金刚石刀具切削加工
论述金刚石刀具超精密切削的机理丶条件和应用范围
金刚石刀具超精密切削的机理丶条件和应用范围
金刚石刀具是超精密切削中常用的刀具材料，其切削机理、条件和应用范围如下：
1.切削机理：
⏹金刚石刀具的切削刃非常锋利，在切削过程中能够实现“切入式切削”，
使切削力大大减小。
⏹金刚石的硬度极高，切削时不易被工件材料磨损，能够保持良好的切削刃
形状。
⏹金刚石的传热性能极佳，能够快速地将切削热量传递出去，从而降低切削
温度，减少热损伤。
1.切削条件：
⏹刀具刃口半径：为了实现超精密切削，需要将刀具的刃口半径减小到亚微
米级，以提高切削的精度和表面粗糙度。
⏹切削用量：为了减小切削力和热量，需要选择较小的切削深度和进给速度，
以提高切削效率。
⏹工件材料：金刚石刀具适用于加工各种硬材料，如淬火钢、硬质合金等。
但是，对于一些韧性较大的材料，需要进行预处理或选择其他刀具材料。
1.应用范围：
⏹金刚石刀具广泛应用于超精密切削领域，如光学零件、轴承、硬盘磁头、IC
芯片等高精度、高表面质量的零件加工。
⏹在加工过程中，金刚石刀具还可以用于制作各种微细结构，如微孔、微槽
等。
综上所述，金刚石刀具的超精密切削需要满足一定的条件，并具有广泛的应用范围。
超精密加工中的金刚石刀具及刀具磨损分析
理论与实践经济与社会发展研究超精密加工中的金刚石刀具及刀具磨损分析齐齐哈尔工程学院 武晓迪摘要：各种超精密加工应用中将金刚石用作切削工具已经成为现实，然而其目的与意义并没有得到实质性分析。
据此，本文对超精密加工中应用金刚石作为切削刀具的现实意义进行分析。
关键词：超精密加工；切削工具；刀具磨损一、技术背景分析使用高速超精密车床加工玻璃和硅等脆性材料时，当所施加的切削深度低于临界值时，则认为其处于延性模式，并且可以容易地加工而不会形成裂纹。
因此，对于这些材料的延性至脆性转变具有重要意义，在这些材料中，临界切削深度的大小取决于零件的特性而变化。
通常，单晶硅经常用在微机电系统（ＭＥＭＳ）中，在该系统中，最终将材料加工成优质产品，并进行超精密研磨和抛光操作。
尽管硅材料的行为在室温下很脆，但建议使用金刚石车削工具以延性模式加工硅。
这减少了由陶瓷材料的脆性断裂引起的损坏，并提高了最终零件的生产率。
使用金刚石工具对铜，铝和镍等有色金属材料进行高速加工，以评估工具的磨损，切削力和表面光洁度。
实验针对不同的切割速度进行，例如较低的１５０ｍ／ｍｉｎ的速度和较高的４５００ｍ／ｍｉｎ的速度。
在较低的切削速度下观察到的刀具磨损率大于较高的切削速度。
这可能是由于以较高的速度减少了刀具与工件啮合的时间。
它还降低了工具和工件界面之间的化学亲和力。
具有高负前角的金刚石工具可用于以超精密精度精加工该材料。
二、金刚石作为切削工具的意义制备塑料模具的需求不断增加，而塑料模具是制造ＣＤ光学头的非球面透镜和照相机的智能透镜所必需的。
刀具的切削刃必须锋利且没有不规则形状，以加工高精度非球面。
基于工具的清晰度，单晶金刚石（ＳＣＤ）和多晶金刚石（ＰＣＤ）之间存在主要差异。
ＳＣＤ工具的切削刃是均匀的且没有不规则性，而ＰＣＤ工具的切削刃则显示出微观的不规则性，从而导致金刚石颗粒的去除。
与ＰＣＤ工具相比，ＳＣＤ工具的主要缺点是其磨损寿命短。
它还用于将铝基板加工成精细的镜面涂层，该涂层用于计算机存储系统的硬盘驱动器中。
金刚石刀具生产工艺
金刚石刀具生产工艺
金刚石刀具生产工艺是指将金刚石作为刀具材料进行加工和制造的工艺流程。
金刚石是目前已知最硬的物质，具有非常优异的耐磨性，因此被广泛应用于刀具制造领域。
下面将介绍金刚石刀具生产的一般工艺流程，包括原材料准备、金刚石刀具粗加工、精加工、热处理和涂层等步骤。
首先，金刚石刀具的生产需要准备好金刚石颗粒和刀具基体材料。
金刚石颗粒可通过化学合成或天然矿石提取得到，而刀具基体材料则根据需要选择合适的金属材料，如高速钢、硬质合金等。
接下来是金刚石刀具的粗加工。
将金刚石颗粒与刀具基体进行混合后，通过高温高压的方式使金刚石颗粒牢固地固结在刀具基体上。
这一步骤通常使用烧结或镶嵌的方法进行。
然后是金刚石刀具的精加工。
通过磨削、切割、抛光等方法对已固结金刚石的刀具基体进行修整和加工，以达到所需的外形和尺寸精度。
这一步骤需要使用高精度的机床和磨具进行操作。
完成精加工后，金刚石刀具需要经过热处理来提高其硬度和耐磨性。
热处理可以通过淬火、回火等方法进行，以改善金刚石与刀具基体之间的结合强度，并使其具有更好的耐磨性能。
最后是涂层工艺。
涂层是在金刚石刀具的表面形成一层保护膜，用于提高其耐高温、耐磨和耐腐蚀等性能。
常用的涂层材料有金属氮化物、碳化物等。
涂层工艺通常采用物理气相沉积或化
学气相沉积等方法进行。
综上所述，金刚石刀具的生产工艺包括原材料准备、金刚石刀具粗加工、精加工、热处理和涂层等步骤。
通过这些工艺流程，可以制造出耐磨耐用的金刚石刀具，用于各种切削加工和磨削工艺中。
第2章超精密切削与金刚石刀具详解
• 1）极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量。 • 2）刃口能磨得极其锋锐，刃口半径值极小，能实现超薄切削厚度。 • 3）刀刃无缺陷，切削时刃形将复制在被加工表面上，从而得到超光滑的 镜面。 • 4）与工件材料的抗粘性好、化学亲和性小、摩擦系数低，以得到极好的 加工表面完整性。 • 不可替代的超精密切削刀具材料：单晶金刚石。
刃口半径为0.6μm、0.3μm
刃口锋锐度对加工表面有一 定的影响，相同条件下（背 吃刀量、进给量），更锋锐 的刀具切出的表面粗糙度更 小；速度的影响不是很大。
2.4 刀刃锋锐度对切削变形和加工表面质量的影响
二、刀刃锋锐度对切削变形和切削力的影响
锋锐车刀切削变形系数明显低于 较钝的车刀。 刀刃锋锐度不同，切削力明显不 同。刃口半径增大，切削力增大， 即切削变形大。背吃刀量很小时， 切削力显著增大。因为背吃刀量很 小时，刃口半径造成的附加切削变 形已占总切削变形的很大比例，刃 口的微小变化将使切削变形产生很 大的变化。所以在背吃刀量很小的 精切时，应采用刃口半径很小的锋 锐金刚石车刀。
2.7 刀具的要求及金刚石的性能和晶体结构
二、金刚石晶体的性能
• • • • 硬度最高，各向异性，不同晶向的物理性能相差很大。 优质天然单晶金刚石：多数为规整的8面体或菱形12面体，少数为6面立方体 或其他形状，浅色透明，无杂质、无缺陷。 大颗粒人造金刚石在超高压、高温下由子晶生长而成，并且要求很长的晶体 生长时间。 人造单晶金刚石已用于制造超精密切削的刀具。
2.3 切削参数变化对加工表面质量的影响
一、切削速度、进给量、修光刃和背吃刀量的影响
3、修光刃的影响
修光刃长度常取0.05～ 0.20mm。 修光刃的长度过长，对 加工表面粗糙度影响不 大。 修光刃有直线和圆弧两 种，加工时要精确对 刀，使修光刃和进给方 向一致。圆弧刃半径一般 取2～5mm。
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。
金刚石精密切削的定义
金刚石精密切削的定义1. 引言说到金刚石，大家可能第一反应就是“哇，那个超闪的钻石！”但其实，金刚石不仅仅是用来装饰的，咱们还可以把它用在切削加工上。
没错，金刚石精密切削就是这门绝活儿，它可以把金刚石这种硬得跟铁一样的材料，变得细腻无比，真是牛得不行啊。
2. 金刚石的特性2.1 硬度无敌首先，金刚石的硬度可以说是世界上数一数二的，连钢铁都甘拜下风，简直是“坚不可摧”的代名词。
想象一下，用它来切削其他材料，那简直是如鱼得水，游刃有余，省力又省心。
2.2 耐磨性极强除了硬度，金刚石的耐磨性也是一流的。
就像老话说的“磨刀不误砍柴工”，用金刚石切削工具，不仅能保持锋利，还能大大延长使用寿命，真是“一举两得”的好选择。
3. 精密切削的定义3.1 何谓精密切削那么，什么是精密切削呢？简单来说，就是通过高精度的切削工具对材料进行精准加工。
这可不是简单的“咔嚓”一声，而是需要科学的技术和工艺来确保每个细节都到位，完美无瑕。
3.2 金刚石在精密切削中的应用金刚石在这方面可是个大明星！它不仅能处理金属，还能处理玻璃、陶瓷等硬材料，简直是“全能型选手”。
想想看，车床上转动的金刚石刀具，切割出完美的形状，那种感觉，简直让人拍手叫好，心中默默赞叹。
4. 优势与应用4.1 效率提升用金刚石进行精密切削，可以大幅提升加工效率。
因为它的切削速度快，切削温度低，不容易变形，真是“马到成功”的好帮手。
这样一来，企业不仅能节省时间，还能降低成本，真是一箭双雕。
4.2 广泛应用这项技术的应用可谓是遍地开花，无论是汽车、航空，还是电子产品，都能看到它的身影。
比如说，在手机屏幕的加工中，金刚石切削让屏幕边缘光滑得像丝绸一样，手感超赞。
5. 未来发展5.1 技术创新随着科技的发展，金刚石精密切削的技术也在不断创新。
新材料、新工艺层出不穷，让切削的精度和效率都在不断提高，未来可期啊！。
5.2 市场前景相信随着对高品质产品的需求增加，金刚石精密切削的市场前景会越来越广阔。
第2章超精密切削与金刚石刀具汇总
3. 刀刃形状对加工表面粗糙的影响 ✓ 直线修光刃（国内）、圆弧修光刃（国外）。 ✓ 修光刃太长对加工表面粗糙度影响不大。 ✓ 圆弧修光刃刀具加工表面质量较高，但是，制造、刃
磨复杂，成本高。
4. 背吃刀量对加工表面粗糙的影响 ✓ 在超精密加工中，背吃刀量一般都比较小，对加工
表面粗糙度的影响很小。 ✓ 但是如果ap太小，挤压严重，切削困难， 加工表面
材料、机床特性、切削环境等因素有关。 ✓ 目前，使用极其锋利的金刚石刀具在机床最佳条
件下可以实现纳米级连续稳定的切削。
常规切削与超精密切削加工
常规切削与超精密切削加工
常规切削与超精密切削加工
超精密切削加工
2. 刃口半径（钝圆半径）rn与最小切削厚度的关系
✓ 可见，最小切削厚度与刀具锋锐度、切削力、摩擦系数有关。
切削时，积屑瘤可增大刀具 前角，从而使切削力下降。
积屑瘤越高，切削力越大的主要原因 ✓ 积屑瘤圆弧半径 R 约为2-3 m，远远大于金刚石刀具刃
口半径 0.1-0.3 m。 ✓ 积屑瘤代替金刚石刀刃切削，积屑瘤与切屑间摩擦很严
重，摩擦力大大增加。 ✓ 积屑瘤的存在，导致切削厚度增加。 ✓ 积屑瘤的存在，加工表面粗糙度增加。 ✓ 使用切削液，可减小积屑瘤高度，减小加工表面粗糙度
防止积屑瘤的办法：
✓ 低速切削、或高速切削 ✓ 添加润滑液、较小摩擦 ✓ 增大刀具前角，减小刀—屑间的压力 ✓ 提高工件硬度，减小加工硬化
超精密切削刀时积屑瘤的生成规律
切削速度对积屑瘤产生的影响。 ✓ 与普通切削不同 ✓ 切削速度越高, 积屑瘤高度越低。
超精密切削刀时积屑瘤的生成规律
积屑瘤对切削力的影响 ✓ 积屑瘤越高，切削力越大 ✓ 与普通切削正好相反，普通
第二章 金刚石刀具精密切削加工
复习晶体结构
晶格模型
面心结构
晶体结构指晶体内部原子规则排列的方式.晶体结构不同， 其性能往往相差很大。为了便于分析研究各种晶体中原子 或分子的排列情况，通常把原子抽象为几何点，并用许多 假想的直线连接起来，这样得到的三维空间几何格架称为 晶格。
晶胞
Z
晶胞
c
b Y
a
X
晶格常数 a ， b， c
人造单晶金刚石刀具 金刚石刀具 PCD刀具
多晶金刚石刀具
CVD金刚石薄膜涂层刀具
CVD金刚石刀具 金刚石厚度膜焊接刀具
金刚石刀具的性能特点
极高的硬度和耐磨性：硬度达HV10000，是自然界最硬的物质， 具有极高的耐磨性，天然金刚石耐磨性为硬质合金80-120倍，人 造金刚石耐磨性为硬质合金60-80倍。 各向异性能：单晶金刚石晶体不同晶面及晶向的硬度、耐磨性能 、微观强度、研磨加工的难易程度以及与工件材料之间的摩擦系 数等相差很大，因此，设计和制造单晶金刚石刀具时，必须进行 晶体定向。
二、典型机床简介
Pneumo 公司的MSG-325超精密车床
采用T形布局，机床空气主轴的径向圆跳动和轴向 跳动均小于等于0.05μm。床身溜板用花岗岩制造，导 轨为气浮导轨；机床用滚珠丝杠和分辨率为0.01μm的 双坐标精密数控系统驱动，用HP5501A双频激光干涉仪 精密检测位移。
DTM-3大型超精密车床
分为：液体静压和空气静压
供油压力恒定的液体静压轴承
主轴始终悬浮 在高压油膜上
液体静压轴承与气压轴承
1、液体静压轴承主轴
优点
回转稳定性好 刚度高 无振动
缺点
回转运动有温升 回油时有空气进入油源 注：空气静压轴承原理与静
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（2）合理磨损限度Δ合
这是合理使用刀具材料的观点出发而制定的磨损限度。 太大和太小都会浪费刀具材料，只有取正常磨损阶段终 了之前的磨损量作为磨损限度才能最经济地使用刀具。
5．结语
PCD刀具因其良好的加工质量和加工经济性 在非金属材料、有色金属及其合金材料、金 属基复合材料等切削加工领域显示出其它刀 具难以比拟的优势。随着PCD刀具的理论研 究日益深入及其应用技术的进一步推广， PCD刀具在超硬刀具领域的地位将日益重要， 其应用范围也将进一步拓展。
2 刀具磨损过程
正常磨损情况下，刀具磨损量随切削时间增加而逐渐扩大。若以后 刀面磨损为例，它的典型磨损过程如图所示，图中大致分三个阶段。初 期磨损阶段(Ⅰ段)、正常磨损阶段(Ⅱ段)、急剧磨损阶段(Ⅲ段)。
刀具磨损过程曲线
3. 磨钝标准
（1）工艺磨损限度Δ工 工艺磨损限度是根据工件表面粗糙度及尺寸精度的要
1.2 PCD刀具的性能特点
• 金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导 热性及耐磨性好等特性，可在高速切削中 获得很高的加工精度和加工效率。
• 由于聚晶金刚石（PCD）的结构是取向不 一的细晶粒金刚石烧结体，虽然加入了结 合剂，其硬度及耐磨性仍低于单晶金刚石。 但由于PCD烧结体表现为各向同性，因此 不易沿单一解理面裂开。
理想的要求，一般用空气轴承的研磨机。研磨盘多采用低压
烧结工艺而制成的镶嵌的铸铁研磨盘。
由于振动小，可达到很低的粗糙度和极小的刃口半径， （3）特殊刀头的形状
小型刀头和全R刀头是属于特殊形状的刀头。另外，还 有直线拟合曲线形状的特殊用途的刀头，要求复杂形状时，
可采用几个刀片组合而成。
金刚石刀头的形状
3.2 刀具几何参数与结构设计
PCD刀具的几何参数取决于工件状况、刀 具材料与结构等具体加工条件。
由于PCD刀具常用于工件的精加工，切削 厚度较小（有时甚至等于刀具的刃口半径）， 属于微量切削，因此其后角及后刀面对加工质 量有明显影响，较小的后角、较高的后刀面质 量对于提高PCD刀具的加工质量可起到重要 作用。
（3） 热传导率大 金刚石是由碳原子的共价结合而成的，其热传导率在矿物 中是最大的。 由于前刀面及刃口十分光滑，其摩擦系数比其他刀具材料 小，切屑脱落较好，所以切削加工时发热量非常小。且所产生 的热量能被金刚石迅速地导入刀体材料中 。
2.金刚石刀具的制造
（1）成形 天然金刚石的标准结晶形是正八面体，但通常多为斜 方十二面体。
• 国际上著名的人造金刚石复合片生产商主要有英国De Beers 公司、美国GE公司、日本住友电工株式会社等。
• 国内PCD刀具市场随着刀具技术水平的发展也不断扩大。目 前中国第一汽车集团已有一百多个PCD车刀使用点，许多人 造板企业也采用PCD刀具进行木制品加工。PCD刀具的应用 也进一步推动了对其设计与制造技术的研究。
κr
• （2）金刚石车刀切削部分 • 前角γ0＝0º； • 后角α0＝5º～8º； • 主偏角Kr=45º。
刀具磨损破损和耐用度
金刚石刀具的磨损、破损 刀具的磨损形式： 机械磨损、粘结磨损、相变磨损、扩散磨损、破损和碳化磨损。 金刚石刀具的磨损形式：机械磨损、破损和碳化磨损。最常见的磨损形式为 机械磨损、破损，碳化磨损较少见。 （1）机械磨损 由于机械摩擦所造成的磨损。 后刀面一般情况是形成阶梯形磨损。 前刀面是由于切屑流过而引起的，产生凹槽形的磨损带。 金刚石刀具的机械磨损一般很小，磨损后的表面非常平滑，对加工一般不会 显著地影响加工表面质量。 这种机械磨损主要产生在金刚石刀具加工铝、铜尼龙等物质材料。但是在加 工过程中切削过程稳定、没有冲击振动。
4. 刀具的耐用度 刀具的耐用度是指刀具由开始切削到磨钝为止的总
切削时间。代表了刀具磨损的快慢程度。
金刚石刀具用于精密切削加工时，其破损或磨损而不能继续使用的标志是 加工表面粗糙度超过规定值。
金刚石刀具的耐用度一般用切削路程的长度表示。 金刚石刀具拒绝振动和碰撞。
刀具耐用度高低是衡量刀具切削性能好坏的重要标志。
3.PCD刀具的设计原则
• 3.1 刀具材料的选择
（1）合理选择PCD粒度 PCD粒度的选择与刀具加工条件有关，如设计用于 精加工或超精加工的刀具时，应选用强度高、韧性 好、抗冲击性能好、细晶粒的PCD。研究表明： PCD粒度号越大，刀具的抗磨损性能越强。
（2）合理选择PCD刀片厚度 通常情况下，PCD复合片的层厚约为0.3~1.0mm， 加上硬质合金层后的总厚度约为2～8mm。较薄的 PCD层厚有利于刀片的电火花加工。
4．PCD刀具的切削参数与失效机理
4.1 PCD刀具切削参数对切削性能的影响 （1）切削速度 PCD刀具可在极高的主轴转速下进行切削加工，但切削速度 的变化对加工质量的影响不容忽视。虽然高速切削可提高加 工效率，但在高速切削状态下，切削温度和切削力的增加可 使刀尖发生破损，并使机床产生振动。 （2）进给量 如PCD刀具的进给量过大，将使工件上残余几何面积增加， 导致表面粗糙度增大；如进给量过小，则会使切削温度上升， 切削寿命降低。 （3）切削深度 增加PCD刀具的切削深度会使切削力增大、切削热升高，从 而加剧刀具磨损，影响刀具寿命。此外，切削深度的增加容 易引起PCD刀具崩刃。
于硬质合金的1/5，因此PCD刀具热变形小，加工精度高； • ⑤PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小，在加
工过程中切屑不易粘结在刀尖上形成积屑瘤。
1.3 PCD刀具的应用
• 工业发达国家对PCD刀具的研究开展较早，其应用已比较成 熟。自1953年在瑞典首次合成人造金刚石以来，对PCD刀具 切削性能的研究获得了大量成果，PCD刀具的应用范围及使 用量迅速扩大。
刀具的磨损形式在很大程度上取决于工件 材料性质、金刚石特性的利用及其机床的动态 特性。
特别是金刚石的特性和磨损有很大的关系。 合理地使用金刚石刀具，可以在很长的时 间内保持较高的加工质量。
刀具的耐用度
1. 刀具磨损的影响： 刀具磨损到一定程度就不能继续使用，
否则将降低加工零件的尺寸精度和加工表面 质量，同时也增加了刀具的消耗、增加加工 成本。
金刚石刀具
金刚石车床 金刚石车床及其加工照片
加工4.5mm陶瓷球
金刚石刀具切削加工
精密超精密切削加工要求刀具能够均匀地去除不大于工件加 工精度且厚度极薄的金属层或非金属层。其加工工具必须具备超 微量的切削特征，即 ： 微量切除是精密加工的重要特征之一。
金刚石集力学、光学、热学、声学等众多的优异性能于一 身，具有极高的硬度和耐磨性，摩擦系数小、导热性高、 热膨胀系数和化学惰性低。天然金刚石具有无与伦比的硬 度，是精密和超精密加工的一种最佳的切削刀具材料，现在天 然单晶金刚石已经成为精密超精密切削主要刀具。
聚晶金刚石刀具
1．聚晶金刚石（PCD）刀具概述 1.1 PCD刀具的发展
金刚石作为一种超硬刀具材料应用于切削加工已有数 百年历史。
在刀具发展历程中，从十九世纪末到二十世纪中期， 刀具材料以高速钢为主要代表；1927年德国首先研制出硬 质合金刀具材料并获得广泛应用；二十世纪五十年代，瑞 典和美国分别合成出人造金刚石，切削刀具从此步入以超 硬材料为代表的时期。二十世纪七十年代，人们利用高压 合成技术合成了聚晶金刚石（PCD），解决了天然金刚石 数量稀少、价格昂贵的问题，使金刚石刀具的应用范围扩 展到航空、航天、汽车、电子、石材等多个领域。
PCD刀具材料的主要性能指标：
• ①PCD的硬度可达8000HV，为硬质合金的80～120倍； • ②PCD的导热系数为700W/mK，为硬质合金的1.5～9倍，甚
至高于铜，因此PCD刀具热量传递迅速； • ③PCD的摩擦系数一般仅为0.1～0.3（硬质合金的摩擦系数
为0.4～1），因此PCD刀具可显著减小切削力； • ④PCD的热膨胀系数仅为0.9×10 -6～1.18×10 -6，仅相当
1.3 PCD刀具的应用
通过对近年来PCD刀具应用的分析可见，PCD刀具主要应用 于以下两方面：①难加工有色金属材料的加工：用普通刀具 加工难加工有色金属材料时，往往产生刀具易磨损、加工效 率低等缺陷，而PCD刀具则可表现出良好的加工性能。如用 PCD刀具可有效加工新型发动机活塞材料——过共晶硅铝合 金（对该材料加工机理的研究已取得突破）。②难加工非金 属材料的加工：PCD刀具非常适合对石材、硬质碳、碳纤维 增强塑料（CFRP）、人造板材等难加工非金属材料的加工。 如华中理工大学1990年实现了用PCD刀具加工玻璃；目前强 化复合地板及其它木基板材（如MDF）的应用日趋广泛，用 PCD刀具加工这些材料可有效避免刀具易磨损等缺陷。
2．PCD刀具的制造技术
2.1 PCD刀具的制造过程 PCD刀具的制造过程主要包括两个阶段： ① PCD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。 ② PCD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
4.2 PCD刀具的失效机理
刀具的磨损形式主要有磨料磨损、粘结磨损（冷焊磨损）、扩 散磨损、氧化磨损、热电磨损等。PCD刀具的失效形式与传 统刀具有所不同，主要表现为聚晶层破损、粘结磨损和扩散磨 损。研究表明，采用PCD刀具加工金属基复合材料时，其失 效形式主要为粘结磨损和由金刚石晶粒缺陷引起的微观晶间裂 纹。在加工高硬度、高脆性材料时，PCD刀具的粘结磨损并 不明显；相反，在加工低脆性材料（如碳纤维增强材料）时， 刀具的磨损增大，此时粘接磨损起主导作用。
由于形状千差万别，金刚石刀头很难加工，天然矿石的 加工成形多采用研磨加工方法，对研磨位置，研磨方向有严 格的限制，刀头通常由于平面组合成形。