高压整体烧结PCD钻头的制备与应用
由美国犹他州的PrecorpInc.公司开发并拥有技术专利、商标名称为DiaEdge的高压整体烧结PCD钻头（PCD-veineddrill）从20世纪80年代后期开始应用于金属切削加工，但这种钻头多年来一直未能在人们心目中建立起较高的可信度。如今，这种沿钻头刃槽长度方向开槽并将聚晶金刚石（PCD）粉在槽中通过高温高压烧结成型获得的整体烧结VCD钻头又重新受到人们的重视，它的应用范围也得到广泛拓展。高压整体烧结PCD钻头最初只是零星应用于航空零件和电子器件的加工，如今它已成为航空、电子、汽车、医疗器械等行业切削加工难加工材料的常规刀具，且应用范围还在不断扩大。
金刚石具有最高的硬度和最小的摩擦系数，是制备切削刀具的理想材料。Precorp公司制造DiaEdge聚晶金刚石钻头的主要工艺步骤为：①制备整体硬质合金钻尖毛坯；②在钻坯上开出窄槽；③将PCD金刚石粉与粘结剂混合后注入槽中；④将钻坯置于专用烧结压机中，在
钻尖与钻杆焊接接头距切削刃的长度取决于钻头直径的大小，该距离应使焊接接头在加工时不会受到切削区发热的影响，以保证接头与刀体的整体性。由于焊接接头与刀体的整体性是金刚石刀具的薄弱环节，因此有必要认真研究高压整体烧结PCD钻头不同于常规焊接式PCD钻头的使用特点。
常规PCD钻头的制备方法通常是在钻尖部位加工一个凹槽，利用线切割将在硬质合金基片上沉积的PCD薄膜切割成形，然后将其焊接在钻尖凹槽中。在20世纪80年代后期，世界上只有少数厂家（包括Precorp公司）能成功制备PCD钻头。90年代初期，焊接式PCD钻头被用于钻削加工汽车发动机活塞上的定位器孔，该活塞为过共晶铝合金铸件（硅含量12％以上），必须使用PCD钻头加工才能达到要求的刀具寿命，钻头刃磨一次通常可加工3500副孔（实际上可能达到加工10000副孔）。但是，焊接式PCD钻头的加工时间较长，每件加工成本较高。此外，钻头切削刃在高温作用下经常发生焊接失效现象，从而导致整个钻头破损。使用整体烧结PCD钻头则可较好解决上述问题。
Precorp公司的DiaEdge整体烧结PCD钻头最早被设计用于电子工业和航空制造业，通过进一步的加工试验，该技术的应用领域逐渐扩大。目前，该钻头可用于加工绿色硬质合金、铝基复合材料、增强型复合陶瓷、各种牌号的铝材等，加工对象包括汽车发动机壳体、传动箱体、新型喷气战斗机的翼梁等。战斗机翼梁采用韧性极好的复合树脂材料制成，钻孔加工量很大，如F-22喷气战机机翼的每一个表面需钻削3500个孔，每副机翼的上下表面共需钻削14000个孔。过去采用硬质合金钻头加工
由于金刚石钻头的价格是常规硬质合金钻头的许多倍，因此，为降低每孔加工成本，必须通过延长刀具使用寿命、缩短机床加工时间来平衡加工成本支出。整体烧结PCD钻头与常规焊接式PCD钻头相比，以上使用原则也同样适用。如果使用整体烧结PCD钻头可使刀具失效的可能性大幅度下降，则这种钻头对难加工材料钻削工艺可起到明显改善作用。由于加工技术的发展最终是由用户需求驱动的，因此很难确定是使用整体烧结PCD钻头还是使用常规焊接式PCD钻头最划算。因此，选用刀具时对被加工材料及工艺完整性进行认真研究是非常重要的，加工部门与刀具制造商的密切合作是满足用户需求的最佳途径。例如，位于美国俄亥俄州的本田传动器制造厂已将Precorp公司的整体烧结PCD钻头/铰刀（商标名称为OneShot）成功应用于汽车传动器的加工，从而使原来的三步工序缩减为一步工序，提高了生产率。根据最新统计，本田传动器厂已使用该刀具加工了超过30万个孔，降低了生产成本，提高了产品质量，缩短了生产周期。
Precorp公司制造的整体烧结PCD钻头的传统应用领域主要是航空制造业，用于加工碳纤维增强塑料工件。加工这种材料时，钻刃的锋利程度至关重要，如钻刃较钝，加工时可能会撕裂材料中的碳纤维，从而破坏孔口的完整性。使用钻刃锋利的整体烧结PCD钻头可减轻钻头冲击，且切削刃可对孔口处的碳纤维起到修整作用。通过大量实际加工，可获得整体烧结PCD钻头加工碳纤维增强塑料的推荐切削速度及进给量。为防止被加工材料发生分层而采用的小进给量（约0.025～
随着高速加工技术的不断发展，整体烧结PCD钻头及其它旋转刀具必将得到更广泛的应用，这是因为机床主轴转速超过10000r/min的高速加工对于高刚性机床上使用的金刚石刀具影响很小。如今，整体烧结PCD钻头已被应用于汽车制造业加工碳纤维增强塑料零件，如位于美国密歇根州的通用汽车Powertrain分厂使用一种称为“freedrill”的整体烧结PCD钻头加工汽车传动箱体上的横向孔。原来使用硬质合金钻头加工时，钻头容易磨钝，并引起钻孔毛刺，因此需要每天更换钻头。改用整体烧结PCD钻头后，虽然钻头本身的成本比原来增加了5倍，但刀具加工寿命大大延长，一年只需要换一次刀。制造碳-碳材料飞机刹车的RobertE.MorrisTurbineGroup公司最近也成功完成了使用整体烧结PCD钻头加工刹车材料的工艺试验。事实上，钻削加工金属基复合刹车材料正成为整体烧结PCD钻头在汽车制造业的一个主要应用领域。一家主要的金属基复合材料（MMCs）制造商Alcan公司已将Percorp公司的整体烧结PCD钻头列入加工MMC材料的工艺指南。在MMC材料中添加碳化硅、氧化铝颗粒虽然可显著改善复合材料的机械性能，但材料中的硬质相也会加剧加工时的刀具磨损。迄今为止，金刚石刀具仍是加工MMC材料最有效的刀具，整体烧结PCD钻头的独特结构使其具有优异的耐磨性，并可获得很高的加工尺寸精度和表面质量，在某些情况下完全可以省略后续铰孔工序。
可以预见，整体烧结PCD刀具今后将在各类机加工车间得到越来越广泛的应用。
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