PCD工具応用の要約

Published: 2020-07-28 ソース: Funik

多結晶ダイヤモンド(Polycrystalline Diamond、PCDと略称)は、ダイヤモンドと硬質合金で構成された複合材料で、通常、一定量のボンドを添加したダイヤモンドパウダーを硬質合金マトリックスと組合せることによって、超高温高圧条件下で 焼結で作られたものです。

PCDは、非常に高い耐摩耗性と硬度、低い摩擦係数、高い熱伝導率などの特性を備えているため、PCD工具は、高速、高効率、高精度の加工を実現でき、航空宇宙、自動車、電子機器、木材、石材などの領域で幅広い応用の見通しがあります。

1.PCDの性能特徴

(1)高硬度と耐摩耗性

PCDは、高硬度、高圧縮強度、良好な熱伝導性、耐摩耗性という特徴を持ち、高速切削において高い加工精度と加工効率を得られます。 このようなPCD工具の特性は、ダイヤモンド結晶の状態によって決まり、この構造は強い結合力と方向性を持っているため、ダイヤモンドに非常に高い硬度を与えます。

(2)等方性、へき開面なし

PCDは、特定の方法でマイクロレベルまたはサブマイクロレベルのダイヤモンド粒子によって合成されたポリマーであり、粒子の秩序なしの堆積の無秩序な性質は、その等方性をもたらし、方向を選択せず工作物を切断するときに、最高のパフォーマンスを発揮でき、 同時に、単一のへき開面に沿って容易に裂けることができず、機械的特性を最適化します。

(3)高い加工精度

PCD工具は、低い熱膨張係数と高い弾性率を有しているので、切削中に変形しにくく、同時に切削力と切削温度を下げることができ、工具の耐久性と切削速度を向上させ、良好な加工面を得ることができます。

(4)低い摩擦係数

PCDは、より低い摩擦係数を有し、非鉄金属および非金属材料との親和性が小さく、変形や切削力を低減できるだけでなく、切削加工中に構成刃先を生成せず、工作物の表面の粗さを大幅に低減します。

(5)高い熱伝導率

PCDの熱伝導率は非常に高く、銀や銅よりも優れており、通常の硬質合金によりはるかに高いため、切削時は放熱しやすく、切削温度も低いです。

2.PCDの応用

(1)自動車および航空宇宙の業界におけるPCDの適用

自動車領域では、PCD工具は主にエンジンピストンのスカート部、ピンホール、シリンダーブロック、ギアボックスなどの加工に使用されます。これらの部品材料のシリコン含有量が高いため(10%以上)、工具の使用寿命に対する要求が高いです。PCD工具の耐久性は硬質合金工具の1-50倍であり、部品サイズの安定性を確保できるし、切削速度、加工効率、表面品質を大幅に向上させることができます。

航空宇宙領域では、PCD工具を採用してアルミニウム合金(AlSi2)シリンダーヘッドを加工し、切削速度は高く、工具寿命は硬質合金より約20倍たかくなり、工作物の表面品質も大幅に向上します。

(2)木材加工業界におけるPCDの応用

木材加工は、PCD工具応用にとっても重要な領域です。人工合成ボード(中密度繊維板、パーティクルボード、複合フローリングなど)の急速な発展に伴い、超硬工具の需要が加速し、PCD工具は市場における伝統的な木工工具の地位に徐々に取って代わられています。

ラミネートフローリングの最外層のAl2O3は、硬質合金工具に対して非常に摩耗し、PCD工具を使用する場合、この問題を効果的に解決できます。したがって、木工業界におけるPCDの主な市場は、ラミネートフローリングと高硬度繊維板の加工です。

(3)電子加工業界におけるPCDの応用

エレクトロニクス業界では、電気プリント基板の生産に対する要求がますます高まっており、一般的な工具では、使用中にバリが発生し、電気部品の取り付けと配置に影響を与え、プリント基板全体が美しくありません。硬質合金工具の加工では、寿命が短く、加工速度が遅く、効率が低く、加工精度が悪いです。PCD工具を使用すると、加工効率が高く、加工コストが低く、応用が比較的広くなります。

(4)ガラス切断加工業界におけるPCDの応用

PCD製のカッターホイールは、主に電子製品の液晶パネルの高精度・高品質な切断に使用されており、建設用や自動車用のガラスも切断できます。芯棒とカッターホイールはいずれもPCD材で、加工精度が高く、耐摩耗性に優れ、一貫性の利点があり、同時に長寿命であり、通常のガラスカッターや硬質ガラスカッターホイールの代替品として最適です。

(5)複合材料業界におけるPCDの応用

PCD工具を採用してガラス繊維強化複合材料を加工する場合、工具寿命は硬質合金工具の約60倍であり、単体の部品の加工コストは硬質合金工具の1/20でり、しかも加工精度は硬質合金より高いです。

PCDは、その優れた加工品質と加工経済性により、非金属材料、非鉄金属および合金、複合材料などの領域でユニークな優位性を示しています。 高速度工具鋼と超硬合金工具の二重交換が実現すると、PCD工具の市場空間はさらに大きくなります。

 

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