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河南万磨金刚石有限公司(万磨金刚石)是专注于高端超硬材料的综合性科技型企业。公司主营专业化定制类金属结合剂金刚石及各种金刚石微粉，广泛应用于锯切、磨削、研磨、抛光、精密研磨和超精密抛光等众多领域。
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聚晶金刚石复合片的切割方法
发布时间：
2023-08-01
聚晶金刚石与硬质合金烧结在一起制成聚晶金刚石复合片后，切割成所需的形状，便可制成各种各样的工具。然而，由于它硬度高，熔点高，电阻率高，耐磨性高，采用传统的加工方法无法对其切割加工。
PDC的切割加工是PDC刀片加工的第一步，切割面的完整性和表面质量直接影响刀片焊接的效率和PDC刀具整体的质量。目前，切割PDC主要的方法有两种，电火花线切割和激光切割，下面分别简单的介绍一下这两种切割方法。
一、电火花线切割
由于聚晶金刚石是由金刚石颗粒与导电金属粉末（如Co）聚合而成，将其烧结在硬质合金基体上则成为聚晶金刚石复合片PDC。电火花切割加工是通过电极丝与工件之间局部区域的脉冲放电来实现工件材料的切割加工，它是PCD切割加工常用的方法之一。
电火花放电加工PDC材料时，由于金刚石本身不导电，在脉冲电压作用下，首先靠近电极的金属处的工作液形成放电通道，进而在该局部产生火花放电，高度集中的脉冲放电能量、强大的放电爆炸力和瞬时高温使PCD材料中的金属熔化、部分金刚石石墨化和氧化，部分金刚石脱落，如此反复进行直到加工完毕。
可见PDC复合片材料的电加工性主要取决于金刚石的粒度及导电金属相的含量，比如金刚石粒度粗，不易脱落，放电电极丝磨损大，断丝频繁；复合片中导电金属含量大、导电性好，切割速度就快。
电火花线切割聚晶金刚石大多用来制作机加工刀具、地质钻头以及拉丝磨具，这些工件模具形状复杂、多变，用电火花线切割机床进行成形加工是经济可行的途径之一。
二、激光切割
PDC数控激光切割机床的结构主要包括机床机架、数控工作台、Z轴调焦系统、激光器支架等部件。
激光加工聚晶金刚石的机理是：激光切割PDC时，激光器发射出一束能量密度极高的激光束，照射到聚晶金刚石表面上，部分光能即被表面吸收并转化成热能，照射斑点的局部区域温度迅速上升到上万度，瞬间的高温使PDC局部迅速熔化以至汽化并形成孔洞。与此同时也开始了热扩散，之后斑点周围材料也熔化。随着激光能量的继续吸收，陷坑中蒸汽膨胀，压力加大，熔融物以爆炸形式被高速喷射出来，喷射所产生的反冲压力又在工件内部形成一个方向很强的冲击波。这样聚晶金刚石就在高温熔融汽化和冲击波的作用下蚀除部分物质，形成切缝，最终将PDC切割成需要的形状。
当然，激光切割加工过程中，起决定作用的激光参数是脉冲宽度、最大脉冲功率及平均脉冲功率。影响切割质量的因素还有很多，比如，不同的激光波长和透镜焦点距离会产生大小不同的斑点尺寸；激光束的强度和斑点直径决定工件表面上的能量密度；工件的材质、表面状态和激光波长决定反射率的变化和输入能量的吸收率，以及由此影响的工件表面温度；工件的传导率和热扩散率影响热量在工件内部的传递等。
所以，激光加工过程中，需要通过实验，对激光切割的各项工艺参数进行优化。
激光切割PDC时，操作人员可在通过观察屏幕装置，实时观察PDC激光切割过程，并可按切割情况实时调整设备的工作状态，避免产生废片，保证切割的质量。
激光切割较电火花线切割的优点之一就是便于与数控系统整合，易于实现加工自动化，具有更好的加工柔性。用户只需将PDC形状、光斑直径、切削参数以及辅助功能按照规定的图形或数据格式输入到数控系统中，数控激光切割自动编程软件系统就能自动编写加工程序单等等一系列操作对工件进行加工，使加工过程完全实现自动化，提高了加工精度和生产效率，保证了产品质量的稳定性，可更大限度的满足未来大规模工业生产的要求。
虽然国内对电火花线切割研究较多，但是在使用电火花线切割加工PDC时，由于放电强度难以控制，会对PDC材料表面造成损伤，不仅影响了切割面质量，增加了刀具刃磨余量，同时也影响刀具的寿命，而且电火花线切割速度要比激光切割慢很多，效果不甚理想，相比之下，激光切割是一种非接触式加工，在PCD材料加工中具有优异的特点，可加工高纯度的PCD材料（如多晶金刚石膜），加工变形及热变形均很小，而且激光加工速度快、效率高，是一种较为有效的加工方法。特别是在微孔加工和不导电的超硬材料加工方面更显示出其优越性。具有切缝小、效率高、热影响区域小、切缝边缘无机械应力等优点，被认为是切割PDC的一种理想方法。
参考资料：《聚晶金刚石复合片数控激光切割机床的研究》柯良，惠相君
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