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PCD超硬刀具是採用超硬材料PCD（聚晶金剛石）與刀具基體通過特殊工藝製成的刀具。
PCD刀具的特點：
硬度高、抗壓強度高、導熱性好、耐磨性好。
主要指標：
1、PCD的硬度可達8000HV，為硬質合金的8～12倍；
3、PCD的摩擦係數一般僅為0.1～0.3（硬質合金的摩擦係數為0.4～1），因此PCD刀具可顯著減小切削力；
4、PCD的熱膨脹係數僅為0.9×10^-6～1.18×10^-6，僅相當於硬質合金的1/5，因此PCD刀具熱變形小，加工精度高；
5、PCD刀具與有色金屬和非金屬材料間的親和力很小，在加工過程中切屑不易粘結在刀尖上形成積屑瘤。
製造技術：
製造過程
PCD刀具的製造過程主要包括兩個階段：
1、PCD複合片的製造：PCD複合片是由天然或人工合成的金剛石粉末與結合劑（其中含鈷、鎳等金屬）按一定比例在高溫（1000～2000℃）、高壓（5～10萬個大氣壓）下燒結而成。在燒結過程中，由於結合劑的加入，使金剛石晶體間形成以TiC、SiC、Fe、Co、Ni等為主要成分的結合橋，金剛石晶體以共價鍵形式鑲嵌於結合橋的骨架中。通常將複合片製成固定直徑和厚度的圓盤，還需對燒結成的複合片進行研磨拋光及其它相應的物理、化學處理。
2、PCD刀片的加工：PCD刀片的加工主要包括複合片的切割、刀片的焊接、刀片刃磨等步驟。
切割工藝
由於PCD複合片具有很高的硬度及耐磨性，因此必須採用特殊的加工工藝。目前，加工PCD複合片主要採用電火花線切割、雷射加工、超聲波加工、高壓水射流等幾種工藝方法，其工藝特點的比較見表1。
在上述加工方法中，電火花加工效果較佳。PCD中結合橋的存在使電火花加工複合片成為可能。在有工作液的條件下，利用脈衝電壓使靠近電極金屬處的工作液形成放電通道，並在局部產生放電火花，瞬間高溫可使聚晶金剛石熔化、脫落，從而形成所要求的三角形、長方形或正方形的刀頭毛坯。電火花加工PCD複合片的效率及表面質量受到切削速度、PCD粒度、層厚和電極質量等因素的影響，其中切削速度的合理選擇十分關鍵，實驗表明，增大切削速度會降低加工表面質量，而切削速度過低則會產生「拱絲」現象，並降低切割效率。增加PCD刀片厚度也會降低切割速度。
焊接工藝
PCD複合片與刀體的結合方式除採用機械夾固和粘接方法外，大多是通過釺焊方式將PCD複合片壓制在硬質合金基體上。焊接方法主要有雷射焊接、真空擴散焊接、真空釺焊、高頻感應釺焊等。目前，投資少、成本低的高頻感應加熱釺焊在PCD刀片焊接中得到廣泛應用。在刀片焊接過程中，焊接溫度、焊劑和焊接合金的選擇將直接影響焊後刀具的性能。在焊接過程中，焊接溫度的控制十分重要，如焊接溫度過低，則焊接強度不夠；如焊接溫度過高，PCD容易石墨化，並可能導致「過燒」，影響PCD複合片與硬質合金基體的結合。在實際加工過程中，可根據保溫時間和PCD變紅的深淺程度來控制焊接溫度（一般應低於700℃）。國外的高頻焊接多採用自動焊接工藝，焊接效率高、質量好，可實現連續生產；國內則多採用手工焊接，生產效率較低，質量也不夠理想。
刃磨工藝
PCD的高硬度使其材料去除率極低（甚至只有硬質合金去除率的萬分之一）。目前，PCD刀具刃磨工藝主要採用陶瓷結合劑金剛石砂輪進行磨削。由於砂輪磨料與PCD之間的磨削是兩種硬度相近的材料間的相互作用，因此其磨削規律比較複雜。對於高粒度、低轉速砂輪，採用水溶性冷卻液可提高PCD的磨削效率和磨削精度。砂輪結合劑的選擇應視磨床類型和加工條件而定。由於電火花磨削（EDG）技術幾乎不受被磨削工件硬度的影響，因此採用EDG技術磨削PCD具有較大優勢。某些複雜形狀PCD刀具（如木工刀具）的磨削也對這種靈活的磨削工藝具有巨大需求。隨著電火花磨削技術的不斷發展，EDG技術將成為PCD磨削的一個主要發展方向。
PCD刀具的分類：
金屬切削用PCD刀具
金屬切削用 PCD刀具從結構上主要分為焊接式PCD刀具和可 轉 位 PCD刀 片 。近 年 來 焊 接 式 帶柄 PCD刀具在汽車及其零部件行業發展迅速。主要有 PCD 銑 刀 、PCD 鏜 刀 、PCD 鉸刀或者以上兩種甚至三種以上刀具的組合 PCD刀具，刀柄形式主要為圓柱柄、BT柄 (BT40和 BT50)、SK柄 (SK40和 SKS0)、HSK柄 (HSK63和 HSK100)等。
木材加工用 PCD刀具
PCD刀具還大量用於木材加工業。PCD木工 刀具主要可分為 PCD鋸片和 PCD成形木工銑刀兩大類。
設計原則：
PCD粒度
PCD粒度的選擇與刀具加工條件有關，如設計用於精加工或超精加工的刀具時，應選用強度高、韌性好、抗衝擊性能好、細晶粒的PCD。粗晶粒PCD刀具則可用於一般的粗加工。PCD材料的粒度對於刀具的磨損和破損性能影響顯著。研究表明：PCD粒度號越大，刀具的抗磨損性能越強。採用DeBeers 公司SYNDITE 002和SYNDITE025兩種PCD材料的刀具加工SiC基複合材料時的刀具磨損試驗結果表明，粒度為2μm的SYNDITE002PCD材料較易磨損。
刀片厚度
通常情況下，PCD複合片的層厚約為0.3～1.0mm，加上硬質合金層後的總厚度約為2～8mm。較薄的PCD層厚有利於刀片的電火花加工。DeBeers公司推出的0.3mm厚PCD複合片可降低磨削力，提高電火花的切割速度。PCD複合片與刀體材料焊接時，硬質合金層的厚度不能太小，以避免因兩種材料結合面間的應力差而引起分層。
結構設計
PCD刀具的幾何參數取決於工件狀況、刀具材料與結構等具體加工條件。由於PCD刀具常用於工件的精加工，切削厚度較小（有時甚至等於刀具的刃口半徑），屬於微量切削，因此其后角及後刀面對加工質量有明顯影響，較小的后角、較高的後刀面質量對於提高PCD刀具的加工質量可起到重要作用。
PCD複合片與刀杆的連接方式包括機械夾固、焊接、可轉位等多種方式，其特點與應用範圍見表2。
切削參數：
切削速度
PCD刀具可在極高的主軸轉速下進行切削加工，但切削速度的變化對加工質量的影響不容忽視。雖然高速切削可提高加工效率，但在高速切削狀態下，切削溫度和切削力的增加可使刀尖發生破損，並使工具機產生振動。加工不同工件材料時，PCD刀具的合理切削速度也有所不同，如銑削Al2O3強化地板的合理切削速度為110～120m/min；車削SiC顆粒增強鋁基複合材料及氧化矽基工程陶瓷的合理切削速度為30～40m/min。
進給量
如PCD刀具的進給量過大，將使工件上殘餘幾何面積增加，導致表面粗糙度增大；如進給量過小，則會使切削溫度上升，切削壽命降低。
切削深度
增加PCD刀具的切削深度會使切削力增大、切削熱升高，從而加劇刀具磨損，影響刀具壽命。此外，切削深度的增加容易引起PCD刀具崩刃。
不同粒度等級的PCD刀具在不同的加工條件下加工不同工件材料時，表現出的切削性能也不盡相同，因此應根據具體加工條件確定PCD刀具的實際切削參數。
PCD刀具 的發展趨 勢和應用前景：
目前我國刀具技術與國外差距主要表現在高性能刀具材料的研發、刀具製備工藝技術及刀具使用技術等領域。對於PCD刀具，由於可以購買國外如Element Six或Diamond Enovation等公司的材料，所以關鍵在於刀具製備工藝技術和刀具使用技術等方面。今後隨著中國汽車以及航空航天行業的高速發展，關於PC D刀具的製備工藝技術和使用技術必將得到重視和發展。
今後鋁、錳和其他輕合金以及鈦合金、燒結合金及其他高強度合金將越來越多地用作汽車動力系統零部件的材料，能夠加工這些材料的金剛石工具預期將有非常大的增長。另外，由於PCD刀具具有高硬度、高耐熱性、長壽命、切屑刃鋒利性和良好的熱傳導性等，可以滿足汽車零部件加工對高速、高效、高精度、新材料和新形狀的要求，所以PCD刀具必將得到越來越廣泛的使用。
免責聲明：本文整理自王永國、陳明的《PCD刀具的研究現狀》，王永國、塗國才、劉剛的《製備 PCD 刀具的關鍵工序》，其原創性以及文中表達的觀點和判斷不代表愛銳網，愛銳網本著傳播知識、有益學習和研究的目的進行摘錄，僅供讀者參考交流，如有著作權人或出版方提出異議，將立即刪除。如果您對文章轉載有任何疑問請告之我們，以便我們及時糾正。
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