PCBN刀具在中国市场的应用现状与思考

　　金刚石刀具的定向包含二方面的概念：（1）刀具定向：确定将刀具的前、后刀面放置于金刚石的哪个晶面上，从而获得较高的使用性能和较长的刀具寿命；（2）晶体定向：对于一颗金刚石单晶，怎样找正其晶轴方向，从而使刀具的刀面精确放置于设计的晶面上。

 

　　1.刀具定向

 

　　刀具定向方案的确定与其在切削加工中的磨损机理有关。

 

　　早期的理论认为，金刚石刀具的磨损形式为碎裂和机械磨损，刀具定向多采用（110-110）方案，即将刀具的前刀面与后刀面同时放置于两个互相垂直的（110）面上，此时前刀面切屑的流向、后刀面与已加工表面的摩擦方向都处在（110）面的最难磨方向上。由于（110）面的软方向是整个晶体中最软的方向，因此此方案的工艺性最好。

 

　　进一步的研究表明，金刚石刀具的磨损形式还应包括热退化和腐蚀等化学磨损形式，且在某些情况下，化学磨损形式占主导地位。大量实验结果还表明，（100）面较其它晶面具有更高的抗应力、腐蚀和热退化能力。基于这些事实，（110-100）定向方案得以广泛采用。此方案中刀具前刀面为（110）面，后刀面为（100）面，虽然前刀面与切屑的摩擦方向处在（110）面的最软方向，但在磨损最剧烈的后刀面上，摩擦方向处在（100）的最难磨方向，在保持抗机械磨损能力的同时，提高了后刀面抗其它磨损的能力。这种定向方案的另一优点是可以节约金刚石材料，因为金刚石原石一般在（110）面的〈100〉方向具有最大长度。

 

　　金刚石刀具的磨损是一个非常复杂的物理和化学过程，在不同条件下加工不同工件时，各种磨损形式所占的比例会发生变化，因此对金刚石刀具的定向应根据其在加工中的主要磨损形式来选择合理的定向方案。

 

　　加工陶瓷、玻璃等硬脆材料或加工中因机器精度等原因导致振动较大时，刀具的磨损多以微小碎裂为主，因此刀具定向方案应使刀刃具有最高强度，可以选用（100-100）定向。

 

　　加工活塞等硅铝合金工件时，由于材料中含有很多硅化合物硬质点，刀具机械磨损的比重较大，因此采用（110-110）定向能取得较好的加工效果。

 

　　加工一些复杂成份的非金属材料时，化学磨损可能成为最主要的磨损形式，因此大多采用（110-100）甚至（100-100）定向方案。

 

　　定向方案的确定还需综合考虑刀具制造的工艺性。（110）面的易磨方向比（100）面的易磨方向软，所以（110）面具有更好的工艺性。而（111）面的任何方向均不易磨，一般应予避开。

 

　　2.晶体定向

 

　　晶体定向的方法可分为采用仪器定向和人工目测定向。仪器定向的误差可控制在1°以内，定向精度较高，但需要昂贵的设备且操作复杂。此外，究竟采用仪器定向的刀具比人工目测定向的刀具具有多大优越性、寿命能提高多少，以及定向误差超过多大时会使刀具性能明显降低，有关这方面的研究文献并不多见。目前一般的金刚石刀具制造厂家多采用人工目测定向。

 

　　人工目测定向是根据原石晶面的数目及相对位置来确定晶体的晶轴位置与方向。如对于八面体晶体，通过三对对称顶点连接而成的三条相互垂直的直线即为晶体的X、Y、Z轴线。所以八面体的晶面为（111）面；垂直于轴线磨去其顶点得到的八个正方形为（100）面；与交成其棱边的两个面等角度地磨去棱边，即得到（110）面。

 

　　十二面体晶体有六个由四条棱边交成的顶点，通过对称顶点的连线即为其晶轴。其十二个表面为（110）面；六个四条棱边交成的顶点代表（100）面；八个三条棱边交成的顶点代表（111）面。

 

　　人工目测晶体定向是一种快速易行、省工省时的定向方法，当遇到残缺和不规则的晶体或加工后的刀具时，也可以根据金刚石各晶面及晶面上易磨与难磨方向之间的相互位置关系，通过一些局部、不连贯的晶向线索找到需要的晶面。