PCD刀具高频感应钎焊技术的研究与进展

2024年感应钎焊市场需求分析引言感应钎焊是一种常用的钎焊技术，它通过在金属工件上产生感应电流，利用工件自身的电阻加热来实现连接。

感应钎焊具有高效、节能、环保等优点，因此在多个行业中得到广泛应用。

本文将对感应钎焊市场需求进行分析，探讨其发展趋势和存在的挑战。

市场规模与增长趋势近年来，感应钎焊市场呈现出稳步增长的趋势。

全球汽车行业、航空航天行业、家电行业等对钎焊技术的需求不断增加，推动了感应钎焊设备市场的发展。

根据市场研究机构的数据，预计在未来几年内，感应钎焊市场将保持年均10%以上的增长率。

市场需求分析1. 汽车行业汽车行业是感应钎焊设备的主要应用领域之一。

随着电动汽车的快速发展，对电池组和电动机的钎焊需求也越来越大。

感应钎焊技术的快速、高效特点使其成为汽车制造商的首选。

此外，汽车零部件的密封和固定也需要使用感应钎焊技术。

2. 航空航天行业在航空航天行业中，感应钎焊技术被广泛应用于飞机结构件的制造和维修中。

感应钎焊设备可以在短时间内完成复杂的焊接任务，提高了生产效率和产品质量。

随着民用航空市场的快速扩张和航空材料的不断创新，感应钎焊市场在航空航天行业中有着广阔的发展空间。

3. 家电行业家电行业对感应钎焊技术的需求主要集中在厨房电器、洗涤设备和空调等领域。

感应钎焊技术在这些家电产品的组装和连接中发挥着重要作用，可以提高产品的可靠性和性能。

随着家电行业的不断发展和升级，感应钎焊市场的需求将继续增长。

面临的挑战尽管感应钎焊市场前景广阔，但仍面临一些挑战。

首先，新兴的钎焊技术不断涌现，与传统的感应钎焊技术相比具有一定的竞争优势。

其次，感应钎焊设备的价格较高，限制了一些小企业和发展中国家的采购能力。

同时，感应钎焊技术的应用范围和材料适用性也存在一定的局限性，需要不断进行技术改进和创新。

结论感应钎焊市场需求正不断增加，受到汽车行业、航空航天行业和家电行业等的推动。

然而，市场竞争激烈，感应钎焊技术需要不断改进和创新以满足不同行业的需求。

文章编号：2095-6835（2022）24-0154-05PCD和PCBN超硬刀具应用与研究现状浅析＊郭永刚1，2，3，吕志1（1.河南工业大学机电工程学院，河南郑州450001；2.汽车复合材料河南省工程实验室，河南郑州450001；3.河南省碳纤维复合材料国际联合实验室，河南郑州450001）摘要：随着现代集成制造系统的问世及切削速度不断加快，对刀具性能提出更高的要求，切削刀具逐步向高效加工、硬加工、干式加工、超精密加工和加工新型难加工材料等方向发展。

开发高耐磨、长寿命、高稳定的超硬切削刀具是必然趋势。

人造聚晶金刚石（PCD）刀具与聚晶立方氮化硼（PCBN）刀具在生产实际中能加工出常规切削加工达不到的尺寸精度和表面粗糙度，是实现精密和超精密加工的关键。

对PCD和PCBN刀具进行了介绍，并分析了其应用领域和研究现状。

关键词：超硬刀具；超精密加工；精密加工；PCD中图分类号：TG711文献标志码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2022.24.0441超硬刀具概述超硬刀具主要指金刚石和立方氮化硼（CBN）刀具，其中又以人造聚晶金刚石（Polycrystalline Diamond，PCD）和聚晶立方氮化硼（Polycrystalline Cubic Boron Nitride，PCBN）刀具的应用最为广泛。

超硬刀具具有极高的硬度和耐磨性，并且热稳定性高，常用于加工一些难以切削的工程材料。

制造超硬刀具的材料主要包括天然和人造单晶金刚石、人造聚晶金刚石、CVD金刚石及聚晶立方氮化硼[1]。

在现代高端制造业中，超硬刀具因其无可比拟的硬度、热稳定性和化学稳定性，越来越被人们所重视，各个国家更是不遗余力地进行研究和发展。

超硬刀具的研究和发展水平正逐步成为衡量一个国家制造业发展水平的一项重要指标。

1.1聚晶金刚石刀具（PCD）PCD刀具是由聚晶金刚石刀尖和硬质合金基体经高温高压烧结而成。

这既能发挥金刚石高硬度、高导热系数、低摩擦系数、低热膨胀系数、与金属和非金属亲和力小、弹性模量高、无解理面、各向同性等众多优点，又兼顾了硬质合金的高强度[2]。

PCD刀具的应用与发展聚晶金刚石(PCD)刀具加工铝制工件具有刀具寿命长、金属切除率高等优点，其缺点是刀具价格昂贵，加工成本高。

这一点在机械制造业已形成共识。

但近年来PCD刀具的发展与应用情况已发生了许多变化。

如今的铝材料在性能上已今非昔比，在加工各种新开发的铝合金材料(尤其是高硅含量复合材料)时，为了实现生产率及加工质量的最优化，必须认真选择PCD刀具的牌号及几何参数，以适应不同的加工要求。

PCD刀具的另一个变化是加工成本不断降低，在市场竞争压力和刀具制造工艺改进的共同作用下，PCD刀具的价格已大幅下降50%以上。

上述变化趋势导致PCD刀具在铝材料加工中的应用日益增多，而刀具的适用性则受到不同被加工材料的制约。

PCD刀具的基本特点具有极高硬度和独特机械性能的PCD复合片是由金刚石颗粒和催化剂的混合物在高温高压下烧结而成，在合成过程中产生了金刚石颗粒共生物，并在金刚石颗粒之间建立起连接“桥”，从而获得具有催化剂岛状结构、类似于整体金刚石的PCD材料。

PCD材料的结构与PCBN(聚晶立方氮化硼)材料不同。

在PCBN材料中，CBN粒子之间并无实际粘结物；而PCD材料中则存在共生物，金刚石颗粒之间通过晶格“桥”相互连接。

PCD刀具牌号是以金刚石颗粒的粒度进行分类。

根据制造商的标准，细颗粒、中等颗粒和粗颗粒PCD牌号所对应的金刚石粒度大致分别为2µm、10µm和25µm。

粗颗粒PCD牌号比细颗粒PCD牌号强度更高，耐磨性更好，在粗加工中具有更长的工作寿命，但粗颗粒PCD刀具的切削刃难以达到细颗粒PCD刀具表面的光滑程度。

因此，细颗粒PCD刀具可获得更好的加工表面光洁度，但磨损速度较快。

PCD刀具的价格变化过去，价格昂贵一直是影响用户广泛接受PCD刀具的一个主要障碍，但现在情况发生了很大变化。

业界估计，在过去的两三年中，PCD刀具的价格已下降了40%～60%。

出现PCD刀具价格“跳水”的原因之一是市场供大于求。

硬质合金刀具高频钎焊研究摘要：硬质合金具有极高的硬度和耐磨性能，特别是在高温下仍能保持其高硬度，目前已广泛应用于制造各种金属的切削刀具。

钎焊是将硬质合金牢固地连接到钢基体上的最成功的方法之一，但硬质合金刀具的焊接技术是引起焊接裂纹的重要因素。

本文介绍了硬质合金刀具的高频焊接工艺中减少裂纹产生、提高焊接点性能的关键技术。

关键词：硬质合金刀具高频钎焊工艺中图分类号：TG4540引言20世纪后半期，工件材料的机械性能不断提高，产品的品种和批量逐渐增多，加工精度的要求日益提高，工件的结构和现状不断复杂化和多样化，硬质合金刀具在应对这些挑战中发挥了重大作用。

而且硬质合金本身也涌现出许多品种，性能不断提高。

中国正逐渐成为世界制造业的中心，对硬质合金刀具的需求巨大，预计到2010年国内硬质合金刀具及其材料的年销售规模将迅速增加到300亿人民币以上。

随着现代制造技术的发展，对金属切削刀具的性能要求越来越高。

钎焊硬质合金刀具仍以其结构简单、紧凑、刚性好、使用灵活性较大、适应性强等特性，被应用在精密加工、ＦＭＳ和其他各种金属切削加工中。

硬质合金刀具刀片与刀杆的钎焊常采用高频感应钎焊和火焰钎焊。

其中高频焊接方法由于具有加热速度快、温度集中、零件变形小等特点，成为硬质合金刀具焊接过程中常用的一种方法。

但是，由于硬质合金较脆、韧性不足和可加工性较差，硬质合金刀具的寿命及焊接裂纹问题一直是困扰大多数企业生产的一个重要问题。

本文就从材料、焊接、使用等几个方面对硬质合金刀具的制作及使用进行分析，以图通过对焊接过程各环节的改进和工序细节控制，降低硬质合金刀具的焊接裂纹，提高刀具的使用寿命。

1 焊接设备和材料1.1 高频钎焊设备感应钎焊靠感应加热提供热源，通过感应或工作线圈，而不是对工件直接通电，将电能用感应方法传递到工件，并有选择地将待焊零件表面加热到钎焊温度的一种焊接方法。

焊接过程使用的设备由高频感应加热设备、高频感应钎焊机械装置及水冷系统和控制系统组成。

高精度焊接式双刃PCD刀具刃磨技术随着PCD、CBN等超硬材料刀具在汽车、摩托车、空调压缩机、木材加工等行业的广泛应用，对此类刀具的市场需求日益增加。

目前国内已有约20家企业从事超硬刀具的开发、加工与刃磨，但其中大部分厂家都局限于低端产品（如精度要求不高的刀片装夹式超硬刀具等）的加工，导致此类产品市场竞争激烈。

而一些高端产品（如高精度焊接式PCD刀具等）却因为技术要求高、加工难度大而少有厂家问津，产品仍主要依靠进口。

据统计，2001年上海大众汽车有限公司的2VQS发动机生产线消耗的进口高精度焊接式PCD刀具费用已超过100万元人民币（Passat、Polo车型的发动机加工刀具费用尚未统计在内）。

一汽大众的2VQS发动机生产线与上海大众基本相同，对此类刀具的消耗量也很大，再加上全国其它汽车、摩托车制造厂及相关行业的刀具消耗，可见对于高精度焊接式PCD刀具有着巨大的市场需求。

为降低生产成本，企业迫切希望实现此类刀具的国产化加工与刃磨。

1.高精度焊接式PCD刀具技术要求高精度焊接式PCD刀具的技术要求较高。

刀柄采用HSK接柄或安装在HSK液压夹头中的直柄；PCD刀具长度小于150mm，直径在50mm以内，刀刃直径公差为0.003mm，精度等级IT2～IT3，IT3精度的同轴度公差为0.003mm。

焊接式PCD刀具刃口与刀柄的同轴度误差由磨削加工误差和刀具安装误差综合而成，要将其控制在0.003mm范围内相当困难。

为了保证0.003mm的刀具外径公差，对加工机床和磨削工艺方法的加工精度也提出了很高要求。

此外，为了实现高精度焊接式PCD刀具的准确测量，要求测量仪器的综合测量精度达到微米级，且作用于刀具刃口的测量力应控制在150mN 以内。

2.高精度PCD刀具磨床现以远山机械股份有限公司生产的FC-500D型PCD&CBN刀具磨床为例，简要介绍高精度PCD刀具磨床的结构特点与加工性能。

（1）机床特点FC-500D型PCD&CBN刀具磨床的砂轮行程为500mm，可满足长度为150mm刀具的磨削行程要求。

PCD用钎料及钎焊工艺的研究郑州机械研究所龙伟民乔培新李涛刘文明清华大学曾大本王海滨摘要PCD的广泛应用给钎焊技术提出了更高的技术要求，常规钎料已不能满足高周疲劳、高温抗剪的要求。

根据Ag、Cu、Zn、Cd、Ni、Co、Mn等元素在钎料中的作用和特点，进行分析和选择从而配制了十几种牌号的钎料，并对其熔点、强度、钎焊工艺进行了研究，研制出一系列新型的银基钎料。

研究和使用结果表明：研制的系列钎料分别适宜不同工作条件下的PCD工具的钎焊。

关键词聚晶金刚石钎料高温强度润湿性　ABSTRACT The popular application of PCD brings forward higher technique request for brazing technology, normal brazing alloy can't meet the requirement of high frequency fatigue and high-temperature anti-shearing strength. According to functions and characteristics of such chemical elements as Ag, Cu, Zn, Cd, Ni, Co, Mn in brazing alloy, more than ten kinds of brazing alloy have been made by analysis and choice, and melting point, strength and brazing technique of them have been researched, several new silver base brazing alloys have been made. The results of research and application indicate that, the series of silver base brazing alloys been researched are suitable for brazing PCD tools under different application conditions.KEYWORDS PCD; brazing alloy; high temperature strength; wettability1引言聚晶金刚石（PCD）是由金刚石微粉与粘结剂在高温高压条件下烧结而成的复合晶体材料，由于PCD材料具有高硬度、高耐磨性、高弹性模量、各相同性和相对高的热导率等显著优点，近年来已成为高档机械加工刀具、地质及石油钻头、陶瓷磨具、石材加工工具、混凝土工具等高耐磨工具的首选材料。

国外切削加工用PCD与PCBN的发展与应用近年来，随着制造业的发展和要求的提高，国外对切削加工用聚晶金刚石（PCD）和立方氮化硼（PCBN）的研究和应用逐渐增多。

PCD和PCBN是一种高度硬度、高耐磨、高热导率的新型切削材料，广泛应用于汽车、航空、航天、机床等领域。

本文将介绍国外PCD和PCBN的发展和应用。

首先，国外对PCD的研究和应用已有较长历史。

20世纪50年代，瑞典先后开发出低压化学气相沉积法（LPCVD）和高压化学气相沉积法（HPCVD）生产PCD的技术。

此后，美国、日本、德国等国家也纷纷投入了PCD的研发与应用。

PCD具有高硬度、高强度、低摩擦系数和良好的热稳定性等特点，适用于高速切削和硬质材料的加工。

特别是在汽车轮毂、曲轴、凸轮轴等高精度零件的加工中，PCD已经得到了广泛的应用。

其次，国外对PCBN的研究和应用也在不断进步。

PCBN是一种具有类似于金刚石的物理特性和机械性能的材料，适用于加工高硬度的材料，如合金钢、铸铁、高温合金等。

PCBN具有高硬度、高导热性、低摩擦系数和优异的化学惰性等特点。

它可以用于加工高速度、高挤压、高温度和高硬度的材料，例如用于汽车发动机的气门、凸轮轴、刀具和模具等。

PCBN在机械加工行业的应用越来越广泛，为高精度、高效率的加工提供了可靠的切削工具。

此外，国外研究对PCD和PCBN刀具的改进也取得了显著的成果。

例如，通过研究材料成分和工艺参数等因素的影响，改善刀具的性能和寿命，提高加工效率和质量。

同时，国外也注重PCD和PCBN刀具的涂层技术研究，以进一步提高刀具的耐磨性、防锈性和导热性。

涂层技术能够提高刀具的切削速度、降低摩擦系数、延长刀具的使用寿命。

综上所述，国外对切削加工用PCD和PCBN的研究和应用逐渐成熟。

PCD和PCBN的高硬度、高强度和优异的耐磨性使其在高精度、高效率的加工中具有广泛的应用前景。

未来，随着制造技术的不断发展和需求的不断增加，PCD和PCBN材料和刀具的研究与应用将会有更好的发展。

关于PCD刀具，最全的都在这了PCD刀具介绍：PCD刀具是采用超硬材料PCD（聚晶金刚石）与刀具基体通过特殊工艺制成的刀具。

PCD刀具的特点：硬度高、抗压强度高、导热性好、耐磨性好。

PCD刀具主要指标：1、PCD的硬度可达8000HV，为硬质合金的8～12倍；2、PCD的导热系数为700W/mK，为硬质合金的1.5～9倍，甚至高于PCBN和铜，因此PCD刀具热量传递迅速；3、PCD的摩擦系数一般仅为0.1～0.3（硬质合金的摩擦系数为0.4～1），因此PCD刀具可显著减小切削力；4、PCD的热膨胀系数仅为0.9×10^-6～1.18×10^-6，仅相当于硬质合金的1/5，因此PCD刀具热变形小，加工精度高；5、PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小，在加工过程中切屑不易粘结在刀尖上形成积屑瘤。

PCD刀具制造技术：制造过程PCD刀具的制造过程主要包括两个阶段：1、PCD复合片的制造：PCD复合片是由天然或人工合成的金刚石粉末与结合剂（其中含钴、镍等金属）按一定比例在高温（1000～2000℃）、高压（5～10万个大气压）下烧结而成。

在烧结过程中，由于结合剂的加入，使金刚石晶体间形成以TiC、SiC、Fe、Co、Ni等为主要成分的结合桥，金刚石晶体以共价键形式镶嵌于结合桥的骨架中。

通常将复合片制成固定直径和厚度的圆盘，还需对烧结成的复合片进行研磨抛光及其它相应的物理、化学处理。

2、PCD刀片的加工：PCD刀片的加工主要包括复合片的切割、刀片的焊接、刀片刃磨等步骤。

切割工艺由于PCD刀具具有很高的硬度及耐磨性，因此必须采用特殊的加工工艺。

目前，加工PCD复合片主要采用电火花线切割、激光加工、超声波加工、高压水射流等几种工艺方法，其工艺特点的比较见表1。

在上述加工方法中，电火花加工效果较佳。

PCD中结合桥的存在使电火花加工复合片成为可能。

在有工作液的条件下，利用脉冲电压使靠近电极金属处的工作液形成放电通道，并在局部产生放电火花，瞬间高温可使聚晶金刚石熔化、脱落，从而形成所要求的三角形、长方形或正方形的刀头毛坯。