PCD刀具是通過(guò)把PCD復(fù)合片焊接到硬質(zhì)合金或者鋼的刀體上制成的。由于PCD復(fù)合片將單晶金剛石的高硬度、耐磨性、低摩擦系數(shù)和碳化鎢硬質(zhì)合金的高抗彎強(qiáng)度進(jìn)行了結(jié)合，因此PCD復(fù)合片不僅增加了抗彎強(qiáng)度，同時(shí)硬質(zhì)合金層易于焊接，使制作成品刀具變得容易。

近年來(lái)隨著汽車(chē)制造業(yè)大量采用輕型材料，如鋁合金、復(fù)合材料等，PCD刀具的應(yīng)用也大量增加。如在變速箱殼體的某些工序加工中，將原來(lái)采用的硬質(zhì)合金鏜刀改為金剛石刀具，刀具壽命可提高到數(shù)萬(wàn)件，其經(jīng)濟(jì)效益是非常明顯的。采用PCD刀具加工鋁合金時(shí)，由于金剛石硬度高，表面與金屬親和力小；且刀具前刀面都拋光成鏡面，不易產(chǎn)生積屑瘤；加工尺寸穩(wěn)定性以及表面質(zhì)量都很好。在Ra0．02～0．32i．zm的條件下，可獲得5～7級(jí)精度。采用PCD刀具加工各種規(guī)格鋁合金零件，表面粗糙度Ra≤0．I m，刀具壽命可達(dá)幾千到幾萬(wàn)件，尤其適合汽車(chē)零件的大規(guī)模生產(chǎn)。在中國(guó)汽車(chē)制造業(yè)中，應(yīng)用PCD刀具主要切削鋁合金發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、變速器的殼體、閥體、槽體、側(cè)蓋等零件。

由于PCD刀具的使用場(chǎng)合越來(lái)越廣泛，對(duì)PCD刀具制備工藝的研究也越來(lái)越重要，本文主要介紹了PCD刀具的焊接、線(xiàn)切割和研磨等關(guān)鍵工序。

1 制備PCD刀具的關(guān)鍵工序

1．1 PCD刀具的分類(lèi)
PCD刀具從結(jié)構(gòu)上主要分為整體式PCD刀具和焊接PCD刀片。近年來(lái)焊接式帶柄PCD刀具在汽車(chē)及其零部件行業(yè)發(fā)展迅速。主要有PCD銑刀、PCD鏜刀、PCD鉸刀或者以上兩種甚至三種以上刀具的組合
PCD刀具，刀柄形式主要為圓柱柄、BT柄(BT40和BT50)、SK柄(SK40和SK50)、HSK柄(HSK63和
HSK100)等。

焊接HSK柄PCD刀具在我國(guó)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱行業(yè)如上海大眾動(dòng)力總成有限公司、大眾變速器(上海)有限公司、奇瑞汽車(chē)、江淮發(fā)動(dòng)機(jī)、大眾一汽發(fā)動(dòng)機(jī)(大連)有限公司等廣泛使用。這種刀具(尤其是多齒刀具)的特點(diǎn)是切削刃對(duì)刀柄的跳動(dòng)小(如三倍直徑處HSK柄PCD刀具跳動(dòng)僅為0．003mm)。尤其適合對(duì)各種有色金屬零件的成型面、孔、階梯孔等進(jìn)行大批量高速加工。例如，采用鋁基體刀盤(pán)的PCD高速銑刀(6刃，直徑100mm)，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)20000r／min以上，切削速度可達(dá)7000m／min，適合于汽車(chē)零部件的成型面加工。

1．2 制備PCD刀具的關(guān)鍵工序
對(duì)于PCD刀具，特別是各種高精度(尺寸公差最高21xm)非標(biāo)組合PCD刀具的制備，PCD刀具的焊接、
切割和研磨(外圓和倒角等)工序最為關(guān)鍵。焊接不僅影響到PCD刀片的焊接強(qiáng)度，而且也會(huì)影響到PCD
切削刃的切削性能。對(duì)于形狀復(fù)雜，無(wú)法研磨的切削刃可以在五軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控慢走絲加工機(jī)床上經(jīng)過(guò)粗切
和精切得以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于需要研磨精加工的切削刃可由高精度的切割留下微小的研磨余量，一次精研達(dá)到要
求。

1．2．1 PCD刀具的焊接
對(duì)于PCD刀具，PCD復(fù)合片與硬質(zhì)合金或鋼基體的焊接非常重要，PCD的焊接方法主要有以下幾種：
激光焊接，真空擴(kuò)散焊，真空釬焊，高頻感應(yīng)釬焊等。PCD復(fù)合片的釬焊工藝是制約PCD刀具應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。眾所周知，硬質(zhì)合金的釬焊多采用高溫釬焊工藝(釬焊溫度約1000℃)，而PCD復(fù)合片必須采用低溫釬焊，否則就對(duì)PCD復(fù)合片造成熱損傷，影響其切削性能。而低溫釬焊的接頭強(qiáng)度往往較低，在刀具加工過(guò)程中很容易造成脫焊。目前，國(guó)內(nèi)眾多刀具生產(chǎn)廠(chǎng)家都受到PCD刀具熱損傷和脫焊矛盾的困擾。王適等在研究聚晶金剛石復(fù)合片高頻感應(yīng)釬焊時(shí)指出，高頻感應(yīng)釬焊PCD復(fù)合片時(shí)，焊接溫度對(duì)焊接強(qiáng)度的影響最大，董海等通過(guò)對(duì)聚晶金剛石(PCD)復(fù)合片的熱穩(wěn)定性研究，總結(jié)出其釬焊的安全溫度：在空氣氣氛下，釬焊SYNDITE PCD復(fù)合片時(shí)，CTB002的釬焊安全溫度應(yīng)低于650％，CTB010應(yīng)低于670℃，CTB025應(yīng)低于720％。另外在釬焊PCD復(fù)合片時(shí)應(yīng)首選含co量高的WC基硬質(zhì)合金即K類(lèi)硬質(zhì)合金，這樣有利于提高釬焊強(qiáng)度。目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)PCD刀具的廠(chǎng)家大部分都選用高頻焊。高頻焊接工藝最重要的是焊接溫度、焊接時(shí)間、保溫環(huán)境和保溫時(shí)間。一方面，焊接溫度直接影響PCD切削刃的內(nèi)部組織，如果焊接溫度過(guò)高，PCD切削刃會(huì)碳化，從而影響其切削性能；另一方面，如果焊接溫度過(guò)低，則會(huì)造成焊接不牢固。焊接時(shí)間指保持焊接溫度的時(shí)間，如果保溫時(shí)間不夠，則焊劑不能充分、均勻熔化，也會(huì)造成焊接不牢固。如果保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，PCD也會(huì)由于長(zhǎng)時(shí)間處在高溫下而影響其切削性能。如果焊接后的刀具放在空氣中冷卻，則會(huì)由于PCD和刀體之間的熱應(yīng)力過(guò)大造成焊接不牢固，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)PCD產(chǎn)生裂紋。焊接后的刀具最好是迅速放人一定溫度的真空或惰性氣體的介質(zhì)中保溫一定時(shí)間，緩慢冷卻。

1．2．2 PCD刀具的切割
對(duì)于PCD刀具，特別是各種高精度非標(biāo)組合PCD刀具的切割，需要數(shù)控五軸聯(lián)動(dòng)的慢走絲線(xiàn)切割機(jī)床
來(lái)加工。此類(lèi)機(jī)床以德國(guó)VOLLMER公司的QWD系列機(jī)床為代表。該機(jī)床采用電火花線(xiàn)切割加工PCD
刀具，由于采用先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)，加工出的多刃刀具的跳動(dòng)可控制在0．001inln，刀具表面粗糙度可達(dá)
Ra0．4 m。特別適合帶柄階梯鉆、銑刀、鋸片等多刃刀具的加工。一次輸入程序即可切割出階梯刀具、曲線(xiàn)刀具的刃、背、內(nèi)折線(xiàn)等幾何形狀，自動(dòng)化程度及加工精度均很高。不足之處就是切割表面粗糙度不如磨削表面，價(jià)格昂貴。薛建新等則指出電蝕刃磨法的尺寸精度一般在0．01mm，表面粗糙度在Ra0．25左右，其原理是將PCD刀具和電鉬絲形成正負(fù)電極，通過(guò)正負(fù)電極間放電達(dá)到去除PCD的效果。電蝕刃磨法的PCD去除效果取決于鉬絲與PCD刃口間的間隙、走刀進(jìn)給速度以及電壓高低、電流大小等。德國(guó)VOLLMER公司的QWD760是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，用于各種曲線(xiàn)形刃口的PCD刀具電蝕刃磨。
目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)PCD刀具的廠(chǎng)家很多，如上�，旂辍⒛暇┧{(lán)幟、鄭州鉆石、默克常州、上海威士上海山田等。但目前有數(shù)控五軸聯(lián)動(dòng)的慢走絲線(xiàn)切割機(jī)床不多，很多企業(yè)由于沒(méi)有這臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備造成很多高附加值的組合復(fù)雜PCD刀具無(wú)法加工，即使勉強(qiáng)加工出來(lái)，精度上也得不到保證。另外，對(duì)于有該種關(guān)鍵設(shè)備的公司，也應(yīng)不斷優(yōu)化切割工藝，盡量避免同時(shí)切割鋼基體和PCD復(fù)合片，只有這樣，才能確保PCD切削刃的質(zhì)量。

1．2．3 PCD刀具的研磨
PCD刀具的研磨分為外圓研磨和倒角研磨，研磨機(jī)床分別為外圓磨床和多軸手動(dòng)工具磨床。外圓磨床
以瑞士STUDER系列磨床為代表，多軸手動(dòng)工具磨床以瑞士EWAG公司的RS系列磨刀機(jī)為代表，采用陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪。陶瓷結(jié)合劑金剛石砂輪比樹(shù)脂結(jié)合劑和金屬結(jié)合劑金剛石砂輪在磨削PCD刀具時(shí)磨削效率高、耐用度高和加工成本低等特點(diǎn)。金剛石砂輪的粒度、濃度、結(jié)合劑等對(duì)PCD刀具的刃磨質(zhì)量及效率影響都很大，細(xì)粒度的砂輪能得到較低的磨削表面粗糙度。砂輪轉(zhuǎn)速對(duì)表面粗糙度的影響規(guī)律是高轉(zhuǎn)速和低轉(zhuǎn)速下的粗糙度值都較大，中間水平較好。也就是說(shuō)在試驗(yàn)條件下，存在一個(gè)最佳值。磨削壓力對(duì)表面粗糙度的影響規(guī)律與砂輪轉(zhuǎn)速的影響規(guī)律正相反，是中間水平下的粗糙度最大，磨削壓力為5．5Pa
與2．5Pa對(duì)應(yīng)的粗糙度幾乎元差別，這也和傳統(tǒng)的磨削規(guī)律不同。一般在滿(mǎn)足加工質(zhì)量要求的前提下，盡量選擇粒度大的砂輪，粗磨時(shí)的粒度為221xm，半精磨時(shí)粒度為15txm，精磨時(shí)可選用9lxm。目前比較好的金剛石砂輪是TYROLIT，因?yàn)樗慕饎偸帕惺怯行虻�，其磨除�?/span>(每分鐘PCD的磨除體積)為無(wú)序排列的2O一3O倍，刃磨的效率高，但其成本高。除了對(duì)金剛石砂輪有嚴(yán)格要求以外，對(duì)磨削壓力、冷卻液也有嚴(yán)格的要求。其刃磨的最佳轉(zhuǎn)速應(yīng)為2500r／rain(砂輪的直徑為150mm)。冷卻液的濃度為4％，磨削壓力為150N，磨出的PCD刀具表面粗糙度能達(dá)到RaO．0121xm。
由于瑞士STUDER外圓磨床(如s2O)和瑞士EWAGRS系列多軸手動(dòng)工具磨床(如RS15)價(jià)格昂貴(單
臺(tái)價(jià)格都在人民幣200萬(wàn)左右)，很多PCD刀具生產(chǎn)企業(yè)特別是內(nèi)資企業(yè)沒(méi)有此類(lèi)關(guān)鍵設(shè)備。即使有些企
業(yè)購(gòu)買(mǎi)了此種設(shè)備，也需要有技術(shù)熟練、態(tài)度認(rèn)真的操作工加上專(zhuān)用的金剛石砂輪和正確的磨削參數(shù)才有
可能制造出微米級(jí)( 級(jí))精度的PCD刀具。

2 結(jié)論
目前我國(guó)刀具技術(shù)與國(guó)外的主要差距之一在刀具制備工藝技術(shù)上。對(duì)于PCD刀具，由于可以直接購(gòu)
買(mǎi)國(guó)外高品質(zhì)的PCD復(fù)合片，所以PCD刀具的制備工藝技術(shù)則顯得尤為重要。而對(duì)于PCD刀具，制備過(guò)程中最關(guān)鍵的工序?yàn)?/span>PCD復(fù)合片與刀體的焊接、PCD刀具的線(xiàn)切割和PCD刀具的研磨等，這些關(guān)鍵工序在很大程度上決定了PCD刀具使用過(guò)程中的加工精度和刀具壽命。