金刚石刀具与超硬刀具的区别及优缺点【全面解析】
车削刀具材料
车削刀具材料车削是一种常见的金属加工方法，而车削刀具作为车削过程中的关键工具，其材料选择对于加工效率和加工质量具有重要影响。
下面将介绍几种常见的车削刀具材料，以及它们的特点和适用范围。
1.高速钢。
高速钢是一种常见的车削刀具材料，具有良好的硬度和耐磨性。
它适用于一般的车削加工，能够满足对加工精度和表面质量的要求。
此外，高速钢的加工稳定性较好，使用寿命较长，因此被广泛应用于车削刀具的制造中。
2.硬质合金。
硬质合金是一种硬度极高的车削刀具材料，主要由钨钴粉末和其他金属粉末经过高温烧结而成。
硬质合金具有极好的耐磨性和热稳定性，适用于对切削负荷和温度要求较高的车削加工。
由于其硬度极高，硬质合金刀具能够在高速切削中保持较好的刀具稳定性，因此在高速车削加工中得到广泛应用。
3.陶瓷刀具。
陶瓷刀具是近年来新兴的车削刀具材料，具有极高的硬度和耐磨性，能够适应高速切削和高温切削的要求。
此外，陶瓷刀具还具有良好的化学稳定性和热稳定性，能够在特殊材料的车削加工中表现出色。
然而，由于其脆性较大，陶瓷刀具在加工过程中需要注意避免冲击和振动，以免造成刀具的损坏。
4.金刚石刀具。
金刚石刀具是一种硬度极高的车削刀具材料，具有优异的耐磨性和热导性，能够适应高速切削和高温切削的要求。
金刚石刀具在加工硬质材料和非金属材料时表现出色，能够保持较好的加工质量和加工效率。
然而，金刚石刀具的制造成本较高，且在加工过程中需要严格控制切削条件，以免造成刀具的损坏。
综上所述，车削刀具的材料选择应根据具体的加工要求和加工材料来确定，不同的材料具有不同的特点和适用范围。
在实际的车削加工中，需要综合考虑刀具的材料、刀具的几何形状、切削条件等因素，以选择最合适的车削刀具，从而实现高效、高质的加工目标。
总结刀具材料
总结刀具材料刀具材料是制造刀具的重要组成部分，直接影响到刀具的性能和使用寿命。
随着技术的进步和需求的变化，刀具材料的种类和性能也在不断发展和更新。
本文将对常见的刀具材料进行总结和分析。
1. 高速钢（HSS）高速钢是一种常用的刀具材料，具有出色的耐磨性和耐热性能。
这种材料具有较高的硬度和强度，因此在高速切削和重负荷切削中表现出色。
此外，高速钢还具有良好的刃口硬化性能，能够有效抵抗刀口的变钝，从而延长刀具的使用寿命。
不过，高速钢的耐冲击性和韧性相对较差，对于一些对刀具的强度和韧性要求较高的场合，可能不太适用。
2. 硬质合金（WC-Co）硬质合金是一种由金属钨碳化物（WC）和钴（Co）组成的复合材料，具有极高的硬度和耐磨性。
这种材料常常用于制造切削刀具，特别是用于加工硬质材料和高温合金。
由于其硬度高，硬质合金的刀具能够承受较大的切削力，同时保持刀具的形状稳定。
然而，硬质合金的韧性较低，容易受到冲击而破裂，因此在使用时需要注意避免过大的冲击加载。
3. 陶瓷刀具陶瓷刀具的优点在于其极高的硬度和化学稳定性。
陶瓷刀具具有出色的耐磨性能，在高速切削和加工硬质材料时表现出色。
与金属刀具相比，陶瓷刀具的热膨胀系数较低，因此在高温环境下韧性和稳定性更好。
此外，陶瓷刀具的高温传导性能优异，能够有效降低切削温度，减少刀具的磨损。
然而，陶瓷刀具的缺点在于其脆性较高，容易受到冲击而破裂，因此在使用过程中需要特别小心。
另外，陶瓷刀具制造技术相对较为复杂，生产成本也较高。
4. 超硬刀具超硬刀具是一种以人造金刚石（PCD）和金刚石薄膜涂覆等超硬材料为基础的刀具。
这种刀具硬度极高，能够承受较大的切削力和高速切削。
超硬刀具的耐磨性和耐腐蚀性都非常出色，在加工难加工材料和高温环境下表现优秀。
另外，一些超硬刀具还具有良好的导热性能，能够有效降低切削温度，减少刀具磨损。
然而，超硬刀具价格较高，制造难度也较大，限制了其在一些应用领域的推广和应用。
金刚石刀具在数控机床中的应用
金刚石刀具在数控机床中的应用随着科技的不断进步和发展，数控机床在工业领域中扮演着重要的角色。
数控机床的出现大大提高了生产效率和加工质量，而金刚石刀具作为一种高性能的切削工具，在数控机床中的应用也越来越广泛。
本文将探讨金刚石刀具在数控机床中的应用，并分析其优势和挑战。
一. 金刚石刀具的基本特性金刚石刀具由金刚石颗粒和金属粉末经压制、烧结等工艺制成，具有极高的硬度、耐磨性和热稳定性。
这些特性使得金刚石刀具在切削加工中具备以下优势：1. 高硬度：金刚石刀具的硬度仅次于金刚石，可用于切削超硬材料如陶瓷和高硬度合金等。
2. 耐磨性：金刚石刀具具有出色的耐磨性，可在切削过程中保持较长的使用寿命。
3. 热稳定性：金刚石刀具具有良好的热稳定性，可承受高温切削环境下的工作，不易变形。
二. 金刚石刀具在数控机床中的应用领域1. 切削加工金刚石刀具广泛应用于数控机床的切削加工领域，包括车削、铣削、钻削、磨削等。
由于金刚石刀具的高硬度和耐磨性，可用于加工硬度较高的材料，如钛合金、高速钢等。
同时，金刚石刀具还能够提供更高的加工精度和表面质量。
2. 精密加工在数控机床的精密加工中，金刚石刀具的应用更能体现出其独特的优势。
例如，在汽车零部件的精密加工过程中，采用金刚石刀具可以实现更高的加工精度和更好的表面质量。
3. 工具磨损监测由于金刚石刀具的耐磨性较高，因此可以通过监测金刚石刀具的磨损情况，准确地评估刀具的使用寿命。
这对机床的保养和刀具的及时更换具有重要意义，可降低生产成本，并提高生产效率。
三. 金刚石刀具在数控机床中的挑战虽然金刚石刀具在数控机床中有广泛的应用前景，但面临着一些挑战和限制：1. 成本高昂：金刚石刀具的制造成本较高，所以其售价也相对较高，这给广泛应用带来了一定的限制。
2. 技术要求高：金刚石刀具的加工工艺复杂，需要高精度和高温高压的条件，所以其生产过程要求较高的技术水平。
3. 刀具表面质量难以保证：由于金刚石刀具的硬度很高，常规的抛光或修整技术难以完成对其表面的加工，从而可能会影响到加工表面质量。
金刚石刀具知识点
⾦刚⽯⼑具知识点⼑具基础知识⼀、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）⾼性能⾼速钢是在普通⾼速钢中增加⼀些碳、钒及添加钴（Co）、铝等元素的新钢种。
钴⾼速钢：W2Mo9Cr4VCo8 (M42)⼀种含钴的超硬⾼速钢，常温硬度67HRC-69HRC，具有良好的综合性能。
铝⾼速钢：W6Mo5Cr4V2Al在M2的基础上加Al、增C，提⾼了钢的耐热性和耐磨性。
金刚石刀具的优点和缺点
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。 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。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·K， 而硬质合金刀具导热系数仅为80～100W/m·K。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晶金刚石(PCD)刀具
金刚石刀具
人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具
CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具 金刚石涂层刀具
天然金刚石(ND)刀具：天然金刚石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 。采用SCD刀具配合精密车床迚行精密和超精密加工，可获得 镜面表面。 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。 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。
数控车削用刀具的常用分类
数控车削用刀具的常用分类数控车削是现代制造业中的一种重要加工技术，它的核心就是刀具。
数控车削用刀具是指用于数控车床上进行加工的工具。
根据加工材料的不同，数控车削用刀具可以分为硬质合金刀具、超硬刀具、高速钢刀具、陶瓷刀具等多种类型。
下面，本文将详细介绍数控车削用刀具的常用分类。
1.硬质合金刀具硬质合金刀具是数控车削中使用最为广泛的一种刀具。
它的主要成分是钨、钴、钛等金属元素，具有高硬度、高强度、高耐磨性等优点。
硬质合金刀具的切削速度相对较慢，但具有很好的耐磨性和耐高温性，适用于加工铸铁、钢、不锈钢等材料。
2.超硬刀具超硬刀具是指以金刚石、立方氮化硼等超硬材料为主要刀具材料的刀具。
它具有极高的硬度和耐磨性，可以高速切削各种难加工材料，如铝合金、钛合金、热塑性塑料等。
超硬刀具的切削速度快、切削效率高，但价格昂贵，需要进行精细的加工和保养。
3.高速钢刀具高速钢刀具是一种以高速钢为主要材料的刀具，具有一定的硬度和耐磨性。
它的切削速度相对较快，适用于加工较软的材料，如铝、铜、铁等。
高速钢刀具价格相对便宜，但需要定期进行磨刃和更换。
4.陶瓷刀具陶瓷刀具是指以氧化锆、碳化硅等陶瓷材料为主要材料的刀具。
它具有极高的硬度和耐磨性，可以用于高速切削各种难加工材料，如镁合金、钛合金等。
陶瓷刀具的切削速度快、寿命长，但价格昂贵，需要进行精细的加工和保养。
5.刀柄刀柄是刀具的支撑部分，也是数控车削中的重要组成部分。
根据使用方式的不同，刀柄可以分为直柄、切削柄、内螺纹柄、外螺纹柄等多种类型。
直柄适用于较小的切削力，切削柄适用于较大的切削力，内螺纹柄适用于内孔加工，外螺纹柄适用于外圆加工。
数控车削用刀具的分类有很多种，每种刀具都有其特点和适用范围。
在实际应用中，需要根据加工材料和工件形状等因素选择合适的刀具。
同时，需要注意刀具的保养和更换，以提高加工效率和质量。
五种超硬刀具材料的性能特点分析(下)
五种超硬刀具材料的性能特点分析（下）超硬刀具材料指可用作刀具切削加工的超硬材料。
目前重要可分为两大类:一类是金刚石切削刀具材料；另一类是立方氮化硼切削刀具材料。
目前已经在应用或正在试验中的超硬刀具材料的重要品种有以下五种。
（1）天然和人工合成大单晶金刚石（2）聚晶金刚石（PCD）和聚晶金刚石复合刀片（PDC）（3）CVD金刚石（4）聚晶立方氮化硼（PCBN）（5）CVD立方氮化硼涂层今日接着讲后面三种。
3、CVD金刚石人工合成大单晶金刚石，PCD、PDC均是在高温高压下合成的，而CVD金刚石是在低压下制备的。
含碳气体和氢气的混合物在高不冷不热低于大气压的压力下被激发分解，形成活性金刚石碳原子在基体上沉积交互生长成聚晶金刚石（也可以掌控沉积生长条件沉积生长金刚石单晶或准单晶）。
CVD金刚石由于是不含任何金属催化剂的纯金刚石，因此它的热稳定性接近天然金刚石。
同高温高压人工合成聚晶金刚石一样，CVD聚晶金刚石晶粒也呈无序排列，无脆性解理面而呈各向同性。
实际上CVD金刚石包括三类：第一种是在适当基体上沉积的CVD 金刚石涂层（包括类金刚石DLC涂层）；第二种是沉积厚度达1mm的无支撑的CVD金刚石厚膜；第三种是在金刚石晶种上外延生长的CVD金刚石单晶膜或准单晶膜。
由于CVD金刚石涂层刀具采纳刀片基体直接置放在CVD沉积腔体中沉积生长而成，它与PCD、PDC刀具相比，具有刀具形状可多而杂、成本低、一片多刀刃等优点。
尽管如此，由于CVD金刚石涂层刀片存在金刚石涂层与基体之间结合强度低以及对有CVD金刚石涂层的刃口进行研磨处理时简单分层剥落的缺陷。
因此，目前在CVD金刚石涂层制备领域的大工作都在致力于对它的讨论。
尽管国外已有CVD金刚石涂层刀具产品推向市场，但到目前为止CVD金刚石涂层的应用市场还不是很大。
恰恰相反，CVD金刚石厚膜可以通过特别的但简便易行的技术钎焊到所要求的基体上。
然而这种钎焊强度远低于PDC材料中金刚石层与硬质合金层之间的结合强度。
金刚石刀具
金刚石刀具
刀具是一种切削金属或非金属材料的工具，刀具应具有足够的硬度、强度、韧性和耐磨性。
由于金刚石能在长时间内保持锐利，当使用得很仔细而又很恰当使，刃口不易损坏，另外金刚石的线膨胀系数很小，比硬质合金低几倍，因此它不会产生很大的热变形，即由切削热引起的刀具尺寸变化甚微，这对尺寸精度要求很高的精车刀来说是非常重要的。
用金刚石车刀加工时，一次加工就能达到就能达到低粗糙度、高精度，避免了以前为达到这些要求而进行很多复杂费时的工序，从而大大提高了生产率，降低了成本。
金刚石刀具可用来对有色金属及其合金以及非金属材料进行高速精细车削及镗孔。
例如精密切削无氧铜、超硬铝、镁及镁合金等有色金属以及塑料、硬橡胶、石墨等，加工尺寸精度可达到一级几何形状精度3 ~ 5μm，加工表面粗糙度可达0.01 ~ 0.08μm。
金刚石刀具也用来加工预烧后的硬质合金毛坯。
金刚石刀具也存在了一些缺点：
（1）耐热性较低，一般切削温度不能超过700 ~800 ℃；
（2）金刚石强度低，对振动很敏感，只适合于精加工；
（3）一般不适合于加工钢铁材料，因为金刚石和铁有很强的化学亲和力。
近年来，金刚石刀具在加工钢铁材料方面开始取得较好的进展
金刚石刀具种类打字可分为三类
（1）一般车刀，它和普通车刀一样，有外圆、断面、内圆用车刀，做成铣刀还可以进行平面切削；
（2）雕刻用车刀，在切入式切削中可以加工钟表等装饰品；
（3）特殊用车刀，包括完全镜面加工用车刀，辊光用工具等。
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金刚石刀具与超硬刀具的区别及优缺点
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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禁带高温(>500℃)半导体材料。
天然金刚石无磁性；人造金刚石中若含有Ni、Co、Fe等触媒杂质，则具有磁性，杂质越多，磁性越强。
光学性质
金刚石具有很高的折射率和强的散光性，还具有优良的透光性能，能透过很宽的波段。
某些金刚石在紫外区、可见区直至远红外区的大部波段(O.22～2.5μm)都是透明的。
以上超硬材料所具备的优异或特异的性能和性质，决定了它们有着广阔用途。
与天然金刚石(ND)相比，人造聚晶金刚石(PCD)的硬度、杨氏模量和热导率稍低，断裂韧性、热膨胀率稍高。
人造CVD金刚石的各种性能则介于ND与PCD之间，更接近于天然金刚石。
例如，天然金刚石的硬度达10000HV，PCD约为8000HV，CVD金刚石可达9000HV。
超硬刀具与金刚石的区别
超硬刀具是现代工程材料的加工在硬度方面提出的更高要求而应运而生，20世纪的后40年中有了较大的发展。
超硬材料的化学成分及其形成硬度的规律与其他刀具材料不同，立方
氮化硼是非金属的硼化物，晶体结构为面心立方体；而金刚石由碳元素转化而成，其晶体结构与立方氮化硼相似。
它们的硬度大大高于其他物质。
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