高速切削已成為現代制造技術的一個主要發展方向。由于高速切削刀具的開發與應用直接影響高速切削的加工效率和加工質量，因此具有非常重要的意義。刀具技術的革新，除了刀具本身的幾何形狀、切削角度等的革新和改進外，刀具切削刃材質的開發和革新也是提高切削效率、降低切削成本的一個關鍵因素。 20世紀70年代中期以來，美國、德國、日本等工業發達國家先后開發聚晶金剛石(PCD)刀具并將其用于非金屬材料和有色金屬材料的高速切削加工，使生產效率獲得大幅度提高，切削費用成倍下降，因此被廣泛應用于汽車、航空、航天以建材等工業領域。

公司名稱 國別 牌號 金剛石平均粒徑(μm)

GE 美國 Compax-1600

Compax-1300

Compax-1500

Compax-1700 5

10

25

40

Element six

(原De Beers) 英國 Syndite-CTC002

Syndite-CTB002

Synd ite-CTB010

Syndite-CTB025

Syndite-CTH025 2

2

10

25

25

住友電工 日本 DA-200

DA-150

DA-100

DA-90 0.5

5

20+0.5

50

日本 韓國 CF

CM

CC 2

10

25

東名 日本 TDC-FM

TDC-98F2M

TDC-GM

TDC-SM

TDC-HM

TDC-SA

TDC-EpM

TDC-EM 1

1

3

7

10

16

20

36+16

2 PCD復合片的開發聚晶金剛石(PCD)復合片是由粒度為微米級的金剛石顆粒與Co、Ni 等金屬粉末均勻混合后，在高壓高溫下，在碳化鎢(WC)基材上燒結而成的一種刀坯新材料。PCD 復合片不僅具有金剛石高硬度、高耐磨性、高導熱性、低摩擦系數、低熱膨脹系數等優越性能，同時還具有硬質合金良好的強度和韌性。PCD 復合片還具有導電性，因此可用線切割機切割成所需刀頭，將刀頭焊接在刀體上，經過刃磨制成PCD 刀具。 目前國內外已有不少PCD 復合片的生產企業，主要生產廠商及產品牌號見表1。 3 PCD 刀具的動平衡由于PCD 刀具適宜于高速切削，因此旋轉式PCD 刀具的動平衡顯得特別重要。動平衡時，應根據刀具允許使用的最高轉速(nmax)和動平衡的精度等級(一般控制在G2.5級)，得到許用不平衡率eper值，則其允許的不平衡量可由下式計算 Uper=meper式中eper——許用不平衡率或偏心距(單位：g·mm/kg或微米) m——刀具質量(kg) 為了達到刀具的動平衡精度要求，常采用去重法(在刀具刀體的適當部位去除適當重量)使刀具的實際不平衡量≤允許不平衡量。 4 PCD刀具的適用范圍由于PCD刀具的性能優越，因此被廣泛用于非鐵金屬和非金屬材料的加工(見表2)。

非鐵金屬 鋁

鋁合金 汽車、摩托車：活塞、 汽缸、輪轂、傳動箱、泵體、進氣管、各種殼體零件等

飛機、機電：各種箱體、殼體、壓縮機零件等

精密機械：各種照相機，復印機，計量儀器零件等

通用機械：各種泵體、油壓機、機械零件等

銅

銅合金 內燃機船舶 ：各種軸、軸瓦、軸承、泵體等

電子儀器：各 種儀表、電機整流子、印制電路板等

通用機械 ：各種軸承、軸瓦、閥體、殼體等

硬質合金 各種閥座、汽缸等燒結品及半燒結品等

其它 鎂、鋅等各種有色金屬

非金屬 木材 各種硬木、人造板、人造耐磨纖維板及制品

增強塑料 玻璃纖維、碳纖維 增強塑料等

橡膠 紙用軋輥、橡膠環等

石墨 碳棒等

陶瓷 密封環、柱塞等燒結品 及半燒結品

在實際選用時，應根據PCD刀具的使用場合、被切削材料的特性以及加工的具體要求，選用適當牌號和粒徑的PCD復合片做刀具刀頭。一般情況下，復合片中金剛石體積濃度高或粒徑較大的耐磨性較好，金剛石體積濃度低或粒徑較小的則韌性較好。

5 HSK刀柄系統在高速旋轉條件下，PCD刀具的刀柄定位精度和夾持力是至關重要的。通常采用DIN69893-1 HSK刀柄系統(目前汽車制造業發動機生產線上所用絕大部分PCD刀具都采用HSK刀柄)。由于HSK刀柄系統采用雙重定位配合原則，在足夠的拉緊力作用下，HSK1:10空心工具錐柄和主軸錐孔、錐面及夾持平面之間同時接觸，產生摩擦，可提供封閉結構的徑向定位和平面夾緊定位，阻止任何軸向竄動。HSK刀柄具有靜、動態剛性高、扭矩傳遞大、徑向定位精確以及換刀重復精度高等特點。HSK刀柄系統的結構形式分別有A、B、C、D、E、F型，常用的有A、B、C、D型四種：A型為自動換刀型，B型為帶內冷卻孔的自動換刀型，C型為手工換刀型，D型為帶內冷卻孔的手工換刀型；刀柄凸緣直徑一般分為9個規格(分別為25、32、40、50、63、80、100、125、160mm)。

6 PCD刀具的刃磨 PCD復合片的硬度一般在HV4500~HV8000之間，僅次于金剛石的硬度(HV9000)，同時其硬度因生產廠或牌號的不同而不同。因此，如何解決PCD刀具的刃磨問題是加工、使用PCD刀具的關鍵。目前有兩種PCD刀具常用刃磨方法：

金剛石砂輪刃磨法 采用金剛石砂輪來刃磨PCD刀具，對所用機床要求較高：機床系統剛性好，進給機構精度高，有微進給機構，重復精度高，磨頭往復擺動平穩無沖擊，同時還需選用合適的金剛石砂輪。瑞士EWAG公司生產的RS系列機床尤其是RS15機床具有精度高、附件多并帶有刃磨PCD刀具(帶HSK刀柄)的附件等特點，是PCD刀具刃磨機床的代表。采用RS15機床刃磨PCD刀具，刀具尺寸精度可達0.001mm，表面粗糙度可達Ra0.08左右。

電蝕刃磨法 電蝕刃磨是將工件(PCD刀具)和電蝕輪(或鉬絲)形成正負電極，通過正負電極間放電，達到去除PCD的效果。電蝕刃磨法的PCD去除效果取決于電蝕輪(或鉬絲)與PCD刀具刃口間的間隙、走刀進給速度以及電壓高低、電流大小等。電蝕刃磨機床的特點是生產效率高，尺寸精度一般在.0.01mm左右，表面粗糙度在Ra0.25左右。德國VOLLMER公司的QM和QW系列機床是采用電蝕法刃磨PCD刀具的代表，其中的新產品QM110和QWD760都是五軸聯動數控機床。QM110是輪電蝕刃磨機床，用于直線形刃口的PCD刀具電蝕刃磨。QWD760是線電蝕刃磨機床，用于各種曲線形刃口的PCD刀具電蝕刃磨。

根據不同機床刃磨PCD刀具的適應范 圍，一般說來，對尺寸精度和表面粗糙度要求高的PCD鉸刀、鏜刀等，在RS15等機床上用金剛石砂輪刃磨；對PCD銑刀、鋸片和PCD木工刀具等，用QM110或QWD760機床進行電蝕刃磨，而用于強化地板開榫的PCD刀具和各種曲線形狀的PCD刀具，則采用QWD760機床電蝕刃磨。 7 結語上海工具廠有限公司通過技術改造，引進了PCD刀具(包含PCBN刀具)的先進生產設備，包括瑞士EWAG公司的RS15機床、德國VOLLMER公司的QM110和QWD760機床、德國SCHENCK公司的HSK刀柄動平衡機、ZOLLER公司的CNC刀具專用測量儀等。通過現有生產技術的配套，上工目前已能生產木工行業、印制電路板行業和汽車制造業所急需的各類PCD銑刀、鏜刀、鉸刀，成為國內目前唯一能配套生產帶HSK刀柄的PCD刀具的企業。