近年來，為了減少汽車的總重量和燃油費用，鋁合金材料在汽車零部件中的使用越來越多。為此，加工鋁合金汽車零部件用聚晶金剛石（pcd）刀具的使用量也在快速增長。
pcd刀具壽命長，能實現(xiàn)、高速、高精度切削加工。但由于其刀尖強度較低，通常只適用于精加工，而在切削抗力變化較大的粗加工中容易發(fā)生崩刃，且刀具壽命的分散性較大。為了克服原有金剛石刀具的缺點，日本住友電工硬質(zhì)材料公司開發(fā)了耐磨損性能和抗崩刃性能兼優(yōu)的sumidiada2200牌號pcd刀具材料。
1.sumidiada2200的特點
（1）原有pcd牌號的性能
原有pcd牌號中有網(wǎng)狀燒結(jié)組織，其zui大特征是由金剛石和助燒劑co組成的單一組織，其中金剛石所占比例zui高。金剛石的抗彎強度在很大程度上取決于其粒度大小。在該公司原有的3種不同粒度的pcd牌號sumidiada90、da150、da200中，sumidiada90粒度zui大，耐磨性能；sumidiada200粒度zui小，強度和耐破損性；sumidiada150為中等粒度，耐磨性能與抗崩刃性能匹配平衡，性能優(yōu)良。加工鋁件時通常采用sumidiada150。
（2）sumidiada2200的性能
由于實現(xiàn)了超細微金剛石顆粒均勻而牢固的結(jié)合，sumidiada2200的抗彎強度可與k10類硬質(zhì)合金相匹敵，因此大幅度提高了刀尖強度，從而能穩(wěn)定實現(xiàn)鋁合金的粗加工，并保證了刀具有較長使用壽命。
2.rf型銑刀的性能特點
采用pcd制造的鋁合金加工用銑刀可以不受銑削速度的制約，目前高速銑削的速度可達2000～3000m/min。但是，在開發(fā)高速銑刀時，需要考慮銑刀的輕量化和因離心力可能導(dǎo)致切削刃及銑刀零件飛出的問題。
（1）刀體采用高強度鋁合金
在設(shè)計高速銑刀時，如果仍采用質(zhì)量較大的鋼制刀體，就無法減小刀具的旋轉(zhuǎn)力矩，這就意味著不能縮短銑刀達到設(shè)定轉(zhuǎn)速、自動換刀等非切削時間。雖然可通過去除刀體多余部分來減輕重量，但去除量過多容易引發(fā)高頻切削振動。為解決上述問題，可采用比重僅為鋼的1/2的鋁合金作為刀體材料。但是，普通鋁合金的抗拉強度和硬度都只有鋼的1/2，為彌補強度和硬度的不足，采用了抗拉強度為573n/mm2、硬度為hb150的特殊鋁合金材料，其強度和硬度約為普通鋁合金的2倍。
（2）刀體結(jié)構(gòu)設(shè)計特點
設(shè)計刀體結(jié)構(gòu)時，如果采用楔塊式緊固機構(gòu)將刀片固緊在刀體上，容易導(dǎo)致刀體產(chǎn)生裂紋并使精度惡化；如果采用利用刀片中心孔和螺釘將刀片直接固緊在刀體上的緊固機構(gòu)，則存在切削刃跳動精度調(diào)整范圍小、重磨后刀尖高度和直徑與新刀不一致等缺點。為解決上述問題，采用了先將刀片用螺釘固緊在鋼制刀夾上，然后將裝好刀片的刀夾緊固在刀體上的結(jié)構(gòu)設(shè)計，這種結(jié)構(gòu)對于消除高頻切削振動十分有效。
（3）高速銑刀離心力和加工安全的研究
在高速銑削中，銑刀的轉(zhuǎn)速越高，產(chǎn)生的離心力越大。離心力的大小與速度的平方成正比，如φ100mm銑刀以5000m/min的切削速度旋轉(zhuǎn)時，刀片質(zhì)量為7.3克，作用于其上的離心力達到1014n（130kgf），刀片夾緊機構(gòu)必須能承受這樣大的離心力而不會發(fā)生松動。現(xiàn)在iso和din標(biāo)準(zhǔn)對高速銑刀的zui高轉(zhuǎn)數(shù)均有規(guī)定。din標(biāo)準(zhǔn)將破壞轉(zhuǎn)數(shù)的1/2作為該銑刀的zui高允許轉(zhuǎn)數(shù)。本銑刀在設(shè)計時采用了din標(biāo)準(zhǔn)。住友電工通過銑刀破壞性實驗和cae解析兩種方式驗證了銑刀的安全性。通過用有限元法進行cae解析，獲得了緊固刀夾主夾緊螺釘頸部的應(yīng)力分布狀況。此外還進行了銑刀破壞性試驗，主夾緊螺釘?shù)穆菁y部分發(fā)生了破損，結(jié)果與cae解析相同。除了主夾緊機構(gòu)外，對輔助夾緊部分的安全性也下了很大功夫，zui終設(shè)計出了新型rf型銑刀結(jié)構(gòu)。
（4）銑削加工
分別用硬質(zhì)合金刀片和sumidiada2200刀片銑削adc12箱體的加工實例表明，在相同的銑削條件下，sumidiada2200刀片的精加工表面粗糙度為ra0.2μm，刀具壽命是硬質(zhì)合金刀片的30倍；用sumidiada2200刀片精銑變速箱體接合面的加工實例表明，可在切深1.5mm的條件下一次完成精銑。在使用臥式加工中心加工、刀柄懸伸量較長時，也能有效防止高頻切削振動。
3.srf型pcd銑刀的特點
為了減少設(shè)備投資和廠房面積，降低生產(chǎn)成本，小型加工中心的使用日益增多。與此同時，對用于小型加工中心的銑刀需求也日益增加。為此，住友電工硬質(zhì)材料公司針對鋁及鋁合金加工開發(fā)了采用鋼制刀體的小直徑srf型pcd銑刀。該銑刀具有以下特點。
（1）采用將刀片直接緊固在刀體上的夾緊機構(gòu)
雖然采用鋼制刀體，但因直徑小，因此在重量方面不會有問題；考慮到采用rf型的機夾結(jié)構(gòu)會降低刀體剛性，因此采用了將刀片直接緊固在刀體上的夾緊機構(gòu)。
（2）刀體設(shè)計
小型加工中心的主軸較小，所用銑刀可設(shè)計為高轉(zhuǎn)速銑刀。市售小型加工中心的zui高轉(zhuǎn)速為10000～20000r/min，因此將銑刀允許zui高轉(zhuǎn)速設(shè)計為20000r/min。為了實現(xiàn)銑削，雖然刀具直徑較小，設(shè)計時仍應(yīng)盡可能增加刀齒數(shù)。通常使用內(nèi)切圓為12.7mm的刀片，本銑刀設(shè)計時采用了9.525mm的小規(guī)格刀片，以增加刀齒數(shù)。
（3）離心力和安全性設(shè)計
采用小規(guī)格刀片能減小刀片質(zhì)量，抑制高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力。當(dāng)銑刀直徑為φ63mm、刀片質(zhì)量3.2g、轉(zhuǎn)速為20000r/min時，作用于刀片上的離心力為445n（45kgf）。刀片緊固螺釘選用m4，其破損力為4900n，相對于離心力而言是安全的。
（4）銑削加工實例
使用srf型sumidiada2200牌號pcd小直徑銑刀加工凸輪箱（adc12）的實例表明，加工12000件后刀尖未崩刃，沒有出現(xiàn)任何問題。用焊接式pcd立銑刀加工電腦箱的實例表明，重磨后刀尖精度控制困難，壽命分散度大，無法繼續(xù)使用；而使用srf型可轉(zhuǎn)位pcd銑刀加工時，在確保重磨精度的同時，加工效率也提高了2.5倍。在銑削中，srf型pcd銑刀的切削刃比普通pcd銑刀的切削刃增加了5mm的切深量，從而提高了小型零件的大批量生產(chǎn)能力，用一把銑刀即可完成粗銑和精銑加工。