PCD刀具激光加工技术及其装备研究进展

聚晶金刚石(PCD)刀具在硬脆材料的高精高效加工方面具有显著优势,但常规的PCD刀具制造技术存在加工效率低、局限性大等问题,激光加工是一种实现PCD刀具高效高质加工的有效技术。本文总结了PCD材料激光加工去除机理,归纳了激光加工中波长、脉宽等工艺参数对PCD材料加工质量的影响规律,重点概述了激光加工技术在PCD刀具切削刃、表面纹理、烧蚀成型等方面的应用现状,介绍了国内激光加工装备的研发进展与现状。

PCD/PcBN超硬刀片的刃磨

近几十年,超硬刀片被广泛应用于汽车制造、3C电子等要求刀具寿命长、生产节拍高的领域。这也对超硬刀片的批量化生产提出了更高的要求。本文对超硬刀具及材料特性、制作工艺与特点进行了探究,介绍了超硬刀片刃磨的三种加工方式,尤其对机械磨削方式进行了深入探讨,在中小批量人工刃磨的工艺基础上,创造和研发了自动化无人值守生产所需的刃磨工艺及算法,并融入其自动化机床产品当中。

PCD刀具高速铣削TA15钛合金切削力的研究

通过利用回归正交设计和单因素试验设计方案,进行了PCD刀具高速铣削钛合金TA15的切削力试验。对高速加工过程中的动态铣削力进行了频谱分析,分析了高频振动对切削力波形的影响。然后利用单因素试验分析了工件坐标系中三向分力以及刀具坐标系中切向分力随切削用量的变化规律。通过回归正交设计,建立了PCD刀具高速铣削钛合金时切削用量与动态切削力之间的数学模型,并进行了方差分析,验证了模型的可靠度。分析结果为PCD刀具高速铣削钛合金的工艺参数优化及建立高速铣削数据库奠定了基础。

聚晶金刚石(PCD)刀具发展综述

对聚晶金刚石 (PCD)刀具的发展概况、性能特点、应用范围、制造技术、设计原则。

磨PCD刀具陶瓷结合剂金刚石砂轮的研究

本文研究制备Na2O-B2O3-SiO2-Al2O3多元系基玻璃料，并配制成低温陶瓷结合剂，研究发现：耐火度为685℃，流动性为110％～130％，线膨胀系数为5．35×10^-6℃^-1的低温陶瓷结合剂具有优异的性能。制备的陶瓷结合剂金刚石砂轮在725℃烧成后，磨具的抗弯强度和洛氏硬度达到最佳值，分别58．61MPa和77．9。用其磨削PCD刀片时锋利性好，磨削中间不需修整，砂轮耐用度高。运用扫描电子显微镜（SEM）分析了陶瓷结合剂金刚石磨具的断面形貌、磨削后磨削面形貌，表明结合剂对磨粒黏结牢固，断面组织均匀。

PCD、PCBN复合片的电火花线切割加工质量

选取几种典型的PCD、PCBN复合片,在慢走丝电火花线切割机床上对其进行了多次加工工艺试验;运用三维表面轮廓仪、超景深三维显微镜对线切割加工后的表面粗糙度、富钴界面层加工质量、刃口加工质量等进行测量。结果表明:超硬颗粒直径大小及含量对加工质量影响较大,PCD、PCBN复合片经多次电火花线切割加工,能够得到较好的加工质量;经WEDM加工后的PCD复合片刃磨量可控制在4～15μm左右,PCBN复合片BNX20刃磨量可控制在10μm以内,而BZN6000则需较大的刃磨量。

PCD刀具加工SiC颗粒增强铝基复合材料的合理切削速度

通过用扫描电镜等方式检测ＰＣＤ刀具的性能，并与天然金刚石的相关参数进行比较，阐明了ＰＣＤ刀具的优异性能。通过ＰＣＤ刀具对碳化硅高比强颗粒增强铝基复合材料的试验，考察了切削速度对切削力、切削温度、刀具耐用度和切削长度的影响，总结出高硅铝基复合材料切削中的合理切削速度。指出，在一定的切削条件下，当切削速度Ｖ＝３０～４０ｍ／ｍｉｎ时，可获得良好的综合效益。

金刚石涂层立铣刀与PCD立铣刀切削铝合金性能研究

目的研究金刚石涂层立铣刀和PCD立铣刀切削铝合金时,铝合金表面粗糙度以及刀具的使用寿命。方法通过实验比较1μm、5μm金刚石涂层四刃立铣刀和PCD立铣刀在高速干式切削条件下切削铝合金的性能,并通过走刀距离比较不同状态刀具的使用寿命以及在走刀过程中的粘刀情况,用表面粗糙度测量仪测量加工的铝合金表面粗糙度。结果 1μm、5μm金刚石涂层立铣刀加工铝合金失效距离分别为25 m、75 m,PCD立铣刀加工铝合金96 m后失效;1μm、5μm金刚石涂层立铣刀切削铝合金表面粗糙度平均值分别为1.07μm、1.10μm,PCD立铣刀切削铝合金表面粗糙度平均值为0.80μm。结论 5μm金刚石涂层立铣刀是1μm金刚石涂层立铣刀寿命的5倍,PCD立铣刀使用寿命最长;1μm、5μm金刚石涂层立铣刀切削铝合金表面较PCD立铣刀粗糙,在相同切削环境下切削铝合金时,PCD立铣刀使用寿命较金刚石涂层立铣刀提高,且在抑制粘刀方面效果十分明显。

基于能耗计算的PCD拉丝模压缩角优化设计

分析切割钢丝拉拔过程中压缩变形功、摩擦阻力功及在变径区由于速度突变而消耗的多余变形功,分别推导其相应的功率损耗数学公式,最后得出切割钢丝拉拔过程中总功率损耗表达式。以太阳能硅晶片切割钢丝用PCD拉丝模为例,计算出0.12mm切割钢丝用PCD拉丝模具的最佳压缩半角α=3.675°,及其最小平均拉拔力F=2.49N。

PCD圆锯片锯齿结构参数计算机模拟优化设计

PCD木工圆锯片的锯齿结构参数对切削过程中刀具磨损起决定性作用,它的尺寸变化直接影响加工工件的表面质量及精度。采用有限元的方法对不同结构参数PCD木工刀具圆锯片切割时的受力及变形情况进行了模拟计算分析,发现:其加工中的最大压应力集中在锯齿背部区域、最大拉应力集中在锯齿根部附近区域,最大变形在切削速度方向,其最佳锯齿结构参数为前角γ=15°、后角α=15°。

基于有限元分析的PCD立铣刀铣削紫铜工艺参数研究

作为刀具材料的PCD以其高硬度、高耐磨性、高导热系数、低摩擦系数等优异的特性在有色金属加工中得到广泛应用。应用有限元分析软件ABAQUS,以焊接式PCD双刃立铣刀铣削过程的建模为基础,充分考虑刀具与工件的摩擦及弹塑性变形产生的热量、刀具与工件之间的热传导等因素,研究不同加工工艺参数(如:铣削速度vc、轴向铣削深度ap、每转进给量f)对刀具温度场分布和切削力的影响,得出刀具温度分布和切削力随铣削参数的变化趋势。仿真结果表明:刀具温度随铣削深度、每转进给量和转速增加而上升;但刀具温度对刀具寿命影响较小,在满足工件表面质量和加工效率的条件下,应尽量选择低转速、小铣削深度和小进给量。铣削深度对切削力的影响较大,当铣削转速在2400r/min^2800 r/min左右时,轴向铣削深度0.3mm,进给量0.2mm/r,可获得小的铣削力和较低的刀具温度,能延长PCD刀具寿命。

PCD刀具切削颗粒增强铝基复合材料时刀具磨损研究

通过高颗粒含量铝基复合材料切削加工时PCD刀具的磨损试验,研究了切削该种材料时PCD刀具的磨损形态及磨损机理。刀具磨损区微观形貌的检测分析结果表明,PCD刀具的磨损形态主要表现为前刀面磨损和后刀面磨损,造成刀具磨损的主要原因是磨料磨损和粘结磨损。采用超声波振动切削技术可减小刀具磨损。

PCD刀具几何参数对铝合金切削力的影响

研究了不同几何参数的PCD刀具车削铝合金时切削力的变化规律。分别改变刀具的前角、后角和刀尖圆弧半径三个几何参数进行单因素切削试验,通过Kistler测力仪获取三向切削力,通过所获试验数据分析了金属切削过程和PCD刀具几何参数对切削力的影响。

PCD工具的研制现状与发展

对国内外PCD工具研制现状进行了综合评述 ,认为加热方式、钎料钎剂的选择与合理使用以及焊接接头的结构设计是影响PCD工具焊接质量的主要因素 ,而加热方式对于PCD工具制作具有革命性意义。介绍了各种焊接方法的优缺点以及钎料、钎剂的开发进展。

PCD刀具金刚石砂轮刃磨表面质量及其对加工工件表面质量的影响

对树脂结合剂、金属结合剂和陶瓷结合剂金刚石砂轮刃磨PCD刀具的过程特点进行了比较分析,认为陶瓷结合剂金刚石砂轮刃磨PCD刀具可以得到较好的刃磨表面质量且刃磨效率最高;同时对加工工件表面的形成过程进行了分析,认为PCD刀具的后刀面表面质量是最重要的影响因素。

PCD拉丝模坯材料微结构对比分析研究

文章对国内外典型PCD拉丝模坯材料进行了SEM观察、EDS能谱分析和XRD物相分析,研究了国内外产品在微观结构和成分上的差距,结合拉丝模实际拉丝效果探讨了其微观结构与性能的关系,并提出为开发国产高档PCD拉丝模坯材料,应注意尽量减小其晶粒尺寸、优化粘结剂组分以及提高粘结剂的分布均匀性。

基于专利分析的PCD超硬刀具发展态势研究

聚晶金刚石(PCD)超硬刀具因具备优异的力学、光学、电学、热学、声学和生物学等特性,在超硬刀具领域占据尤为重要的地位。基于德温特专利数据库,利用ITGInsight文献分析工具,依次对全球范围内的PCD超硬刀具相关专利进行了总体态势分析、区域布局分析、主要专利权人实力分析、研究热点分析以及核心专利识别。重点对PCD超硬刀具领域的研究热点进行了分析,包括技术主题分布、技术主题演化及基于技术主题的专利权人聚类分析。最后,以受到多地域保护或涉及到专利诉讼的专利作为依据,筛选出主要的核心专利并对其进行解读。研究表明,PCD超硬刀具相关技术已走向成熟,虽然中国的专利受理量最多,但美国史密斯公司、美国贝克休斯公司、美国合成公司以及卢森堡元素六集团等国外企业的巨头地位仍未被动摇,而这些巨头关注的技术方向也有所不同。

加工复合地板耐磨层时PCD刀具切削参数的研究

切削参数是影响PCD刀具切削性能的主要因素。本文采用。ElementSix公司的SYNDITECTH025型聚晶金刚石(PCD)复合片制成强化复合地板用切削刀具,进行了一系列加工强化复合地板耐磨层的切削实验。通过实验研究了切削参数对刀具切削力的影响,得出了切削力随切削参数的变化规律,指出随着切削深度的增加,PCD刀具切削力增加;进给速度的增加使切削力增加;切削速度的增加将会使切削力降低。同时,分析了切削参数对刀具磨损、工件加工质量以及加工效率的影响。最后,本文总结了采用PCD刀具加工强化复合地板时加工参数的选择原则,认为当n=6000r/min、f=10000mm/min能够实现较高的加工效率,并保证工件的加工质量。

新型CVD金刚石涂层刀具铣削高性能各向同性石墨研究

利用自主研发的新型CVD金刚石复合涂层刀具对自行研制的高密高强各向同性石墨材料进行了铣削加工试验,对比测试了新型CVD金刚石复合涂层刀具与PCD刀具的切削性能。试验结果表明,PCD刀具铣削加工25min其后刀面磨损已超过磨钝标准0.3 mm,新型CVD金刚石复合涂层刀具加工到45 min时,其后刀面磨损量仅为0.25 mm,这说明新型CVD金刚石复合涂层刀具高速铣削石墨时表现出良好的耐磨性和使用寿命,可以适应高性能各向同性石墨的加工需求。铣削加工试验还发现新型CVD金刚石复合涂层刀具加工的石墨表面质量在初期不如PCD刀具,但在更长时间加工情况下,其加工表面质量优于PCD刀具。

增材制造钛合金的微铣削加工试验

增材制造(Additive manufacturing,AM)技术制备的钛合金部件在航空航天领域具有广泛的用途,对增材制造钛合金精密零部件而言,铣削、抛光等后处理加工是必不可少的工序。本文选用聚晶金刚石(Polycrystalline diamond,PCD)微铣刀对锻造钛合金、激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术制备的未经过热处理和经过热处理的钛合金进行微铣削试验,研究了3种不同制造工艺的钛合金材料的微铣削加工性能。结果表明:SLM-热处理钛合金的铣削力最大,这与其材料硬度最高有关。微铣削过程中,所有钛合金材料的逆铣侧顶端毛刺尺寸均要大于顺铣侧顶端毛刺尺寸。在不同制造工艺的钛合金材料中,SLM-钛合金生成的顶端毛刺宽度最小,这与其塑性最差有关。SLM-热处理钛合金获得的表面质量最好,这不仅与材料的硬度和塑性有关,同时还受到孔隙度的影响。