金刚石的刀具发展与技术
侯文文0840202211
摘要：本文主要对金刚石刀具的分类、加工方法、金刚石刀具的发展现状及应用领域作了简单的介绍，对聚晶金刚石刀具的刃磨技术作了详细的研究分析。
1、引言：随着现代加工制造业对高速切削加工的要求不断提高，对于各种难切削复合材料、工程陶瓷材料等，传统的切削加工刀具已不能满足高速切削的需要，而超硬切削刀具是解决以上问题的有效手段，其中，金刚石刀具的应用较为广泛。金刚石具有极高的硬度、良好的耐磨性和导热性、低摩擦系数和热膨胀系数，在现代切削加工中体现出难以替代的优越性，被誉为当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。目前，金刚石刀具在机械加工中的应用日渐普及，已成为现代材料加工中不可或缺的重要工具。
2、金刚石刀具的基本介绍
2.1 天然金刚石(ND)刀具
为天然金刚石拉蔓峰谱，具有以下特征：
(1)1332尖锋处显示存在金刚石。
(2)波型幅度(FWHM)为4.1cm-1
显示为纯金刚石。ND是目前已知矿物中最硬的物质，主要用于制备刀具车刀。天然金刚石刀具精细研磨后刃口半径可达0.01～0.002µm。其中天然单晶金刚石(Single Crystalline Diamond，SCD)刀具切削刃部位经高倍放大1500倍仍然观察到刀刃光滑。SCD
车削铝制活塞时Ra可达到4µm，而在同样切削条件下用PCD 刀具加工时的表面粗糙时的Ra为15～50µm。故采用SCD刀具配合精密车床进行精密和超精密加工，可获得镜面表面。
2.2 聚晶金刚石(PCD)刀具
PCD是高温超高压条件下通过钴等金属结合剂将金刚石微粉聚集烧结合成的多晶体材料，又称烧结金刚石。聚晶金刚石刀具整体烧结成铣刀，用于铣削加工，PCD晶粒呈无序排列状态，属各向同性，硬度均匀，石墨化温度为550℃。刀具具有高硬度、高导热性、低热胀系数、高弹性模量和低摩擦系数。刀刃非常锋利等特点。
2.3 人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具
为提高PCD刀片的韧性和可焊性，常将PCD与硬质合金刀体做成人造聚晶金刚石复合刀片(PDc)。即在硬质合金基底其表面压制一层0.5～1mm厚的PCD烧结而成。复合刀片的抗弯强度与硬质合金基本一致，硬度接近PCD，故可以替代PCD使用。PCD及人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具的刃口锋利性和加工的工件表面质量低于ND。同时其可加工性很差，磨削比小，难以根据刀头的几何形状任意成形。目前利用人造聚晶金刚石复合片只能制备车刀，至今还不能制造带断屑槽的可转位刀片和复杂三维曲面几何形状的铣刀。
2.4 CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具
金刚石厚膜焊接刀具是把激光切割好CVD金刚石厚膜一次焊接至基体(通常为K类硬质合金)上，形成复合片，然后抛光复合片，二次焊接至刀体上，刃磨成需要的形状和刃口。如图3(a)所示，为CVD
金刚石厚膜(金刚石膜厚度达30µm)，具有硬度高、耐磨损、摩擦系数小等特点，是制造切削有色金属和非金属材料刀具的理想材料。由于金刚石焊接过程工艺复杂，CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具尚未大批量应用。
2.5 金刚石涂层刀具
金刚石涂层刀具是用CVD法直接在硬质合金(K类硬质合金)或陶瓷等基体上沉积一层1～25µm金刚石薄膜，无解理面各向同性。如图3(b)。薄膜涂层刀具硬度达9800～10000HV。热导率高，室温下导热系数高达2000W·m-1·K-1，而硬质合金刀具导热系数仅为80～100m-1·K-1。CVD方法金刚石可以涂层到任何复杂形状的刀具上，这是聚晶金刚石无法拥有的最显著的优势。
3、金刚石刀具的应用
天然金刚石刀具目前主要用于紫铜及铜合金和金、银、铑等贵重有色金属，以及特殊零件的超精密镜面加工，如录相机磁盘、光学平面镜、多面镜和二次曲面镜等。但其结晶各向异性，刀具价格昂贵。PCD的性能取决于金刚石晶粒及钴的含量，刀具寿命为硬质合金(WC 基体)刀具的10～500倍。主要用于车削加工各种有色金属如铝、铜、镁及其合金、硬质合金和耐磨性极强的纤维增塑材料、金属基复合材料、木材等非金属材料。切削加工时切削速度、进给速度和切削深度加工条件取决于工件材料以及硬度。人造聚晶金刚石复合片(PDC)性能和应用接近PCD刀具，主要用在有色金属、硬质合金、陶瓷、非金属材料(塑料、硬质橡胶、碳棒、木材、水泥制品等)、复合材料等切
削加工，逐渐替代硬质合金刀具。由于金刚石颗粒问有部分残余粘结金属和石墨，其中粘结金属以聚结态或呈叶脉状分布会减低刀具耐磨性和寿命。此外存在溶媒金属残留量，溶媒金属与金刚石表面直接接触。降低(PDC)的抗氧化能力和刀具耐热温度，故刀具切削性能不够稳定。金刚石厚膜刀具制备过程复杂，因金刚石与低熔点金属及其合金之间具有很高的界面能。金刚石很难被一般的低熔点焊料合金所浸润。可焊性极差，难以制作复杂几何形状刀具，故TDF焊接刀具不能应用在高速铣削中。金刚石涂层刀具可以应用于高速加工，原因是除了金刚石涂层刀具具有优良的机械性能外，金刚石涂层工艺能够制备任意复杂形状铣刀，用于高速加工如铝钛合金航空材料和难加工非金属材料如石墨电极等。
4、金刚石刀具的刃磨技术
刃磨是刀具制造的关键工序之一，先进的刃磨技术可以提高刀具产品质量、降低生产成本。金刚石刀具硬度极高，导致刀具的刃磨难度较大，对刃磨技术与设备要求较高。目前，大部分金刚石刀具用户都不具备刀具刃磨能力，使用过的刀具需送回原刀具生产厂家，在以Ewag为代表的进口设备上进行重磨，造成金刚石刀具刃磨价格高、周期长，大大提高了其使用成本。刃磨技术已成为阻碍金刚石刀具推广应用的主要因素之一。近年来，国内工程技术人员对金刚石刀具刃磨技术(包括机械刃磨、电火花放电刃磨等)与装备进行了大量研究与开发，取得了一定进展，推动了金刚石刀具刃磨技术的发展。
4.1 金刚石砂轮机械刃磨
金刚石砂轮机械刃磨是目前使用最广泛的PCD刀具刃磨方法，加工的刀具刃口质量好，前、后刀面完整光洁。这种刃磨方法的作用机理较为复杂，较普遍的观点一J认为，金刚石砂轮机械刃磨是机械和热化学两方面共同作用的结果。机械作用是金刚石砂轮的磨粒对PCD 材料不断进行冲击，使PCD上的金刚石发生微破碎、磨损、脱落或解理；热化学作用则是磨削过程中产生的高温使金刚石发生氧化或石
墨化。图2为金刚石机械刃磨原理示意图。其刃磨过程可分为三个阶段：①接触期：磨削力突然增大，剧烈的机械冲击使PCD表面出现裂纹，产生碎片；②稳定期：砂轮磨粒在PCD表面上进行挤压和摩擦，当压力达到一定程度时，PCD表面形成裂纹；③摩擦期：当摩擦温度达到一定程度时，PCD会发生石墨化和其它化学反应。在刃磨过程中，需要采用冷却液进行冷却，经过三个阶段的刃磨，可获得完整光洁的刃口。
影响PCD刀具机械刃磨质量的主要因素包括：金刚石砂轮、刃磨工艺与刃磨装备。金刚石砂轮主要影响刃磨的平稳性；刃磨工艺影响刀具刃磨的质量，良好的刃磨工艺可以降低金刚石砂轮的磨耗比和加工成本；刃磨装备(磨床的可控性、刚性与振动控制)则决定了刃磨工艺的实施质量。
4.2 电火花放电刃磨(EDG)
4.2.1刃磨机理
将电火花放电加工技术用于刃磨PCD刀具，称为放电刃磨
(EDG)[17J。放电刃磨是一种热蚀加工过程，其刃磨原理是电介质分离的砂轮电极与刀具电极问放电产生瞬时高温，使刀具材料熔化和气化，实现材料的去除。如图所示，由电动机带动圆盘电极高速转动，圆盘电极连接脉冲电源、电气控制和数控系统，通过电气检测、控制和伺服控制系统，控制PCD刀具作往复运动和伺服进给。圆盘电极与加工刀具之问放电产生瞬时高温，将刀具材料熔化与气化，以获得所需要的形状。加工的PCD刀具刃口尺寸精度<0．02ram，表面粗糙度一般可达Ra0．3一O．4tan。与金刚石砂轮机械刃磨相比，EDG技术是一种成本较低、加工效率较高的刃磨方法。
1．电动机2．脉冲电源3．电气检测、控制和数控系统4．往复运动5．伺服运动6．圆盘电极7．PCD刀具8．工作液
电火花放电刃磨原理示意图
4.2.2 刃磨设备
放电刃磨时，通常采用碳氢化合物（如石蜡）作为砂轮电极与工具电极间的电介质，工作电压一般为直流80～200V，砂轮电极采用
铜、钨、石墨等导电材料。根据刀具刃磨时的位置，放电刃磨可分为圆周放电刃磨和端面放电刃磨。刃磨过程中，砂轮作旋转运动，使其能均匀磨损。在端面放电刃磨中，砂轮还需左右摆动。脉冲电源是影响刃磨效率和刃磨质量的关键设备，因此脉冲电源的设计已成为放电刃磨的研究热点。
4.3 其它刃磨技术
近年来，还有不少将各种特种加工技术(如超声波磨削、激光加工、电化学磨削等)应用于刀具刃磨的研究119J。超声波磨削是利用磨料在超声波作用下产生的机械振动与冲击，对刀具进行机械磨削。激光加工则是利用激光的瞬时高温对刀具进行热蚀加工。电化学磨削是利用金属的溶解(占95％一98％)和机械磨削(占2％一5％)的综合作用来实现刀具刃磨。目前，超声波磨削、激光加工、电化学磨削等加工方法主要应用于陶瓷刀具、硬质合金刀具的刃磨和金刚石刀具的切割，也可用于刀具的粗磨加工，在刀具精磨上的应用仍需进一步研究。
采用特种加工与传统机械磨削相结合的复合刃磨技术是一种较有潜力的技术。特种加工磨削率较高，而机械刃磨精度较高，二者相结合可有效缩短金刚石精密刃磨的时问。例如，Walter公司开发的He—litronic Power+Diamond多功能机床可在传统磨"N JJH工与放电磨"N JJH工之问相互转换，通过一次安装，即可完成PCD刀具的刃磨。Ewag公司的ewamatic多功能磨床将机械磨削加工与放电腐蚀加工结合到一起，采用星形磨，一次装夹即可完成对刀具外圆面、切
削角、切削刃的磨削加工。该机床可加工直径0．1—35ram、具有直齿(或螺旋齿)的圆柱形(或圆锥形)PCD刀具。但是，目前这些刃磨设备价格昂贵，必须大幅降低成本，才有可能广泛应用。
5、金刚石刀具的发展现状
随着金刚石刀具在加工领域的应用逐渐增多，金刚石刀具技术也在不断的改进和发展。当前，金刚石刀具主要朝着三个方向发展：①产品系列化、晶粒细化、质量优化、性能均一化；②刀坯尺寸不断增大，形状结构多样化蚓6；③CVD金刚石膜由研制阶段进入商业化供货阶段(如美国Kenametal公司、英国De Beers和国内的北京天地金刚石公司等)。世界著名的人造金刚石刀具生产商主要有英国De Beers公司、美国GE公司、El本住友电工株式会社等。国内金刚石刀具生产厂家主要分布在上海、北京、深圳、西安、郑州、长沙、廊坊等地，这些厂家大多通过购进GE公司、De Beers公司的原材料进行加工。目前，国内对金刚石刀具材料的自主开发能力还比较薄弱。在金刚石的应用支持技术上，国内的金刚石刀具刃磨技术与装备在精度、效率和表面质量上与国外还存在不小差距，应用于实际生产的金刚石刀具刃磨机床仍被以瑞士Ewag为代表的进口设备所垄断。近年来，PCD刀具在国内的推广应用对金刚石刀具设计、制造与刃磨技术的研究起到了积极的推动作用。清华大学、大连理工大学、华中理
工大学、吉林工业大学、哈尔滨工业大学等高校都在积极开展这方面的研究，许多企业如成都工具研究所、上海舒伯哈特、郑州新亚、南京蓝帜等也在从事PCD刀具的应用研发。
尽管目前国内CVD薄膜涂层刀具的应用尚处于萌芽状态，但随着CVD金刚石生长技术的提高，CVD金刚石基团颗粒的大小已经由40～50μm缩小到十几甚至几个纳米，从而出现了纳米金刚石。如美国阿贡国家实验室(Argonne Nat. Lab)的Dr. Gruen D.M已经生长出质量良好、表面为镜面(表面最高峰与最低峰间距为15nm)、任意厚度的纳米金刚石膜，而且其涂层的附着力足够。相信其对涂层刀具的应用有所促进。
6、结语：
目前在金刚石的产业化中还存在一些关键问题函待解决，如高速大面积的金刚石厚膜沉积工艺、控制金刚石膜的晶界密度和缺陷密度、金刚石膜的低温生长，金刚石薄膜与基体结合力弱等。金刚石刀具优异的性能和广泛的发展前途吸引国内外无数的专家进行研究，有些已经取得了突破性进展，相信不久的将来金刚石刀具将广泛应用到现代加工中。
而随着金刚石刀具的广泛应用，对刃磨技术的要求必定会越来越高。目前应用较多的机械刃磨技术虽然可以获得较好的刃磨效果，但加工效率不高。采用特种加工技术进行刃磨，虽然效率较高，但刃磨质量不佳。如果采用特种加工方法进行刀具刃口粗磨，然后采用机械刃磨方法进行精磨，既能提高加工效率，又可以保证刃口质量，因此，多功能复合刃磨技术及装备是金刚石刀具刃磨的一个发展方向。
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PCD刀具重要的制造技术 1、聚晶金刚石刀具（PCD）的制造过程主要包括两个阶段：①PCD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。②PCD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。 2、PCD复合片的切割工艺 由于PCD复合片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，其工艺特点的比较如下。 PCD复合片切割工艺的比较： 工艺方法－工艺特点 电火花加工－高度集中的脉冲放电能量、强大的放电爆炸力使PCD材料中的金属融化，部分金刚石石墨化和氧化，部分金刚石脱落，工艺性好、效率高 超声波加工－加工效率低，金刚石微粉消耗大，粉尘污染大 激光加工－非接触加工，效率高、加工变形小、工艺性差 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。电火花加工PCD 复合片的效率及表面质量受到切削速度、PCD粒度、层厚和电极质量等因素的影响，其中切削速度的合理选择十分关键，实验表明，增大切削速度会降低加工表面质量，而切削速度过低则会产生“拱丝”现象，并降低切割效率。增加金刚石刀具（PCD）刀片厚度也会降低切割速度。 3、PCD刀片的焊接工艺 PCD复合片与刀体的结合方式除采用机械夹固和粘接方法外，大多是通过钎焊方式将PCD复合片压制在硬质合金基体上。焊接方法主要有激光焊接、真空扩散焊接、真空钎焊、高频感应钎焊等。目前，投资少、成本低的高频感应加热钎焊在PCD刀片焊接中得到广泛应用。在刀片焊接过程中，焊接温度、焊剂和焊接合金的选择将直接影响焊后刀具的性能。在焊接过程中，焊接温度的控制十分重要，如焊接温度过低，则焊接强度不够；如焊接温度过高，PCD容易石墨化，并可能导致“过烧”，影响PCD复合片与硬质合金基体的结合。 在实际加工过程中，可根据保温时间和PCD变红的深浅程度来控制焊接温度（一般应低于700℃）。国外的高频焊接多采用自动焊接工艺，焊接效率高、质量好，可实现连续生产；国内则多采用手工焊接，生产效率较低，质量也不够理想。 4、PCD刀片的刃磨工艺 PCD的高硬度使其材料去除率极低（甚至只有硬质合金去除率的万分之一）。目前，聚晶金刚石刀具（PCD）刃磨工艺主要采用树脂结合剂金刚石砂轮进行磨削。由于砂轮磨料与PCD之间的磨削是两种硬度相近的材料间的相互作用，因此其磨削规律比较复杂。对于高粒度、低转速砂轮，采用水溶性冷却液可
前端的金刚石如何与后部的金属柄焊接，其焊接材料又是哪种材料 本篇文章来源于“中国金属加工在线”转载请以链接形式注明出处网址：https://www.doczj.com/doc/ac14127573.html,/zhidao/q/q32.htm 楼层: 1金刚石与后部金属柄的焊接通常是用火焰钎焊焊接的,其焊接材料采用铜基钎料,牌号可用HL105(型号BCu58ZnMn),钎剂可用硼砂或硼砂与硼酸的混合物．也许还有个事项得说明一下，就是最普遍的方法是采用气焊的方法． 回答者：beizhangnx - 操作员1级- 提交时间:2008-4-24 10:25:00 -------------------------------------------------------------------------------- 楼层: 2保护气体钎焊金刚石所用钎料为银铜钛合金，合金银、铜、钛的成份比例分别为 68.8%、26.7%和4.5%。保护气体为氩(95%)与氢(5%)的混合气体。焊接在如图3所示的半开放式腔体进行。钎焊工艺过程如下： (1)充分清除金刚石和金属基体表面上的氧化物； (2)在保护气氛加热基体及钎料，直至钎料熔化并均匀散布于基体的指定位置，然后冷却； (3)在基体的正确部位放置需焊接的金刚石，充入保护气体后重新加热至钎料熔化温度，再缓慢冷却至室温。采用钎焊法装卡金刚石刀头具有以下优点：焊接强度高，焊接面的剪切强度可达340MPa，可将重量仅为0.02克拉的金刚石刀头牢固地焊接在刀杆上；可在钎焊后对金刚石刀头再进行精磨，以保证刀具几何角度的加工精度；可使刀具前刀面高于刀杆，从而保证切屑排出顺畅，使切削过程及工件表面质量更加稳定可靠；可大幅度提高金刚石刀具的系统刚性。 本篇文章来源于“中国金属加工在线”转载请以链接形式注明出处网址：https://www.doczj.com/doc/ac14127573.html,/zhidao/q/q32.htm 硬质合金的焊接工艺现状与展望 作者：佚名文章来源：网上搜集点击数：359 更新时间：2008-1-5 19:21:50 硬质合金是一种以难熔金属化合物(WC、TaC、TiC、NbC等)为基体，以过渡族金属(Co，Fe，Ni)为粘结相，通过粉末冶金方法制备的金属陶瓷工具材料，它具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐磨损、耐腐蚀、热膨胀系数小以及化学性质较为稳定等优点，广泛应用于 切削工具、耐磨零件、采矿与筑路工程机械等领域【1】。 硬质合金的材质脆硬、韧性差而且价格高，这些因素使其难以被制成大尺寸、形状复杂的构件加以应用，而硬质合金与钢体材质的焊接是弥补其不足的主要方法，合适可靠的焊接技术正在不断拓展它的应用范围。因此，欲更好更合理地应用硬质合金，必须了解
金刚石刀具的种类与选用 摘要:简要介绍了金刚石材料的的主要性能特点?并对近几年来正在迅速发展的金刚石切削刀具的特点、性能、种类及其选用方法作了较为详细的叙述。 关键词：天然金刚石聚晶金刚石PCI刀具CVD刀具切削性能刀具寿命 目前世界上金刚石的年耗量大约以8%——10%的速度增长?有人预言21世纪将是金刚石全面应用的时代，我国对人造金刚石的研究与应用始于20世纪70年代，并于1969年在贵阳建造了第1个人造金刚石及其制品的专业生产厂——第六砂轮厂。从1970——1990年，人造金刚石年产量从46万克拉增至3500万克拉。20世纪90年代前后，从国外引进了先进设备及金刚石生产技术，产量迅速增，1997年我国人造金刚石年产量已达到5亿克拉左，生产量位居世界首位。 金刚石是碳的同素异形体，是目前已知的最硬物质?其显微硬度可达HV10000，作为刀具材料，也是目前最硬的，并已得到广泛应用。在合适的切削加工条件下，金刚石刀具比高速钢、硬质合金、陶瓷和聚晶立方氮化硼等刀具的使用寿命都要长。特别是用金刚石刀具切削加工铜、铝等有色金属和非金属耐磨材料时特别有效?其切削速度可比硬质合金刀具高一个数量级，例如铣削铝合金的切削速度为3000——4000m/min，甚至可达到7000m/min，且这时的金刚石刀具使用寿命也比硬质合金刀具高几十、甚至几百倍。 金刚石刀具不但可用于一般的车、镗、铣削，还成功地用于精密孔的加工前保证光刻胶线宽与设计一致，并且在需要电铸的部位光刻胶显影干净，在电铸时调整电铸条件和参数得到最佳的电铸效果?只有满足以上工艺要求制备的微弹簧才能获得较好的力学性能。当微弹簧所受拉力增大，便脱离弹性阶段，此时拉力-伸长曲线进入第2段，变为非线形 金刚石刀具的种类较多，可分为：单晶金刚石刀具、聚晶金刚石（PCD)、聚晶金刚石复合片（PCD)、CVD金刚石刀具和电镀金刚石刀具。 单晶金刚石刀具 单晶金刚石有天然的（ND)和人工合成的2种(单晶金刚石用作切削刀具必须是大颗粒的，一般其质量要大于0.1g其最小直径和长度均不得小于3mm，单晶金刚石刀具主要用于对表面粗糙度、几何形状精度和尺寸精度有较高要求的精密加工领域。 天然单晶金刚石是金刚石中最耐磨的材料(它本身质地细密，经过精细研磨，切削刃的刃口圆弧半径可小到0.010——0.002um。但天然单晶金刚石较脆，其结晶各向异性，不同晶面或同一晶面不同方向的晶体硬度均有差异，在进行刃磨和使用时必须选择合适的方向，使用条件较为苛刻，且资源有限，价格十分昂贵(天然单晶金刚石刀具主要用于某些有色金属的超精密切削加工或用于黄金首饰的生产加工中。 人工合成单晶金刚石的尺寸、形状和性能都具有良好的一致性，目前由于高温、高压技术日趋成熟，能够制备一定尺寸的人工合成单晶金刚石，南非DC Boors公司和美国生产的合成单晶金刚石颗粒尺寸可达9——10mm，使人工合成单晶金刚石的应用在工业生产中得到了迅速的发展。尤其在加工高耐磨的层状木板时，其切削性能要优于PCD金刚石,不会引起刃口的过早钝化。 聚晶金刚石及其复合刀片（PCD/CC） PCD是在高温、高压下，利用钴等金属结合剂将许多金刚石单晶粉聚晶成多晶体材料。其硬度虽然稍低于单晶金刚石，但它是随机取向的金刚石晶粒的聚合，属各向同性，用作切
金刚石材料的刀具目前被广泛应用于生产制造中。本文介绍了近十几年来正在迅速发展的金刚石切削刀具材料的性能、品种，幷针对不同类的金刚石材料刀具的性能优劣，作出了选用建议。 金刚石是碳的同素异形体，是目前已知的最硬物质，其显微硬度可达10,000HV，同时也是目前硬度最高的刀具材料。在合适的加工条件下，金刚石刀具相比高速钢、硬质合金、陶瓷和聚晶立方氮化硼刀具的使用寿命更长。用它加工铜、铝等有色金属和非金属耐磨材料时的切削速度比硬质合金刀具高出一个数量级(例如铣削铝合金的切削速度为 3000~4000m/min，高的甚至可达7500m/min)，使用寿命是硬质合金刀具的几十甚至几百倍。金刚石刀具过去主要用于精加工，近十几年来通过改进生产工艺，控制原料纯度和晶粒尺寸，采用复合材料和热压工艺等，其脆性有了重大改进，韧性提高，使用可靠性显着改善，已经可以作为常规刀具在生产中应用，对提高工效、保证产品质量起着重要作用。 金刚石刀具材料的性能优劣 金刚石的硬度和耐磨性极高、切削刃非常锋利、刃部粗糙度值小、摩擦因数低、抗粘结性好、热导率高、切削时不易粘刀及产生积屑瘤、加工表面质量好。在加工有色金属时，表面粗糙度值可达R0.10～0.05μ m，加工精度可达IT5(孔IT6)级以上，能有效地加工非铁金属材料和非金属材料，如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、未烧结的硬质合金、各种纤维和颗粒加强的复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨木材(尤其是实心木和胶合板、MDF等复合材料) 。 金刚石的缺点是韧性差，热稳定性低，与铁族元素接触时有化学反应(4C+3Fe →Fe3C4)，在700~800℃时将碳化(即石墨化)，一般不适用於加工钢铁材料。用它切削镍基合金时，同样也会迅速磨损。所以通常不推荐金刚石刀具加工高熔点金属及合金。此外，金刚石刀具刃磨困难，价格昂贵。表1中列出了金刚石刀具与硬质合金刀具二者性能的比较。 金刚石刀具材料的品种分类 金刚石刀具材料分为单晶金刚石(有天然和人造两种，天然单晶金刚石价格昂贵，部分被人造单晶金刚石替代)、人造聚晶金刚石(PCD)和人造聚晶金刚石与硬质合金复合刀片(PCD/CC)以及CVD金刚石。 单晶金刚石 单晶金刚石用作切削刀具必须是大颗粒的(质量大於0.1g，最小径长不得小於3mm) ，主要用于表面粗糙度、几何形状精度和尺寸精度有较高要求的精密和超精密加工应用领域。 天然单晶金刚石是金刚石中最耐磨的材料。它本身质地细密，经过精细研磨，切削刃的刃口钝圆半径可小到0.008~0.005μm。但天然单晶金刚石较脆，其结晶各向异性，不同晶面或同一晶面不同方向的晶体硬度均有差异，在进行刃磨和使用时必须选择合适的方向。由於使用条件苛刻，加上天然单晶金刚石资源有限，价格十分昂贵，所以生产上大多采用PCD、PCD/CC和CVD金刚石刀具。天然单晶金刚石主要用於某些有色金属的超精密切削加工或黄金首饰的生产中。 人工合成单晶金刚石的尺寸、形状和性能都具有良好的一致性, 目前由于高温高压技术日趋成熟，能够制备一定尺寸的人工合成单晶金刚石，尤其在加工高耐磨的层状木板时，其性能要优于PCD金刚石，不会引起刃口过早钝化。
1 概述 超硬刀具主要包括金刚石刀具和立方氮化硼刀具，其中以人造金刚石复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合片(PCBN)刀具占主导地位。随着现代制造业（尤其是汽车制造业）的快速发展，超硬 刀具的生产及应用也逐年快速增长。图1、图2分别为PCD刀具和PCBN 刀具近十几年来全球销售额的增长情况。至1997 年，PCD刀具年销售额已达2.3亿美元，PCBN刀具年销售额为1.7亿美元。 超硬刀具大部分用于汽车零部件的切削加工。图3、图4分别为1995年全球PCD刀具和PCBN 刀具在各应用领域的销量份额。其中，PCD刀具的60%用于汽车制造业，近30%用于木工刀具 (至九十年代末期PCD木工刀具的份额已占到40%)；PCBN 刀具的1/2用于汽车制造业，约 20%用于重型设备(如轧辊等)的加工。 近年来，随着CNC加工技术的迅猛发展以及数控机床的普遍使用，可实现高效率、高稳定性、 长寿命加工的超硬刀具的应用也日渐普及，同时引入了许多先进的切削加工概念，如高速切削、硬态加工、高稳定性加工、以车代磨、干式切削等。超硬刀具已成为现代切削加工中不可缺少的重要手段。 2 超硬刀具的主要品种及特点 (1) PCD金属切削刀具 PCD金属切削刀具可利用PCD材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。此类刀具从结构上主要可分为焊接式PCD刀具和可转位式PCD刀片。 近年来焊接式PCD刀具中发展较快的品种是带标准刀柄的PCD刀具，如带柄PCD铣刀、PCD镗刀、PCD铰刀等，刀柄型式主要为圆柱柄、锥柄和HSK柄。这种刀具（尤其是多齿刀具）的特点是切削刃对刀柄的跳动小（如刃长为30mm的HSK柄PCD铣刀的切削刃跳动仅为0.002mm），尤其适合于对各种有色金属零件的成形面、孔、阶梯孔等进行大批量高速加工。例如，采用铝基体刀盘的PCD高速铣刀（六刃，直径100mm），最高转速可达20,000R/MIN, 以上，切削速度可达7,000M/MIN，适合于汽车零部件的成形面加工。https://www.doczj.com/doc/ac14127573.html, 非标工装夹具设计CNC精密零件加工焊接工装夹具制
金刚石刀具与超硬刀具的区别及优缺点 内容来源网络，由“深圳机械展（11万㎡，1100多家展商，超10万观众）”收集整理！ 更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示，就在深圳机械展. 金刚石刀具优缺点 超硬刀具的优缺点 超硬材料具有优异的机械性能、物理性能和其他性能，其中有些性能很适合于刀具。 具有很高的硬度 天然金刚石的硬度达10000HV；CBN的硬度达7500HV。与其他硬物质相比，SiC硬 度为3000～3500HV，A12O3为2700HV，TiC为2900～3200HV，WC为2000HV， Si3N4为2700～3200HV；作为刀具材料用的硬质合金，其硬度仅为1100～1800HV。 具有很好的导热性 天然金刚石的热导率达2000W/m-1*K-1，CBN的热导率达1300W/m-1/K-1。紫铜 的导热性很好，其热导率仅为393W/m-1*K-1；纯铝为226W/m-1*K-1，故金刚石与CBN 的热导率分别是紫铜的5倍和3.5倍，是纯铝的8倍和5倍。硬质合金的热导率仅为35～ 75W/m-1*K-1。 具有很高的杨氏模量 天然金刚石的杨氏模量达1000GPa，CBN的杨氏模量在720GPa。而SiC、Al2O3、 WC、TiC的杨氏模量仅分别为390、350、650、330GPa。物质的杨氏模量大就是刚性好。
具有很小的热膨胀 天然金刚石的线膨胀系数为1×10-6/K，CBN的线膨胀系数为(2.1～2.3)×10-6/K。而硬质合金的线膨胀系数为(5～7)×10-6/K。 具有较小的密度 天然金刚石的密度为3.52g/cm3，CBN的密度为3.48g/cm3。与Al2O3、Si3N4的密度接近。 具有较低的断裂韧性 天然金刚石的断裂韧性为3.4MPa/m0.5,CBN与之接近。陶瓷刀具材料的断裂韧性在各种刀具材料中是属于较低者，然尚能达7～9MPa?m0.5。故金刚石与CBN性脆，是其弱点。 化学性质 CBN热稳定性好，在大气中达1300～1500℃不分解。对铁族元素呈惰性；在酸中不受渗蚀，在碱中约300℃时即受浸蚀；与过热的水蒸汽也能起作用。金刚石在常温下化学性质稳定；在氧气中约660℃开始石墨化，铁族元素特别是铁元素能催进石墨化；在酸、碱中都不受浸蚀。 电学性质 纯净的不含杂质的金刚石是绝缘体，室温下电阻率在1016Ω?cm以上。只有掺人了其他元素后，才显出半导体特性。同Si、Ce、As等半导体材料相比，金刚石具有非常宽的禁带，小的介电常数，高的载电子迁移率，大的电击穿强度，说明金刚石是一种性能优良的宽
金刚石刀具 金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨胀系数，以及与非铁金属亲和力小等优点。可以用于非金属硬脆材料如石墨、高耐磨材料、复合材料、高硅铝合金及其它韧性有色金属材料的精密加工。金刚石刀具类型繁多，性能差异显著，不同类型金刚石刀具的结构、制备方法和应用领域有较大区别。 天然金刚石刀具目前主要用于紫铜及铜合金和金、银、铑等贵重有色金属，以及特殊零件的超精密镜面加工，如录相机磁盘、光学平面镜、多面镜和二次曲面镜等。但其结晶各向异性，刀具价格昂贵。PCD的性能取决于金刚石晶粒及钴的含量，刀具寿命为硬质合金(WC基体)刀具的10～500倍。主要用于车削加工各种有色金属如铝、铜、镁及其合金、硬质合金和耐磨性极强的纤维增塑材料、金属基复合材料、木材等非金属材料。切削加工时切削速度、进给速度和切削深度加工条件取决于工件材料以及硬度。人造聚晶金刚石复合片(PDC)性能和应用接近PCD刀具，主要用在有色金属、硬质合金、陶瓷、非金属材料(塑料、硬质橡胶、碳棒、木材、水泥制品等)、复合材料等切削加工，逐渐替代硬质合金刀具。由于金刚石颗粒问有部分残余粘结金属和石墨，其中粘结金属以聚结态或呈叶脉状分布会减低刀具耐磨性和寿命。此外存在溶媒金属残留量，溶媒金属与金刚石表面直接接触。降低(PDC)的抗氧化能力和刀具耐热温度，故刀具切削性能不够稳定。金刚石厚膜刀具制备过程复杂，因金刚石与低熔点金属及其合金之间具有很高的界面能。金刚石很难被一般的低熔点焊料合金所浸润。可焊性极差，难以制作复杂几何形状刀具，故TDF焊接刀具不能应用在高速铣削中。金刚石涂层刀具可以应用于高速加工，原因是除了金刚石涂层刀具具有优良的机械性能外，金刚石涂层工艺能够制备任意复杂形状铣刀，用于高速加工如铝钛合金航空材料和难加工非金属材料如石墨电极等。显示为纯金刚石。ND是目前已知矿物中最硬的物质，主要用于制备刀具车刀。天然金刚石刀具精细研磨后刃口半径可达0.01～0.002µm。其中天然单晶金刚石(Single Crystalline Diamond，SCD)刀具切削刃部位经高倍放大1500倍仍然观察到刀刃
金刚石刀具的磨损机理 引言：由于金刚石材料的高硬度和各向同性使其磨损非常缓慢。是一种理想的刀具材料。为了充分发挥PCD刀具的切削性能，世界各国先后投入大量人力物力对PCD刀具进行研究。 1、金刚石刀具的磨损形态 金刚石刀具的磨损形态常见于前刀面磨损、后刀面磨损和刃口崩裂。 1、金刚石刀具的磨损机理 金刚石刀具的磨损机理比较复杂，可分为宏观磨损与微观磨损。前者以机械磨损为主，后者以热化学磨损为主。宏观磨损的基本规律如图，早期磨损迅速，正常磨损十分缓慢。通过高倍显微镜观察，刃口质量越差及锯齿度越大，早期磨损就越明显。这是因为金刚石刀刃圆弧采用机械方法研磨时，实际得到的是不规则折线如图，在切削力作用下，单位折线上压力迅速增大，导致刀刃磨损加快。另一个原因是，当金刚石刀具的刃磨压力过大或刃磨速度过高，及温度超过某一临界值时，金刚石刀具表面就会发生氧化与石墨化，使金刚石刀具表面的硬度降低，形成硬度软化层。在切削力作用下，软化层迅速磨损。由此可见，金刚石刀具刃磨质量的高低会严重影响它的使用寿命与尺寸精度的一致性。 当宏观磨损处于正常磨损阶段，金刚石刀具的磨损十分缓慢，实践证明，在金刚石的结晶方向上的磨损更是缓慢。随着切削时间的延长，刀具仍有几十至几百纳米的磨损，这就是微观磨损。通过高倍显微镜长期观察以及用光谱与衍射分析后，金刚石刀具的微观磨损原因可能有以下3个： 1随着切削时间的不断延长，切削区域能量不断积聚，温度不断升高，当达到热化学反应温度时，就会在刀具表面形成新的变质层。变质层大多是强度甚差的氧化物与碳化物，不断形成，不断随切屑消失，逐渐形成磨损表面。
2金刚石晶体在切削力特别是承受交变脉冲载荷持续作用下，一个又一个C原子获得足够的能量后从晶格中逸出，造成晶体缺陷，原子间引力减弱，在外力作用下晶格之间发生剪切与剥落，逐渐形成晶格层面的磨损，达到一定数量的晶格层面磨损后就会逐渐形成刀具的磨损表面。 3金刚石刀具在高速切削有色金属及其合金时，在长时间的高温高压作用下，当金刚石晶体与工件的金属晶格达到分子甚至原子之间距离时，引起原子之间相互渗透。改变了金刚石晶体的表面成分，使得金刚石刀具表面的硬度与耐磨性降低，这种现象称为金刚石的溶解。金刚石刀具的磨损程度与磨损速度则取决于金刚石原子在有色金属或在其它非金属材料原子中的溶解率。实践证明，金刚 石刀具在切削不同的材料时，有不同的溶解率，也就是说金刚石刀具在不同切削条件下切削不同的工件材料，磨损速度与程度是不相同的，溶解率越大，金刚石刀具磨损就越快。 2、金刚石刀具的化学磨损 微切削加工用来制作具有光学表面质量的零件,目前只限于少数材料。属于这一类的材料主要有高纯度铜、无硅铝合金和含磷量约为12%的非电流析出镍。工业上很重要的铁基材料则由于单晶金刚石刀具的严重磨损而无法加工。解决这一问题主要有三种可能的途径,也就是说,通过改进切削加工工艺、刀具材料和被加工材料。金刚石刀具沉积硬质材料涂层则属于改进刀具材料。涂层应能阻止金刚石与被加工材料的直接接触。 为了确定适宜的硬质材料涂层,首先应研究切削加工过程中刀具与工件之间存在的界面的相互作用。切削加工Fe、Ni、Cr、Ti等(门捷列夫元素周期表第-族过渡金属)金属材料时,金刚石刀具则出现严重的化学磨损。解释化学磨损的一种假设是过渡金属中存在非配对d电子。过渡金属倾向于通过其d轨道与碳的p轨道
刀具基础知识一、刀具材料应具备的性能； A，高的硬度和高耐磨性 1.硬度是刀具材料应具备的基本特性 2.耐磨性是指材料抵抗磨损的能力。 B，足够的强度和韧性 1.强度是刀具材料抵抗破坏的能力 2，韧性是指材料发生断裂时外界做功的大小。 3.高的耐热性和热传性 4.良好的工艺性和经济性 1）切削性能 目前刀具材料分四大类：工具钢、硬质合金、陶瓷及超硬刀具材料等。
常用的刀具材料 一、工具钢 1. 碳素工具钢 碳素工具钢是含碳量为0.65％～1.3％的优质碳素钢。常用的钢号有T7A、T8A等。 耐热温度：200℃～300℃。 2. 合金工具钢 1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。在碳素工具钢中加入适当的元素铬（Cr）、硅常用的合金工具钢有9CrSi，CrWMn等（Si）、锰（Mn）、钒（V）、钨（W）等炼成的。 耐热温度：325℃～400℃。 主要用于制造细长的或截面积大、刃形复杂的刀具。 二，高速钢 高速钢是一种富含钨（W）、铬（Cr）、钼（Mo）、钒（V）等元素的高合金工具钢。 美国的F.W.泰勒和M.怀特于1898年创制的。含碳量一般在0.70～1.65％之间。 耐热温度：500℃～650℃。 高速钢的抗弯强度是硬质合金的3～5倍，冲击韧性是硬质合金的6～10倍 1.普通高速钢（HSS） 2.钨系高速钢：W18Cr4V (W18) 3.具有较好的综合性能，可制造复杂刃型的刀具。但由于钨是稀有金属，现在很少使用。 4.钨钼系高速钢：W6Mo5Cr4V2 (M2) 5.M2的碳化物颗粒小，分布均匀，具有较高的抗弯强度、塑性、韧性和耐磨性。又因为钼的存在，使其热塑性非常好。 2. 高性能高速钢（HSS-E）
金刚石的刀具发展与技术 侯文文0840202211 摘要：本文主要对金刚石刀具的分类、加工方法、金刚石刀具的发展现状及应用领域作了简单的介绍，对聚晶金刚石刀具的刃磨技术作了详细的研究分析。 1、引言：随着现代加工制造业对高速切削加工的要求不断提高，对于各种难切削复合材料、工程陶瓷材料等，传统的切削加工刀具已不能满足高速切削的需要，而超硬切削刀具是解决以上问题的有效手段，其中，金刚石刀具的应用较为广泛。金刚石具有极高的硬度、良好的耐磨性和导热性、低摩擦系数和热膨胀系数，在现代切削加工中体现出难以替代的优越性，被誉为当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。目前，金刚石刀具在机械加工中的应用日渐普及，已成为现代材料加工中不可或缺的重要工具。 2、金刚石刀具的基本介绍 2.1 天然金刚石(ND)刀具 为天然金刚石拉蔓峰谱，具有以下特征： (1)1332尖锋处显示存在金刚石。 (2)波型幅度(FWHM)为4.1cm-1 显示为纯金刚石。ND是目前已知矿物中最硬的物质，主要用于制备刀具车刀。天然金刚石刀具精细研磨后刃口半径可达0.01～0.002µm。其中天然单晶金刚石(Single Crystalline Diamond，SCD)刀具切削刃部位经高倍放大1500倍仍然观察到刀刃光滑。SCD
车削铝制活塞时Ra可达到4µm，而在同样切削条件下用PCD 刀具加工时的表面粗糙时的Ra为15～50µm。故采用SCD刀具配合精密车床进行精密和超精密加工，可获得镜面表面。 2.2 聚晶金刚石(PCD)刀具 PCD是高温超高压条件下通过钴等金属结合剂将金刚石微粉聚集烧结合成的多晶体材料，又称烧结金刚石。聚晶金刚石刀具整体烧结成铣刀，用于铣削加工，PCD晶粒呈无序排列状态，属各向同性，硬度均匀，石墨化温度为550℃。刀具具有高硬度、高导热性、低热胀系数、高弹性模量和低摩擦系数。刀刃非常锋利等特点。 2.3 人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具 为提高PCD刀片的韧性和可焊性，常将PCD与硬质合金刀体做成人造聚晶金刚石复合刀片(PDc)。即在硬质合金基底其表面压制一层0.5～1mm厚的PCD烧结而成。复合刀片的抗弯强度与硬质合金基本一致，硬度接近PCD，故可以替代PCD使用。PCD及人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具的刃口锋利性和加工的工件表面质量低于ND。同时其可加工性很差，磨削比小，难以根据刀头的几何形状任意成形。目前利用人造聚晶金刚石复合片只能制备车刀，至今还不能制造带断屑槽的可转位刀片和复杂三维曲面几何形状的铣刀。 2.4 CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具 金刚石厚膜焊接刀具是把激光切割好CVD金刚石厚膜一次焊接至基体(通常为K类硬质合金)上，形成复合片，然后抛光复合片，二次焊接至刀体上，刃磨成需要的形状和刃口。如图3(a)所示，为CVD
泉州师范学院 毕业论文（设计） 题目CVD金刚石刀具的研究与应用 物理与信息工程学院物理学专业10 级学生姓名陆雯冰学号100302027 指导教师陈永红职称讲师 完成日期2014年4月24日 教务处制
CVD金刚石刀具的研究与应用 物理与信息工程学院物理专业100302027 陆雯冰 指导老师陈永红讲师 【摘要】化学气相沉积金刚石与天然金刚石很相似,它是一种新型刀具材料。CVD金刚石刀具又分成一种是CVD 金刚石厚膜焊接刀具，另一种是CVD薄膜涂层刀具，物本文主要对CVD刀具的研究与应用现状进行阐述【关键词】薄膜;厚膜;金刚石;化学气相沉积;刀具 The research and application of CVD diamond cutting tools 100302027 Lu Wenbing physics and information engineering college physics major The instructor Chen Yonghong Lecturer 【abstract】Chemical vapor deposition of diamond and natural diamond are similar, it is a new kind of cutting tool materials.CVD diamond tool and is divided into a CVD diamond thick film welding tool, the other is a CVD thin film coated tools, this article mainly elaborates the research and application status of the cutting tool. 【key words】Film;thick film;diamond;chemical vapor deposition;cutting tool 引言 世界在不断地发展，科技在不断地进步，汽车、航天和航空工业也在快速地发展，对材料的轻质量化、高强度的要求迅速提高，一些新材料在工业中广泛应用，比如说石墨、陶瓷、有色金属以及合金等，然而，一般的高速钢和硬质合金刀具难以对这些物质进行切削加工。此外，现代尖端科技产品的机械加工，都要求得到高的加工精度和超光滑的加工表面，研究出能长时间恒定地进行加工，且耐磨性能优异的超硬材料刀具是金刚石刀具的发展方向。 金刚石是加工石墨、陶瓷、有色金属以及合金的理想刀具材料，其具有良好的导热性、硬度、耐磨性和化学惰性，低的摩擦系数、热膨胀系数等性质。金刚石刀具大致可分为天然金刚石刀具、化学气相沉积（CVD）金刚石刀具、聚晶金刚石（PCD）刀具等。因为天然金刚石价格高，所以天然金刚石刀具没有在工业上得到广泛的应用。聚晶金刚石（PCD）刀具有很好的切削性能，能对难加工的非金属材料进行加工,但该刀具中加入的粘结剂会使得它的耐磨性和硬度低于天然金刚石刀具，此外，聚晶金刚石刀具无法制造复杂的形状，切削工件难以保证高精度。20世纪80时年代，伴随着化学气相沉积（CVD）金刚石的出现，CVD金刚石刀具也随之诞生，CVD金刚石刀具没有添加任何金属结合剂，其性能与PCD 刀具很类似，且与PCD刀具对比，CVD刀具不仅造价低，而且还可以制造复杂形状的刀具。
金刚石切削技术及其应用-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
金刚石车削技术及其应用 2008/1/16/15:01 来源：慧聪网五金行业频道 1.金刚石车床的技术关键 金刚石车床与镜面铣床相比，其机械结构更为复杂，技术要求更为严格。除了必须满足很高的运动平稳性外，还必须具有很高的定位精度和重复精度。镜面铣削平面时，对主轴只需很高的轴向运动精度，而对径向运动精度要求较低。金刚石车床则须兼备很高的轴向和径向运动精度，才能减少对工件的形状精度和表面粗糙度的影响。 目前市场上提供的金刚石车床的主轴大多采用气体静压轴承，轴向和径向的运动误差在50nm以下，个别主轴的运动误差已低于25nm。金刚石车床的滑台在90年代以前绝大部分采用气体静压支承，荷兰的Hembrug公司则采用液体静压支承。进入90年代以来，美国的Pneumo公司（现已与Precitech公司合并）的主要产品Nanoform600和250也采用了具有高刚性、高阻尼和高稳定性的液体静压支承滑台。 2．金刚石车床的布局 金刚石车床的布局最初沿袭了传统车床的结构，主轴固定在床身上，横向沿台（X轴）装在纵向滑台（Z轴）上。因为纵、横滑台的导轨相互垂直，故又被称为十字滑台布局。其优点是技术成熟，结构紧凑，荷兰Hembrug公司的super-mikroturn就一直采用这种结构（图1）。十字滑台布局的缺点在于纵横两滑台运动时相互影响，当对动态精度要求高时，这种缺点就尤为突出。 金刚石车床的基本数据如表1所示。 表1金刚石车床技术参数和性能示例 最大车削直径和长度/mm400×200 最高转速r/mm3000、5000或7000 最大进给速度mm/min5000 数控系统分辩率/mm0.0001或0.00005 重复精度(±2σ)/mm≤0.0002/100 主轴径向圆跳动/mm≤0.0001
金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用金刚石是碳的同素异构体，它是自然界已经发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能，在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。 ⑴金刚石刀具的种类 ①天然金刚石刀具：天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了，天然单晶金刚石刀具经过精细研磨，刃口能磨得极其锋利，刃口半径可达0.002μm，能实现超薄切削，可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度，是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。 ②PCD金刚石刀具：天然金刚石价格昂贵，金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶金刚石(PCD)，自20世纪70年代初，采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石(Polycrystauine diamond，简称PCD刀片研制成功以后，在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石所代替。PCD原料来源丰富，其价格只有天然金刚石的几十分之一至十几分之一。 PCD刀具无法磨出极其锋利的刃口，加工的工件表面质量也不如天然金刚石，现在工业中还不能方便地制造带有断屑槽的PCD刀片。因此，PCD只能用于有色金属和非金属的精切，很难达到超精密镜面切削。
③CVD金刚石刀具：自从20世纪70年代末至80年代初，CVD金刚石技术在日本出现。 CVD金刚石是指用化学气相沉积法(CVD)在异质基体(如硬质合金、陶瓷等)上合成金刚石膜，CVD金刚石具有与天然金刚石完全相同的结构和特性。 CVD金刚石的性能与天然金刚石相比十分接近，兼有天然单晶金刚石和聚晶金刚石(PCD)的优点，在一定程度上又克服了它们的不足。 ⑵金刚石刀具的性能特点： ①极高的硬度和耐磨性：天然金刚石是自然界已经发现的最硬的物质。金刚石具有极高的耐磨性，加工高硬度材料时，金刚石刀具的寿命为硬质合金刀具的lO～100倍，甚至高达几百倍。 ②具有很低的摩擦系数：金刚石与一些有色金属之间的摩擦系数比其他刀具都低，摩擦系数低，加工时变形小，可减小切削力。 ③切削刃非常锋利：金刚石刀具的切削刃可以磨得非常锋利，天然单晶金刚石刀具可高达0.002～0.008μm，能进行超薄切削和超精密加工。 ④具有很高的导热性能：金刚石的导热系数及热扩散率高，切削热容易散出，刀具切削部分温度低。 ⑤具有较低的热膨胀系数：金刚石的热膨胀系数比硬质合金小几倍，由切削热引起的刀具尺寸的变化很小，这对尺寸精度要求很高的精密和超精密加工来说尤为重要。 ⑶金刚石刀具的应用。 金刚石刀具多用于在高速下对有色金属及非金属材料进行精细
金刚石刀具的磨损机理 摘要：分析和探讨了金刚石刀具的磨损形态和磨损机理，提出了金刚石刀具在制造与使用时应注意的若干问题。 关键词：金刚石刀具、PCD刀具、磨损 Wear mechanism of diamond tools Luan Yujian Sichuan University College of manufacturing science and Engineering Student Number：1143021172 Abstract: the analysis and discussion of the diamond tool wear form and wear mechanism, and puts forward some problems that should be paid attention to in diamond tool manufacture and use of. Key Words：Diamond tool、PCD tool、wear 引言：由于金刚石材料的高硬度和各向同性使其磨损非常缓慢。是一种理想的刀具材料。为了充分发挥PCD刀具的切削性能，世界各国先后投入大量人力物力对PCD刀具进行研究。 1、金刚石刀具的磨损形态 金刚石刀具的磨损形态常见于前刀面磨损、后刀面磨损和刃口崩裂。 1、金刚石刀具的磨损机理
金刚石刀具的磨损机理比较复杂，可分为宏观磨损与微观磨损。前者以机械磨损为主，后者以热化学磨损为主。宏观磨损的基本规律如图，早期磨损迅速，正常磨损十分缓慢。通过高倍显微镜观察，刃口质量越差及锯齿度越大，早期磨损就越明显。这是因为金刚石刀刃圆弧采用机械方法研磨时，实际得到的是不规则折线如图，在切削力作用下，单位折线上压力迅速增大，导致刀刃磨损加快。另一个原因是，当金刚石刀具的刃磨压力过大或刃磨速度过高，及温度超过某一临界值时，金刚石刀具表面就会发生氧化与石墨化，使金刚石刀具表面的硬度降低，形成硬度软化层。在切削力作用下，软化层迅速磨损。由此可见，金刚石刀具刃磨质量的高低会严重影响它的使用寿命与尺寸精度的一致性。 当宏观磨损处于正常磨损阶段，金刚石刀具的磨损十分缓慢，实践证明，在金刚石的结晶方向上的磨损更是缓慢。随着切削时间的延长，刀具仍有几十至几百纳米的磨损，这就是微观磨损。通过高倍显微镜长期观察以及用+光谱与+衍射分析后，金刚石刀具的微观磨损原因可能有以下3个： 1随着切削时间的不断延长，切削区域能量不断积聚，温度不断升高，当达到热化学反应温度时，就会在刀具表面形成新的变质层。变质层大多是强度甚差的氧化物与碳化物，不断形成，不断随切屑消失，逐渐形成磨损表面。 2金刚石晶体在切削力特别是承受交变脉冲载荷持续作用下，一个又一个C 原子获得足够的能量后从晶格中逸出，造成晶体缺陷，原子间引力减弱，在外力作用下晶格之间发生剪切与剥落，逐渐形成晶格层面的磨损，达到一定数量的晶格层面磨损后就会逐渐形成刀具的磨损表面。 3金刚石刀具在高速切削有色金属及其合金时，在长时间的高温高压作用下，当金刚石晶体与工件的金属晶格达到分子甚至原子之间距离时，引起原子之间相互渗透。改变了金刚石晶体的表面成分，使得金刚石刀具表面的硬度与耐磨性降低，这种现象称为金刚石的溶解。金刚石刀具的磨损程度与磨损速度则取决于金刚石原子在有色金属或在其它非金属材料原子中的溶解率。实践证明，金刚