國外切削加工用PCD與PCBN的發(fā)展與應(yīng)用課件

1、2009.6.28國外切削加工用PCD與PCBN的發(fā)展與應(yīng)用國外切削加工用PCD與PCBN的發(fā)展與應(yīng)用PCD/PCBN刀具市場的發(fā)展由磨削至車削，以車代磨的發(fā)展，是促使PCD/PCBN市場發(fā)展的潛力。汽車工業(yè)、航天航空、機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，在不久的將來中國將會成為PCD/PCBN工具最大的消耗國之一。高速、高效切削，干式切削是PCD/PCBN最主要的市場需要。材料、刀具設(shè)計和切削工藝的發(fā)展將促使PCD/PCBN刀具的發(fā)展。PCD/PCBN刀具市場的發(fā)展由磨削至車削，以車代磨的發(fā)展，PCD刀具世界市場的分布PCD刀具世界市場的分布PCD刀具市場的增長2006年全球使用PCD刀具市場為490M美元。

2、PCD刀具市場的增長2006年全球使用PCD刀具市場為490PCBN工具的應(yīng)用PCBN工具的應(yīng)用PCBN刀具市場發(fā)展趨勢高效、高速、高精密切削加工促使PCBN刀具發(fā)展。2007年全球市場估計為300M美元。PCBN刀具市場發(fā)展趨勢高效、高速、高精密切削加工促使PCB元素6公司PCD刀具復(fù)合片性能與用途Syndite牌號金剛石粒度m復(fù)合片尺寸直徑厚度mmPCD層厚度mm性能用途CTC0022741.6,2,3.20.5顯微結(jié)構(gòu)優(yōu)化刀刃不易碎裂復(fù)合木地板，刨花板鋸切CTB0022741.6,2,3.20.5由細(xì)粒金剛石加工而成用于密精加工，高的表面光潔度CTB01010741.6,2,3.20.5

3、為通用品種廣泛用于耐磨工件精加工與粗加工CTB02525741.6,2,3.20.5高的耐磨性，壽命長用于高速切削與干切削CTH02525741.6,2,3.20.5刀具加工（磨削與電火花）加工性好磨削加工中其耐磨性進(jìn)一步優(yōu)化與改進(jìn)STM3022，30741.6,2,3.20.5非常耐磨，韌性好，良好的刀刃質(zhì)量用于灰鑄鐵，金屬復(fù)合材料，雙金屬，高SiAl合金CMX8501601.6,2,3.20.5細(xì)粒聚晶，均質(zhì)結(jié)構(gòu)，耐磨，良好的加工性能，高的斷裂韌性用于鋁合金，鈦合金，銅合金，陶瓷與塑料的銑削與粗車，并可用于鏡面拋光加工元素6公司PCD刀具復(fù)合片性能與用途Syndite金剛石粒度PCD品種顯

4、微結(jié)構(gòu)PCD品種顯微結(jié)構(gòu)不同公司生產(chǎn)的PCD刀具材料比較金剛石粒度元素6公司GE公司梅加公司佳友公司二和公司2mCTB0021600MD200DA200EP1110mCTB0101300MD400EP5525mCTB0251500MD600EP5925m+4mCTM3021800E29不同公司生產(chǎn)的PCD刀具材料比較金剛石粒度元素6公司GE公司元素六公司PCBN刀具材料性能與特點(diǎn)牌號CBN含量%CBN粒度mm粘結(jié)劑mm復(fù)合片直徑mmCBN層厚度mm用途DCN45045亞微米TiCN570.65-0.85斷續(xù)硬切削與精銑，高速連續(xù)切削DCC500501.5TiC570.65-0.85壽命長可高速

5、切削，切速可達(dá)250m/minDCX65065TiCN570.65-0.85適于各種淬硬鋼的斷續(xù)切削，合理匹配韌性與表面光潔度DBW85852Co-W-Al571.6, 2.38, 3.2,4.760.8良好的強(qiáng)度與耐磨性，用于HRC45淬硬鋼的斷續(xù)切削，珠光體鑄鐵，粉末燒結(jié)金屬，耐熱鎳合金，Co17%硬質(zhì)合金切削DBS900902-4用于斷續(xù)切削灰鑄鐵，硬鑄鐵，淬硬鋼，優(yōu)質(zhì)合金，燒結(jié)鐵與粉末燒結(jié)金屬ABM909010AIN-AIB用于灰鑄鐵與硬鑄鐵的切削與銑削加工元素六公司PCBN刀具材料性能與特點(diǎn)牌號CBN含量%CBN粒PCBN品種的顯微結(jié)構(gòu)PCBN品種的顯微結(jié)構(gòu)PDC刀具的應(yīng)用（DI公司

6、）牌號金剛石粒度m金剛石含量Vol%性能要求被加工材料1600490%良好的表面光潔度鋁，銅，貴金屬，復(fù)合木板，塑料1300592%高耐磨性14%SiAl合金，玻璃纖維，纖維板，多層復(fù)合木地板。PDC刀具的應(yīng)用（DI公司）牌號金剛石粒度金剛石含量性能要求PCBN刀具的應(yīng)用（DI公司）牌號CBN粒度mCBN含量%粘結(jié)劑mm導(dǎo)電性能性能用途BZN6000290%金屬導(dǎo)電高硬、高強(qiáng)、耐磨，抗沖擊強(qiáng)度好珠光體灰鑄鐵，刀具與模具鋼，表面硬化合金，粉冶金屬，Ni基，Co基合金B(yǎng)ZN7000S1582%陶瓷不導(dǎo)電高耐磨、高斷裂強(qiáng)度，化學(xué)穩(wěn)定性好45HRC硬鑄鐵，45HRC淬硬鋼，珠光體灰鑄鐵，粉治金屬，表面

7、硬化合金B(yǎng)ZN8200265%TiN導(dǎo)電高耐磨，高韌性，良好的化學(xué)穩(wěn)定性精車45HRC淬硬鋼，可以車代磨，刀具與模具鋼BZN9000475%Ti基導(dǎo)電耐磨，抗沖擊韌性好，化學(xué)穩(wěn)定性高粉冶金屬加工BZN9100290%Ti基導(dǎo)電良好的抗沖擊強(qiáng)度，與化學(xué)穩(wěn)定性鑄鐵，粉治鋼，液火鋼，工具鋼BZN HTC 2000250%Ti基導(dǎo)電耐磨性高，傳熱性好，化學(xué)穩(wěn)定性好45HRC淬火鋼，模具鋼BZN HTM2100250%TiN導(dǎo)電耐磨性高，抗沖擊強(qiáng)度好，化學(xué)穩(wěn)定性好淬火鋼，合金鋼，模具鋼P(yáng)CBN刀具的應(yīng)用（DI公司）牌號CBN粒度CBN含量%粘結(jié)不同材料PCD刀具的切削速度不同材料PCD刀具的切削速度典型

8、的PCBN刀具工作參數(shù)被加工材料工序EHWA刀頭牌號切削速度m/min給進(jìn)速度mm/rev進(jìn)刀量mm粗車精車淬硬鋼EB50/51/11602000.10.33.0EB28/29/37902000.20.5灰鑄鐵EB50/51/1140025000.10.83.0EB50/51/11/2840020000.10.61.0冷硬鑄鐵EB50/51/11/37X401500.11.05.0表面硬化合金EB50/51/11/37X502000.20.43.0EB28/29/37502000.25.0燒結(jié)鐵EB28/29/141003000.10.31.0典型的PCBN刀具工作參數(shù)被加工材料工序EHWA刀

9、頭牌號切削刀具耐磨性與強(qiáng)度的關(guān)系刀具耐磨性與強(qiáng)度的關(guān)系PCD/PCBN刀具制造工藝流程PCD/PCBN刀具制造工藝流程金剛石轉(zhuǎn)變?yōu)镻CD的原理金剛石轉(zhuǎn)變?yōu)镻CD的原理典型HPHT燒結(jié)原理典型HPHT燒結(jié)原理生產(chǎn)PCD/PCBN的壓機(jī)類型六面頂壓機(jī)（中國，美國） 兩面頂壓機(jī)（歐美、韓、日本）兩面頂凹砧式（俄羅斯、烏克蘭） BARS壓機(jī)（俄羅斯）生產(chǎn)PCD/PCBN的壓機(jī)類型六面頂壓機(jī)（中國，美國） 六面頂與兩面頂壓機(jī)的比較兩面頂?shù)膬?yōu)勢1、可生產(chǎn)更大直徑PCD/PCBN復(fù)合片。50，60，70-74，101.5mm。2、可生產(chǎn)超細(xì)粒度的PCD/PCBN。六面頂與兩面頂壓機(jī)的比較兩面頂?shù)膬?yōu)勢大直徑復(fù)

10、合片，可高效率加工刀具，節(jié)約材料與成本，控制刀具的質(zhì)量大直徑復(fù)合片，可高效率加工刀具，節(jié)約材料與成本，控制刀具的質(zhì)元素6公司研制PCD1（CTM302）和PCD6（CMX850）采取下列措施：1、采取雙峰值與多峰值粒度分布；2、提高裝填密度，提高耐磨性；加工18%SiAl合金PCD耐磨性比較（a) 表面光潔度比較（b)元素6公司研制PCD1（CTM302）和PCD6（CMX85美國DI公司（Diamond Innovations）研制Compax 1800 PCD。1、金剛石粒度25m/4m，采用雙峰值粒度分布。2、金剛石含量最高達(dá)94%。3、顯微結(jié)構(gòu)非常緊密，具有良好的耐磨性，抗沖擊強(qiáng)度，表

11、面光潔度。美國DI公司（Diamond Innovations）研制C美國Megadiamond公司研制新型中粒度PCD AMX，以滿足高速銑削加工硅鋁合金的要求1、嚴(yán)格控制金剛石粒度分布；2、添加微量增韌劑；3、將Co的預(yù)混與浸潤相結(jié)合，使Co均勻彌散在金屬相中。4、增加裝填密度，使D/D接觸最大化。5、控制好氧含量。6、采用HSC HP/HT燒結(jié)工藝，活化金剛石表面，提高其潤濕性，促進(jìn)與強(qiáng)化金剛石晶體之間的鍵接，減少燒結(jié)體的收縮與殘余應(yīng)力。美國Megadiamond公司研制新型中粒度PCD AMX，金剛石粒度的作用金剛石粒度的作用合成效果1、金屬第二相分布更均勻；2、顯微結(jié)構(gòu)更均勻。 原中

12、粒度復(fù)合片 新型AMX復(fù)合片 顯微結(jié)構(gòu)比較合成效果1、金屬第二相分布更均勻；3、抗彎強(qiáng)度提高4、電火花線切割性能更好3、抗彎強(qiáng)度提高4、電火花線切割性能更好現(xiàn)場試驗表明5、表面光結(jié)度更好6、每個刀片加工數(shù)量提高現(xiàn)場試驗表明5、表面光結(jié)度更好韓國日進(jìn)公司：CBN低含量PCBN刀具的研究高、低含量CBN的PCBN刀具對比性能CBN含量80%95%CBN含量30%70%高耐磨性高的化學(xué)穩(wěn)定性高的熱傳導(dǎo)性高的熱穩(wěn)定性粘結(jié)劑Co, Al混合Ti基陶瓷顯微結(jié)構(gòu)用途灰鑄鐵，高合金鑄鐵，超級合金，粉冶合金淬硬，滲碳鋼燒結(jié)淬硬粉冶合金韓國日進(jìn)公司：CBN低含量PCBN刀具的研究高、低含量CB韓國日進(jìn)公司：提高P

13、CBN刀具的耐磨性，熱穩(wěn)性和沖擊韌性，改進(jìn)CBN低含量PCBN刀具刀刃快速磨損與破裂。普通PCBN 新研制PCBN措施：1、CBN粒度細(xì)化2m；2、完善CBN與Ti基陶瓷粘結(jié)劑相互的彌散3、采用日進(jìn)公司特有的HP/HT合成工藝韓國日進(jìn)公司：提高PCBN刀具的耐磨性，熱穩(wěn)性和沖擊韌性，改效果：1、高速（150m/min）切削HRC5862淬硬鋼，車程5km，耐磨性提高1倍，表面粗糙度質(zhì)量也提高。效果：1、高速（150m/min）切削HRC5862淬硬鋼日本住友電氣公司：研制金剛石細(xì)粒度，高含量的高橫向斷裂強(qiáng)度的PCD刀具日本住友電氣公司：研制金剛石細(xì)粒度，高含量的高橫向斷裂強(qiáng)度的效果：PCD-A

14、的效果1、車削17%Si-Al合金耐磨性最好。2、車削17%Si-Al合金時壽命高。3、銑削12%Si-Al合金時性能最好，刀刃磨損寬度小。4、表面加工SiAl合金時，表面粗糙度最好。效果：PCD-A的效果1、車削17%Si-Al合金耐磨性最好日本住友電氣公司：研制高速高精密加工PCBN刀具1、刀具上采用TiAlN+TiCN陶瓷涂層。2、刀刃幾何設(shè)計上采用“Wiper刀面“在高精密切削中可采用更高給進(jìn)速率。3、為防止刀刃破裂，改善了TiN粘結(jié)強(qiáng)度。日本住友電氣公司：研制高速高精密加工PCBN刀具1、刀具上采日本佳友公司研制的新PCBN刀具效果1、刀具耐磨性提高2、高給進(jìn)量車削下刀刃不碎裂3、刀

15、具壽命提高。日本佳友公司研制的新PCBN刀具效果1、刀具耐磨性提高刀具設(shè)計刀具設(shè)計刀具焊接釬焊方法：1、單面加壓真空擴(kuò)散焊：熱態(tài)真空度1.310-2Pa，10mNi合金中間層，68007500焊接，壓力200MPa。2、熱等靜壓真空擴(kuò)散焊：瑞士QIH-32熱等靜壓壓機(jī)，6300C7300C，150MPa，3小時。3、空氣氣氛下感應(yīng)釬焊：釬焊溫度：6500-7200，焊料成分：Ag50%,Cu15.5%,Zn15.5%, Ni+Co3% cd16%4、氣氛保證下的高頻感應(yīng)焊接刀具焊接釬焊方法：金剛石刀具焊接設(shè)備金剛石刀具焊接設(shè)備刀具的加工與刃磨1、我國迪蒙特佳公司BDM-90/精密電火花-機(jī)械復(fù)

16、合工具磨床，可實(shí)現(xiàn)PCD/PCBN高精密加工。刀具的加工與刃磨1、我國迪蒙特佳公司刀具的加工與刃磨我國迪蒙特佳公司的精密數(shù)控電火花成型機(jī)床，精密數(shù)控電火花切割機(jī)床，精密數(shù)控銑 床。刀具的加工與刃磨我國迪蒙特佳公司的精密數(shù)控電火花成型機(jī)床，精刀具的加工與刃磨EWAG瑞士磨床刀具的加工與刃磨EWAG瑞士磨床Vollmer公司刀具的加工與刃磨激光切割PCD刀片Vollmer公司刀具的加工與刃磨激光切割PCD刀片激光切割質(zhì)量激光切割質(zhì)量激光切割效果激光切割效果Vollmer公司QWD750H型電磨蝕機(jī)床（wire erosion muchine）Vollmer公司QWD750H型電磨蝕機(jī)床（wire

17、erVollmar公司PCD/PCBN磨床Vollmar公司PCD/PCBN磨床PCD/PCBN的加工設(shè)備PCD/PCBN的加工設(shè)備PCD刀具的應(yīng)用（實(shí)例）加工類型加工材料刀具類型加工參數(shù)對比效果切削速度VC m/min給進(jìn)速度fz mm/rev切深pMm冷卻方式油泵頂蓋12%硅鋁合金CNGX120408PCD-A14000.3mm/rev0.2濕切每把刀可加工30005000件，比PCD-B刀具壽命提高3倍襯套加工燒結(jié)銅合金TPGN 160308PCD-A3000.07mm/rev0.008濕切可加工工件25003500件，比PCD-B刀壽命提高2倍噴油泵體銑劑57%SiAl壓鑄合金8刃端銑

18、刀682690mm/min0.5濃度15：1-20：1油乳膠液可加工工件402500件，壽命提高20倍液壓缸鏜孔壓鑄鋁合金4刃三臺陛鏜刀760.25mm/rev-油乳膠液可加工工件19200件，壽命提高16倍，節(jié)約成本75%離合器片14%SiAl合金AMX18300.30mm/rev3.2冷卻液可加工工件780件，壽命提高3.5倍活塞缸端面銑劑10% SiAl合金AMX20000.07mm/rev0.5冷卻液可加工12000件，壽命提高1.4倍活塞缸端面銑劑石墨鑄鐵SPMN0908F CMX8503008000.10.30.25合成油壽命為PCBN刀的25倍，為涂層硬質(zhì)合金刀的20倍PCD刀具的應(yīng)用（實(shí)例）加工類型加工材料刀具類型加工參數(shù)對比PCBN刀具的應(yīng)用（實(shí)例）加工類型加工材料刀具類型加工參數(shù)對比效果切削速度VC m/min給進(jìn)速度fz mm/rev切深pmm冷卻方式肥皂液瓶模具高速銑削5%Cr模具鋼HRC3825mm，12mm/2刃500R820F1600mm/min2600mm/min1.30.81.5致冷壓氣循環(huán)時間由365分鐘，減少到75分鐘，效率提高4.8倍傳動軸外圓精車滲碳鋼HR