钻铣削氧化锆陶瓷、CFRP复合材料,为什么都在选CVD金刚石涂层刀具?_郑州华菱超硬材料有限公司-专业硬材料加工工具的开拓者
超硬刀具国产化的先驱
专业硬材料加工工具的开拓者
绿色高效工具
示范工程
让世界不再有难加工
的材料
热线电话:
400-119-3315
0371-86566583

常见问题

钻铣削氧化锆陶瓷、CFRP复合材料,为什么都在选CVD金刚石涂层刀具?

发布日期:2022-11-17 17:30:31

导读:CVD金刚石涂层刀具在石墨电极、MMC金属基复合材料等领域的应用

 CVD金刚石涂层刀具作为金刚石(PCD)刀具的一种,在石墨电极铣削、MMC金属基复合材料钻铣、CFRP复合材料钻铣削、氧化锆陶瓷钻铣削等领域的应用十分广泛。凭借其硬度高、耐磨性强且与非铁金属亲和力小等优点,CVD金刚石涂层刀具成为了加工石墨电极、氧化锆陶瓷、MMC金属基复合材料、CFRP复合材料等一系列难加工材料的不二选择,今天笔者就根据相关经验来和大家聊一聊CVD金刚石涂层刀具在石墨电极、MMC金属基复合材料等领域的应用,在这之前,我们需要对金刚石(PCD)刀具有一个大致的了解~

 
金刚石(PCD)刀具按其结构分为:PCD铰刀、PCD铣刀、PCD车刀、PCD钻头、CVD金刚石涂层刀具及其他非标成型刀等
 
金刚石刀具种类详情.jpg
金刚石刀具的种类
 
其中,CVD金刚石涂层刀具又分为CVD金刚石薄膜涂层刀具和CVD金刚石厚膜涂层刀具。由于CVD金刚石薄膜易于制造复杂型面刀具,可以适用于任何形状的基体,所以在钻头、立铣刀、带断屑槽的金刚石刀片中应用较多,而CVD金刚石厚膜刀具是采用CVD(化学气相沉积)法在Mo基体上沉积0.3-1.3mm厚的金刚石膜,然后通过焊接工艺将CVD金刚石厚膜焊接到硬质合金或其他材质的基体上形成的CVD金刚石厚膜涂层刀具或刀片,多用于车刀等金刚石刀具上。了解完了这些,我们就来看看CVD金刚石涂层刀具的应用~
 
一、CVD金刚石涂层刀具在石墨电极铣削中的应用
 
具备高磨蚀性、耐高温、导电性能良好等一系列特性的石墨,在模具、坩埚、电极、电池、电刷等领域的应用十分广泛,特别是石墨电极,以及新能源汽车电池中的石墨板更是非常常见,但由于石墨质坚而脆,在传统的加工过程中很容易产生崩损,造成工件报废,而具备高硬度、高耐磨性,足够的强度和冲击韧性的金刚石刀具,逐渐成为了石墨加工的主流刀具。在石墨加工领域,目前除了CDW302材质和CDW010材质的PCD车刀,常用的CVD金刚石涂层刀具主要以HPD系列石墨专用铣刀为主。
 
作为石墨加工的专用刀具,HPD系列石墨铣刀的刃口经过特殊优化,能有效减小切削阻力,效率更高,同时可在切削速度比硬质合金刀具高2-3倍的情况下对石墨制品进行高效加工,满足加工中心大批量、高效率、高精度的加工要求, 另外,HPD系列石墨铣刀锋利耐磨的特性也能减少换刀次数,可以提高近10-20 倍刀具使用寿命,也正是由于这一系列的原因,才让CVD金刚石涂层刀具才成为了石墨加工中的宠儿。
 
金刚石刀具加工石墨工件现场.jpg 
金刚石刀具加工石墨工件现场
 
二、CVD金刚石涂层刀具在MMC金属基复合材料钻铣中的应用
 
金属基复合材料(MMC)是以金属或合金为基体,以纤维、晶须、颗粒等为增强体的复合材料,按基体材料类型可将其分为:铝基复合材料、镍基复合材料、钛基复合材料、镁基复合材料、锌基复合材料、铜基复合材料、铅基复合材料、耐热金属基复合材料、金属间化合物基复合材料等复合材料。
 
按增强体(种类和形态)可将其分为:连续纤维增强金属基复合材料、非连续增强金属基复合材料、层状复合材料和自生增强复合材料等。
 
这些金属基复合材料(MMC)不仅保持了金属本身的特性,还通过不同基体和增强物的优化组合获得了复合材料的综合特性,具备高比强度、高比模量、良好的导热性、导电性、耐磨性、高温性能、低的热膨胀系数、高的尺寸稳定性等优异的综合性能,在汽车、电子、航空、航天等领域的应用十分广泛。
 
有数据显示,在陆上运输领域消耗的金属基复合材料(MMC)中,仅汽车驱动轴的用量就超过了50%,而汽车和列车的刹车件用量也超过了30%,除此之外,还有连杆、缸套、活塞等零部件也会用到MMC金属基复合材料(铝基复合材料)。
 
广泛的应用以及一系列优异的材料性能,让金属基复合材料(MMC)的加工也变得异常困难,传统的硬质合金刀具、高速钢刀具已经无法满足加工金属基复合材料的切削加工,特别是精加工的要求,直到为解决金属基复合材料的切削加工难题而生的PCD刀具和CVD金刚石涂层刀具(聚晶金刚石刀具)的出现才弥补了传统刀具的不足。
 
有数据显示,以华菱超硬金刚石刀具为代表的的PCD刀具和CVD金刚石涂层刀具(聚晶金刚石刀具)在加工金属基复合材料(MMC)不仅能获得较好的加工表面光洁度,还能大幅提升刀具的使用寿命(50-100倍),目前常用的金刚石刀具除了CDW010、CDW025和CDW302系列的PCD刀具,HPD系列的CVD金刚石涂层刀具(金刚石涂层刀具)在加工金属基复合材料(MMC)时的表现也相当优异。
 
HPD系列CVD金刚石涂层刀具及加工现场图示.jpg
HPD系列CVD金刚石涂层刀具及加工现场图示
 
三、CVD金刚石涂层刀具在CFRP复合材料铣削中的应用
 
CFRP复合材料又称碳纤维增强聚合物基复合材料,是具有碳材料的固有本性特征,又兼备了纺织纤维的柔软可加工性的一种力学性能优异的新材料,其强度是钢铁的5倍,重量却只有钢的1/5,除此之外,CFRP复合材料还具备良好的耐热性(可以耐受2000℃以上的高温)以及抗热冲击性,在航空航天、医疗器械、汽车工业等领域的应用十分广泛。
 
但在加工过程中,由于CFRP复合材料内部的不均匀性经常会出现拉丝和脱离,并且还会产生大量的切削热,但又不能使用冷却液,会造成刀具快速磨损,即便是耐热性和抗氧化性好的硬质合金刀具在切削加工CFRP复合材料时,也会出现刀具磨损严重,零件外表面粗糙有撕裂痕迹,切削加工中需要频繁换刀、磨刀,加工效率低等一系列问题,除了硬质合金刀具,目前CFRP复合材料加工的刀具还有CDW010材质的聚晶金刚石(PCD)刀具、和HPD系列的CVD金刚石涂层刀具,其中CVD金刚石涂层刀具是在硬质合金整体刀具或PCD刀片的基体上做金刚石涂层,可使切削刃耐磨性更高,不仅拥有金刚石的高硬度和耐磨性,而且能在较长的加工周期内保持原有刀具的几何结构,保证加工效果。
 
HPD系列CVD金刚石涂层刀具图示.jpg 
HPD系列CVD金刚石涂层刀具图示
 
四、CVD金刚石涂层刀具在氧化锆陶瓷钻铣削中的应用
 
氧化锆陶瓷是一种化学、物理性能都十分优异的金属氧化物陶瓷材料,在所有的金属氧化物陶瓷材料中,氧化锆陶瓷的高温热稳定性、隔热性能最好,是做陶瓷涂层和高温耐火制品最佳材料,其高强度、高硬度、高耐磨性也让其成为了制作切削工具、模具轴承的首选材料,再加上氧化锆陶瓷结构稳定、无毒、生物相容性良好、耐腐蚀、机械强度较高,还被广泛应用在医疗卫生行业,尤其是口腔医学领域(烤瓷牙)。
 
上面也说了,氧化锆陶瓷可用作切削工具,氧化锆陶瓷的加工难度可想而知,并且由于氧化锆陶瓷加工余量大,未烧体或焙烧体在粗加工时易于出现强度不足或表面加工缺陷,烧结时不能保持均匀收缩等问题,而达不到最终的要求,精加工时还需要考虑热变形和热处理产生的黑皮,以至于加工效率低,生产成本高。
 
目前氧化锆陶瓷的切削、铣削以及钻孔常用的刀具多为PCD刀具,其中PCD车刀、PCD铣刀多用CDW010系列,CVD金刚石涂层刀具多用HPD系列,相较于传统的硬质合金刀具,该系列的PCD刀具不仅能够保证加工工件的表面质量,还能够提高加工效率,降低生产成本,适合大批量生产加工。
 
氧化锆陶瓷工件(烤瓷牙)图示.jpg
氧化锆陶瓷工件(烤瓷牙)图示
 
金刚石(PCD)刀具具体的型号以及切削参数选择,还需要根据加工工件的材质以及相关的工况进行选择,为了方便大家理解,笔者整理了如下表格以供参考:
 
金刚石(PCD)刀具常见型号以及切削参数.jpg 
金刚石(PCD)刀具常见型号以及切削参数
 
以上就是笔者对于金刚石(PCD)刀具的分类以及CVD金刚石涂层刀具在石墨电极铣削、MMC金属基复合材料钻铣、CFRP复合材料钻铣削、氧化锆陶瓷钻铣削等领域应用的一些浅见,如果你也有关于CVD金刚石涂层刀具的应用及选择问题,可以随时在评论区和我们一起交流、探讨~

联系我们

华菱超硬官方网站
销售热线:400-119-3315 联系电话:0371-86566583 邮编:450001 传真:0371-67981990 豫ICP备16033243号