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国外切削加工用 PCD 与 PCBN 的发展与应用

国外切削加工用 PCD 与 PCBN 的发展与应用. 姜荣超 湖南伏龙江超硬材料有限公司 湖南 长沙 410205 2009.6.28. PCD/PCBN 刀具市场的发展. 由磨削至车削，以车代磨的发展，是促使 PCD/PCBN 市场发展的潜力。 汽车工业、航天航空、机械制造业的发展，在不久的将来中国将会成为 PCD/PCBN 工具最大的消耗国之一。 高速、高效切削，干式切削是 PCD/PCBN 最主要的市场需要。 材料、刀具设计和切削工艺的发展将促使 PCD/PCBN 刀具的发展。. PCD 刀具世界市场的分布. PCD 刀具市场的增长.

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国外切削加工用 PCD 与 PCBN 的发展与应用

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  1. 国外切削加工用PCD与PCBN的发展与应用 姜荣超 湖南伏龙江超硬材料有限公司 湖南 长沙 410205 2009.6.28

  2. PCD/PCBN刀具市场的发展 • 由磨削至车削，以车代磨的发展，是促使PCD/PCBN市场发展的潜力。 • 汽车工业、航天航空、机械制造业的发展，在不久的将来中国将会成为PCD/PCBN工具最大的消耗国之一。 • 高速、高效切削，干式切削是PCD/PCBN最主要的市场需要。 • 材料、刀具设计和切削工艺的发展将促使PCD/PCBN刀具的发展。

  3. PCD刀具世界市场的分布

  4. PCD刀具市场的增长 • 2006年全球使用PCD刀具市场为490M美元。

  5. PCBN工具的应用

  6. PCBN刀具市场发展趋势 • 高效、高速、高精密切削加工促使PCBN刀具发展。 • 2007年全球市场估计为300M美元。

  7. 元素6公司PCD刀具复合片性能与用途

  8. PCD品种显微结构

  9. 不同公司生产的PCD刀具材料比较

  10. 元素六公司PCBN刀具材料性能与特点

  11. PCBN品种的显微结构

  12. PDC刀具的应用（DI公司）

  13. PCBN刀具的应用（DI公司）

  14. 不同材料PCD刀具的切削速度

  15. 典型的PCBN刀具工作参数

  16. 刀具耐磨性与强度的关系

  17. PCD/PCBN刀具制造工艺流程

  18. 金刚石转变为PCD的原理

  19. 典型HPHT烧结原理

  20. 生产PCD/PCBN的压机类型 • 六面顶压机（中国，美国） 两面顶压机（欧美、韩、日本） • 两面顶凹砧式（俄罗斯、乌克兰） BARS压机（俄罗斯）

  21. 六面顶与两面顶压机的比较 • 两面顶的优势 • 1、可生产更大直径PCD/PCBN复合片。Φ50，φ60，φ70-74，φ101.5mm。 • 2、可生产超细粒度的PCD/PCBN。

  22. 大直径复合片，可高效率加工刀具，节约材料与成本，控制刀具的质量大直径复合片，可高效率加工刀具，节约材料与成本，控制刀具的质量

  23. 元素6公司研制PCD1（CTM302）和PCD6（CMX850） • 采取下列措施： • 1、采取双峰值与多峰值粒度分布； • 2、提高装填密度，提高耐磨性； • 加工18%SiAl合金PCD耐磨性比较（a) 表面光洁度比较（b)

  24. 美国DI公司（Diamond Innovations）研制Compax 1800 PCD。 • 1、金刚石粒度25μm/4μm，采用双峰值粒度分布。 • 2、金刚石含量最高达94%。 • 3、显微结构非常紧密，具有良好的耐磨性，抗冲击强度，表面光洁度。

  25. 美国Megadiamond公司研制新型中粒度PCD AMX，以满足高速铣削加工硅铝合金的要求 • 1、严格控制金刚石粒度分布； • 2、添加微量增韧剂； • 3、将Co的预混与浸润相结合，使Co均匀弥散在金属相中。 • 4、增加装填密度，使D/D接触最大化。 • 5、控制好氧含量。 • 6、采用HSC HP/HT烧结工艺，活化金刚石表面，提高其润湿性，促进与强化金刚石晶体之间的键接，减少烧结体的收缩与残余应力。

  26. 金刚石粒度的作用

  27. 合成效果 • 1、金属第二相分布更均匀； • 2、显微结构更均匀。 • 原中粒度复合片 新型AMX复合片 • 显微结构比较

  28. 3、抗弯强度提高 • 4、电火花线切割性能更好

  29. 现场试验表明 • 5、表面光结度更好 • 6、每个刀片加工数量提高

  30. 韩国日进公司：CBN低含量PCBN刀具的研究高、低含量CBN的PCBN刀具对比韩国日进公司：CBN低含量PCBN刀具的研究高、低含量CBN的PCBN刀具对比

  31. 韩国日进公司：提高PCBN刀具的耐磨性，热稳性和冲击韧性，改进CBN低含量PCBN刀具刀刃快速磨损与破裂。韩国日进公司：提高PCBN刀具的耐磨性，热稳性和冲击韧性，改进CBN低含量PCBN刀具刀刃快速磨损与破裂。 • 普通PCBN 新研制PCBN • 措施： • 1、CBN粒度细化2μm； • 2、完善CBN与Ti基陶瓷粘结剂相互的弥散 • 3、采用日进公司特有的HP/HT合成工艺

  32. 效果： • 1、高速（150m/min）切削HRC58~62淬硬钢，车程5km，耐磨性提高1倍，表面粗糙度质量也提高。

  33. 日本住友电气公司：研制金刚石细粒度，高含量的高横向断裂强度的PCD刀具日本住友电气公司：研制金刚石细粒度，高含量的高横向断裂强度的PCD刀具

  34. 效果：PCD-A的效果 • 1、车削17%Si-Al合金耐磨性最好。 • 2、车削17%Si-Al合金时寿命高。 • 3、铣削12%Si-Al合金时性能最好，刀刃磨损宽度小。 • 4、表面加工SiAl合金时，表面粗糙度最好。

  35. 日本住友电气公司：研制高速高精密加工PCBN刀具日本住友电气公司：研制高速高精密加工PCBN刀具 • 1、刀具上采用TiAlN+TiCN陶瓷涂层。 • 2、刀刃几何设计上采用“Wiper刀面“在高精密切削中可采用更高给进速率。 • 3、为防止刀刃破裂，改善了TiN粘结强度。

  36. 日本佳友公司研制的新PCBN刀具效果 • 1、刀具耐磨性提高 • 2、高给进量车削下刀刃不碎裂 • 3、刀具寿命提高。

  37. 刀具设计

  38. 刀具焊接 • 钎焊方法： • 1、单面加压真空扩散焊：热态真空度>1.3×10-2Pa，10μmNi合金中间层，6800~7500焊接，压力>200MPa。 • 2、热等静压真空扩散焊：瑞士QIH-32热等静压压机，6300C~7300C，150MPa，3小时。 • 3、空气气氛下感应钎焊：钎焊温度：6500-7200，焊料成分：Ag50%,Cu15.5%,Zn15.5%, Ni+Co3% cd16% • 4、气氛保证下的高频感应焊接

  39. 金刚石刀具焊接设备

  40. 刀具的加工与刃磨 • 1、我国迪蒙特佳公司 • BDM-90/精密电火花-机械复合工具磨床，可实现PCD/PCBN高精密加工。

  41. 刀具的加工与刃磨 • 我国迪蒙特佳公司的精密数控电火花成型机床，精密数控电火花切割机床，精密数控铣 床。

  42. 刀具的加工与刃磨 • EWAG瑞士磨床

  43. Vollmer公司刀具的加工与刃磨 • 激光切割PCD刀片

  44. 激光切割质量

  45. 激光切割效果

  46. Vollmer公司QWD750H型电磨蚀机床（wire erosion muchine）

  47. Vollmar公司PCD/PCBN磨床

  48. PCD/PCBN的加工设备

  49. PCD刀具的应用（实例）

  50. PCBN刀具的应用（实例） 注：R——粗车 f——精车

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