PCD金刚石刀具的加工工艺

(1)切割工艺

PCD硬度高，耐磨性良好，切割工艺难度高。具体切割工艺特点比较见表。

几种切割工艺的特点比较

综上，电火花加工最佳。电火花加工效率及PDC表面质量与电极质量、PCD粒度、层厚，特别是切削速度有关。实验表明，切削速度过高会影响PDC表面质量，过低会引起“拱丝”，影响切割效率。随着刀片厚度增加，切割速度会降低。

(2)焊接工艺

PDC与刀体的连接方式有机械夹固、粘接和钎焊。钎焊是将PDC压制在硬质合金基体上，方法包括真空钎焊、真空扩散焊接、高频感应加热钎焊、激光焊接等。高频感应加热钎焊低成本，高回报，获得了广泛应用。焊接质量与焊剂、焊接合金和焊接温度有关。焊接温度(一般低于700℃)影响最大，温度过高，容易引起PCD石墨化，甚至“过烧”，直接影响焊接效果，而温度过低会导致焊接强度不足。通过保温时间和PCD变红的深浅程度可以控制焊接温度。连接方式比较见表。

表 PDC刀片与刀杆连接方式的特点和应用

(3)刃磨工艺

PCD刀具刃磨工艺难度高，是制造工艺的关键。刃磨一般要求主切削刃有一定的直线度，无锯齿和崩刃，刃口锯齿峰值在5μm以内，圆弧半径在4μm以内;前、后刀面保证一定的表面光洁度，甚至将前刀面Ra降至0.01μm，达到镜面要求，使切屑沿前刀面流动、预防粘刀[17]。

刃磨工艺包括金刚石砂轮机械刃磨、电火花刃磨(EDG)、金属结合剂超硬磨料砂轮在线电解修整刃磨(ELID)、复合刃磨加工。其中，金刚石砂轮机械刃磨最成熟，应用最广。

相关实验[18]得出：①粗颗粒砂轮会导致严重的刃口崩缺，且砂轮粒度下降，刃口质量呈变好的趋势;②砂轮粒度与细颗粒或超细颗粒PCD刀具的刃口质量关系密切，但对粗颗粒PCD刀具作用有限。

国内外相关研究主要集中在刃磨机理[19-23]及工艺上。刃磨机理中，占主导的是热化学去除和机械去除，脆性去除和疲劳去除比例相对较小。刃磨时，要根据不同结合剂金刚石砂轮的强度、耐热性等特点，尽可能提高砂轮转速和摆频，避免脆性和疲劳去除，提高热化学去除比例，降低表面粗糙度。干磨削的表面粗糙度较低，但容易因加工温度过高，烧伤刀具表面[24]。

刃磨工艺方面需要注意：①选择合理的刃磨工艺参数，可以使刃口质量更加优异，前、后刀面表面光洁度更高。但也要综合考虑磨削力高、砂轮损耗大、刃磨效率低、成本高等问题;②选择合理的砂轮质量，包括结合剂种类，砂轮粒度、浓度、结合剂、砂轮修整，配以合理的干湿刃磨条件，可以优化刀具前后角、刀尖钝化值等参数，同时提高刀具的表面质量。

不同结合剂金刚石砂轮特性不同，刃磨机理及效果也不同。树脂结合剂金刚石砂轮较软，磨粒易过早脱落，不耐热，表面受热易变形，刃磨表面易产生磨痕，粗糙度大;金属结合剂金刚石砂轮通过磨粒局部破碎保持锋利状态，成型性好，表面平整，刃磨表面粗糙度低，效率较高，但对磨粒的结合能力太强使磨具自锐性差，且刃口容易留下冲击缺口，造成边缘严重破坏;陶瓷结合剂金刚石砂轮强度适中，自励性好，内部气孔较多，有利于排屑和散热，可以适应各种冷却液，磨削温度较低，砂轮磨损较小，形状保持性好，工件精度高，效率最高，但金刚石磨粒和结合剂组成的脱落体容易导致刀具表面结合剂处形成凹坑[24]。使用时要根据加工材料，综合磨削效率、磨具耐用度及工件表面质量进行合理选择。

磨削效率方面的研究主要集中在提高生产率和控制成本上，一般作为评价标准的是磨削率Q(单位时间内PCD去除量)和磨耗比G(PCD去除量与砂轮损耗量之比)。

德国学者KENTER以恒定压力磨削PCD刀具，试验得出[19-21]：①增大砂轮转速、PDC粒度和冷却液浓度，磨削率与磨耗比均减小;②增大磨粒粒度，增大恒定压力，增大砂轮中金刚石的浓度，磨削率与磨耗比均增大;③结合剂种类不同，磨削率与磨耗比不同。KENTER系统研究了PCD刀具的刃磨工艺，但没有系统分析刃磨工艺对刃磨质量的影响。