国外切削加工用PCD与PCBN的发展与应用课件

1、2009.6.28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/PCBN刀具市场的发展由磨削至车削，以车代磨的发展，PCD刀具世界市场的分布PCD刀具世界市场的分布PCD刀具市场的增长2006年全球使用PCD刀具市场为490M美元。

2、PCD刀具市场的增长2006年全球使用PCD刀具市场为490PCBN工具的应用PCBN工具的应用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。PCBN刀具市场发展趋势高效、高速、高精密切削加工促使PCB元素6公司PCD刀具复合片性能与用途Syndite牌号金刚石粒度m复合片尺寸直径厚度mmPCD层厚度mm性能用途CTC0022741.6,2,3.20.5显微结构优化刀刃不易碎裂复合木地板，刨花板锯切CTB0022741.6,2,3.20.5由细粒金刚石加工而成用于密精加工，高的表面光洁度CTB01010741.6,2,3.20.5

3、为通用品种广泛用于耐磨工件精加工与粗加工CTB02525741.6,2,3.20.5高的耐磨性，寿命长用于高速切削与干切削CTH02525741.6,2,3.20.5刀具加工（磨削与电火花）加工性好磨削加工中其耐磨性进一步优化与改进STM3022，30741.6,2,3.20.5非常耐磨，韧性好，良好的刀刃质量用于灰铸铁，金属复合材料，双金属，高SiAl合金CMX8501601.6,2,3.20.5细粒聚晶，均质结构，耐磨，良好的加工性能，高的断裂韧性用于铝合金，钛合金，铜合金，陶瓷与塑料的铣削与粗车，并可用于镜面抛光加工元素6公司PCD刀具复合片性能与用途Syndite金刚石粒度PCD品种显

4、微结构PCD品种显微结构不同公司生产的PCD刀具材料比较金刚石粒度元素6公司GE公司梅加公司佳友公司二和公司2mCTB0021600MD200DA200EP1110mCTB0101300MD400EP5525mCTB0251500MD600EP5925m+4mCTM3021800E29不同公司生产的PCD刀具材料比较金刚石粒度元素6公司GE公司元素六公司PCBN刀具材料性能与特点牌号CBN含量%CBN粒度mm粘结剂mm复合片直径mmCBN层厚度mm用途DCN45045亚微米TiCN570.65-0.85断续硬切削与精铣，高速连续切削DCC500501.5TiC570.65-0.85寿命长可高速

5、切削，切速可达250m/minDCX65065TiCN570.65-0.85适于各种淬硬钢的断续切削，合理匹配韧性与表面光洁度DBW85852Co-W-Al571.6, 2.38, 3.2,4.760.8良好的强度与耐磨性，用于HRC45淬硬钢的断续切削，珠光体铸铁，粉末烧结金属，耐热镍合金，Co17%硬质合金切削DBS900902-4用于断续切削灰铸铁，硬铸铁，淬硬钢，优质合金，烧结铁与粉末烧结金属ABM909010AIN-AIB用于灰铸铁与硬铸铁的切削与铣削加工元素六公司PCBN刀具材料性能与特点牌号CBN含量%CBN粒PCBN品种的显微结构PCBN品种的显微结构PDC刀具的应用（DI公司

6、）牌号金刚石粒度m金刚石含量Vol%性能要求被加工材料1600490%良好的表面光洁度铝，铜，贵金属，复合木板，塑料1300592%高耐磨性14%SiAl合金，玻璃纤维，纤维板，多层复合木地板。PDC刀具的应用（DI公司）牌号金刚石粒度金刚石含量性能要求PCBN刀具的应用（DI公司）牌号CBN粒度mCBN含量%粘结剂mm导电性能性能用途BZN6000290%金属导电高硬、高强、耐磨，抗冲击强度好珠光体灰铸铁，刀具与模具钢，表面硬化合金，粉冶金属，Ni基，Co基合金BZN7000S1582%陶瓷不导电高耐磨、高断裂强度，化学稳定性好45HRC硬铸铁，45HRC淬硬钢，珠光体灰铸铁，粉治金属，表面

7、硬化合金BZN8200265%TiN导电高耐磨，高韧性，良好的化学稳定性精车45HRC淬硬钢，可以车代磨，刀具与模具钢BZN9000475%Ti基导电耐磨，抗冲击韧性好，化学稳定性高粉冶金属加工BZN9100290%Ti基导电良好的抗冲击强度，与化学稳定性铸铁，粉治钢，液火钢，工具钢BZN HTC 2000250%Ti基导电耐磨性高，传热性好，化学稳定性好45HRC淬火钢，模具钢BZN HTM2100250%TiN导电耐磨性高，抗冲击强度好，化学稳定性好淬火钢，合金钢，模具钢PCBN刀具的应用（DI公司）牌号CBN粒度CBN含量%粘结不同材料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刀具工作参数被加工材料工序EHWA刀头牌号切削速度m/min给进速度mm/rev进刀量mm粗车精车淬硬钢EB50/51/11602000.10.33.0EB28/29/37902000.20.5灰铸铁EB50/51/1140025000.10.83.0EB50/51/11/2840020000.10.61.0冷硬铸铁EB50/51/11/37X401500.11.05.0表面硬化合金EB50/51/11/37X502000.20.43.0EB28/29/37502000.25.0烧结铁EB28/29/141003000.10.31.0典型的PCBN刀具工作参数被加工材料工序EHWA刀

9、头牌号切削刀具耐磨性与强度的关系刀具耐磨性与强度的关系PCD/PCBN刀具制造工艺流程PCD/PCBN刀具制造工艺流程金刚石转变为PCD的原理金刚石转变为PCD的原理典型HPHT烧结原理典型HPHT烧结原理生产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）生产PCD/PCBN的压机类型六面顶压机（中国，美国） 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。50，60，70-74，101.5mm。2、可生产超细粒度的PCD/PCBN。六面顶与两面顶压机的比较两面顶的优势大直径复

10、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)元素6公司研制PCD1（CTM302）和PCD6（CMX85美国DI公司（Diamond Innovations）研制Compax 1800 PCD。1、金刚石粒度25m/4m，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

11、面光洁度。美国DI公司（Diamond Innovations）研制C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。美国Megadiamond公司研制新型中粒度PCD AMX，金刚石粒度的作用金刚石粒度的作用合成效果1、金属第二相分布更均匀；2、显微结构更均匀。 原中

12、粒度复合片 新型AMX复合片 显微结构比较合成效果1、金属第二相分布更均匀；3、抗弯强度提高4、电火花线切割性能更好3、抗弯强度提高4、电火花线切割性能更好现场试验表明5、表面光结度更好6、每个刀片加工数量提高现场试验表明5、表面光结度更好韩国日进公司：CBN低含量PCBN刀具的研究高、低含量CBN的PCBN刀具对比性能CBN含量80%95%CBN含量30%70%高耐磨性高的化学稳定性高的热传导性高的热稳定性粘结剂Co, Al混合Ti基陶瓷显微结构用途灰铸铁，高合金铸铁，超级合金，粉冶合金淬硬，渗碳钢烧结淬硬粉冶合金韩国日进公司：CBN低含量PCBN刀具的研究高、低含量CB韩国日进公司：提高P

13、CBN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2m；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合成工艺韩国日进公司：提高PCBN刀具的耐磨性，热稳性和冲击韧性，改效果：1、高速（150m/min）切削HRC5862淬硬钢，车程5km，耐磨性提高1倍，表面粗糙度质量也提高。效果：1、高速（150m/min）切削HRC5862淬硬钢日本住友电气公司：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效果：PCD-A

14、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。效果：PCD-A的效果1、车削17%Si-Al合金耐磨性最好日本住友电气公司：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。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

15、具寿命提高。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设计刀具设计刀具焊接钎焊方法：1、单面加压真空扩散焊：热态真空度1.310-2Pa，10mNi合金中间层，68007500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，6300C7300C，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刀具焊接钎焊方法：金刚石刀具焊接设备金刚石刀具焊接设备刀具的加工与刃磨1、我国迪蒙特佳公司BDM-90/精密电火花-机械复

16、合工具磨床，可实现PCD/PCBN高精密加工。刀具的加工与刃磨1、我国迪蒙特佳公司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。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，精刀具的加工与刃磨EWAG瑞士磨床刀具的加工与刃磨EWAG瑞士磨床Vollmer公司刀具的加工与刃磨激光切割PCD刀片Vollmer公司刀具的加工与刃磨激光切割PCD刀片激光切割质量激光切割质量激光切割效果激光切割效果Vollmer公司QWD750H型电磨蚀机床（wire erosion muchine）Vollmer公司QWD750H型电磨蚀机床（wire

17、erVollmar公司PCD/PCBN磨床Vollmar公司PCD/PCBN磨床PCD/PCBN的加工设备PCD/PCBN的加工设备PCD刀具的应用（实例）加工类型加工材料刀具类型加工参数对比效果切削速度VC m/min给进速度fz mm/rev切深pMm冷却方式油泵顶盖12%硅铝合金CNGX120408PCD-A14000.3mm/rev0.2湿切每把刀可加工30005000件，比PCD-B刀具寿命提高3倍衬套加工烧结铜合金TPGN 160308PCD-A3000.07mm/rev0.008湿切可加工工件25003500件，比PCD-B刀寿命提高2倍喷油泵体铣剂57%SiAl压铸合金8刃端铣

18、刀682690mm/min0.5浓度15：1-20：1油乳胶液可加工工件402500件，寿命提高20倍液压缸镗孔压铸铝合金4刃三台陛镗刀760.25mm/rev-油乳胶液可加工工件19200件，寿命提高16倍，节约成本75%离合器片14%SiAl合金AMX18300.30mm/rev3.2冷却液可加工工件780件，寿命提高3.5倍活塞缸端面铣剂10% SiAl合金AMX20000.07mm/rev0.5冷却液可加工12000件，寿命提高1.4倍活塞缸端面铣剂石墨铸铁SPMN0908F CMX8503008000.10.30.25合成油寿命为PCBN刀的25倍，为涂层硬质合金刀的20倍PCD刀具的应用（实例）加工类型加工材料刀具类型加工参数对比PCBN刀具的应用（实例）加工类型加工材料刀具类型加工参数对比效果切削速度VC m/min给进速度fz mm/rev切深pmm冷却方式肥皂液瓶模具高速铣削5%Cr模具钢HRC3825mm，12mm/2刃500R820F1600mm/min2600mm/min1.30.81.5致冷压气循环时间由365分钟，减少到75分钟，效率提高4.8倍传动轴外圆精车渗碳钢HR