善刀刃的平整度與鋒利性，提高切削加工的精度。 複合片拋光原理圖複合片的拋光使用專門的拋光機，其原理如圖1 所示。一方面砂輪高速旋轉做主運動，同 時被拋光的刀片低速轉動。一般拋光一塊片子的時間為1.5～2h。為了增加效率，拋光機上有 多個保持盤，每個保持盤可夾持多個刀片，從而實現幾十片刀片同時拋光。 3.焊接 複合片的襯底是硬質合金，刀片焊接實際上是焊接硬質合金。但需要注意的是，金剛石在 高溫下會氧化和變質，焊接溫度要控制在700以下，一般選用銀基焊料和與之相適應的焊劑。 典型的焊接過程為：表面處理-清洗-焊接-刀具清理。 表面處理採用噴砂或SiC 砂紙、金剛石砂輪打磨等方法，清除刀杆和複合片被焊表面由於 前期加工所形成的各種殘留汙物。 清洗劑一般為去離子或無水酒精，採用聲波清洗器可獲得最好的清洗效果。清洗後的零件 應該用乾淨的鑷子夾持，絕不能用手指觸控，以防止二次汙染。 最簡單的焊接方法是焊槍釺焊，但為了保證釺焊的質量和提高焊接過程的易操作性，多數 情況下采用高頻感應焊或電阻焊。焊接時先在被焊表面和焊料上塗好焊劑，加熱至焊料熔化， 斷電後用陶瓷棒將刀坯按壓在刀杆的適當位置，直到焊料固化。 刀具釺焊好後，用熱水清洗殘留的多餘焊劑，用噴砂或磨削方法清除表面氧化層。 4.刃磨技術 PCD 與PCBN 有很高的硬度，刃磨極為困難。磨削時，砂輪上的金剛石磨粒與刀具之間的 作用實際上是兩種硬度、性質相近的物質之間的相互作用，與通常的磨削過程(磨粒硬度遠大 於工件硬度)具有本質差別，因而其刃磨機理與刃磨工藝有獨特的規律。 (1)刃磨裝置 PCD 與PCBN 刀具的刃磨一般採用專門刃磨裝置，裝置生產廠家有英國COBORN 公司，臺灣 KARMAN 公司，瑞士EWAG 公司和北京迪安公司。 機床需具備的功能(見圖2)包括：直刃磨削和圓弧磨削，圓弧磨削又包括圓錐後刀面和圓 柱形後刀面的形成以及圓錐與圓柱後刀面的組合等。為了實現上述功能，刃磨機的運動機構包 刃磨機床的功能刀架自身迴轉，配合顯微鏡或投影儀精確對準迴轉中心，得到不同的刀尖圓弧半徑； 刀架整體傾斜，得到圓柱後刀面； 砂輪主軸傾斜，得到圓錐後刀面； 主軸橫向往復擺動，用於磨削直刃，同時起到拋光的作用，消除磨削溝紋，並可均恆砂 輪的磨損，防止砂輪區域性出現深溝； 刀架高低可調，用於調節刀具與砂輪的相對位置，以適應不同尺寸的刀杆； 恆定磨削壓力裝置； 分度與迴轉夾頭，用於複雜形狀刀具的磨削； 刃磨所用砂輪為金剛石砂輪，但砂輪結合劑有所不同。最常用的有：金屬結合劑、陶瓷結 合劑和樹脂結合劑砂輪。 砂輪隨金剛石磨粒的尺寸不同，可分為粗磨，細磨，精磨，超精磨等等。粒度範圍為M2～ 至M40～60。(2)冷卻潤滑液 超硬刀具磨削時的壓力非常大，可達到400N，會產生大量的磨削熱，所以冷卻潤滑液的 主要作用是冷卻。最簡單的配方是水加適量的防鏽劑。也可採用成品的精磨液。 (3)刃磨工藝 PCD 與PCBN 刀具的刃磨工藝，具有如下的特點和規律。 砂輪粒度較大時，磨削率高，表面粗糙度值較大；砂輪粒度較小時，表面粗糙值較小， 刀具質量更好； 刀具刃磨宜選用較低的磨削速度，砂輪速度較高時，磨除率低，且易使機床產生振動， 影響加工精度和表面質量； 磨削壓力較大時，磨削率高，但表面粗糙度值也較大。粗磨時，宜選用較大的工作壓力， 而精磨時，需把磨削壓力調整到最小； 刃磨過程中，不時地用細油石修整砂輪，可以提高磨削效率，減少振動，防止刀具表面 由於過分擠壓而燒傷； 對於刀刃質量要求較高的刀具，最後還需進行研磨處理。最簡單的研磨方法是採用單晶 金剛石的研磨工藝，把粒度為3～6μ 或更細的金剛石微粉與橄欖油混合後塗敷在鑄鐵盤上，研磨刀具的刀面，可以大大提高刀具刃口質量； PCBN 刀具一般需要0.3～0.8mm 的刃口鈍圓，以增加刀刃強度和減少崩刃，改善刀具的 抗衝擊能力。負倒稜可以採用專用夾具在刃磨機床上得到，鈍圓可以用金剛石油石手工完成。 5.檢驗 對於PCD 與PCBN 刀具，在採用上述裝置和工藝的條件下，刀具幾何角度、尺寸和表面粗 糙度要求，一般都能精確保證。檢測主要是觀察刀刃的質量。可以採用放大倍數為30～50 的工具顯微鏡。普通刀具的刀刃鋸齒度可控制在0.02mm之內，對於精度更高的刀具，刀刃鋸 齒度應小於1～μ 研磨得到的刀刃質量《工具展望》提供 超硬刀具材料是指比陶瓷材料更硬的刀具材料。包括：單晶金剛石、聚晶金剛石( PCD)、聚晶立方氮化硼(PCBN)和CVD 金剛石。其中PCD
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