金刚石刀片适合加工什么材料
CVD金刚石材料在高性能刀具上的应用
CVD金刚石材料在高性能刀具上的应用1引言金刚石性能的独特组合使金刚石成为一种精密和高生产率工业应用的良好材料。
自从20世纪50时代引入的高温高压（HTHP）生产单晶合成金刚石，到20世纪70时代开发的金属烧结聚晶金刚石（PCD），人工合成金刚石材料已经成为自然单晶金刚石的唯一替代物。
近来，随着化学气相沉积（CVD）工艺开发的纯聚晶金刚石材料的显现，它在曾经认为是不可能达到的水准上提高了刀具性能，具有广阔的前景。
从耐磨镀层到用于高科技镜片和电子元件的纯洁、独立的材料，CVD金刚石的工业应用给人留下了深刻印象。
机械制造业对CVD金刚石的重要爱好是CVD金刚石材料在高性能切削刀具和修整刀具的实际应用。
与HTHP金刚石和金属烧结PCD不同，CVD金刚石的制造不需要模拟地球深处自然的高压。
相反，CVD金刚石是用氢气和碳氢混合气体被激发到一个“活化的”通常自然界不存在的发光状态。
正是这个活化的化学原理，使纯的CVD聚晶金刚石在800～1000℃的范围内沉积。
2CVD金刚石CVD技术在市场上被公认的应用是钨硬质合金切削刀具的“薄膜”CVD金刚石镀层。
无论是切屑的断屑槽刀片还是完全镀层的螺旋端铣，金刚石镀层刀具已经商业化了。
然而，现在又有一种“厚膜”CVD金刚石工艺，可用于制成纯的、非粘结剂的金刚石整体形式。
这种形式的典型厚度范围为150～1000m。
这种材料先被气相沉积为一种独立的薄片，然后将这种薄片用激光切削成适合切削刀具的各种形状。
3CVD金刚石的优良性能CVD金刚石作为切削刀具材料的有利条件是其无与伦比的硬度所导致的优良组合性质。
与金属烧结PCD不同的是天然金刚石的独特性质在CVD金刚石中都得到了保留，甚至在高切削温度下也如此。
单晶金刚石的硬度和弹性模量导致了CVD金刚石的良好耐磨性和其尺寸稳定性。
在硅硬质合金“砂磨”试验中，独立CVD金刚石的相对体积损失比PCD要低4倍，而比钨硬质合金低120倍。
与金属粘结PCD坯块不一样，厚膜CVD金刚石材料能与单晶金刚石在高切削温度下的硬度和耐磨性相媲美，甚至超过单晶金刚石在高切削温度下的硬度和耐磨性。
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。
金刚石刀片评语
金刚石刀片评语
金刚石刀片评语如下：
金刚石刀貝的优点
1极高的硬度和耐磨性可用于切削硬质合金、陶瓷等高硬度、高耐磨性材料。
2很好的导热性和很低的热膨胀系数因而切削温度低,工件和刀具的热变形小,加工精度高。
3刀具的切削刃很锋利,刃面的粗糙度值很小可进行微量切削和镜面切削。
4摩擦因数低于其他刀具材料可减小切削变形、切削力和积屑瘤的产生,从而提高加工精度和减小表面粗糙度值。
金刚石刀具的主要缺点及适用范围
1耐热性差、强度低、脆性大对冲击、振动敏感,因而对机床的精度、刚度要求较高。
一般只适宜用于精加工。
2金刚石与铁和碳原子的亲和性强易使其丧失切削能力,故不宜用于加工铁族材料。
金刚石工具的用途
金刚石工具的用途金刚石工具在有色金属和耐磨材料的加工应用中，有杰出的适应性。
在工具材料中，金刚石是最硬的。
在合适的加工条件下，金刚石比高速钢、硬质合金、陶瓷以及聚晶立方氮化硼的使用寿命都长。
它也有不足之处，就是：一般不适用于黑色金属材料的加工。
但在高速大批量生产中，加工诸如铝和石墨等材料，金刚石往往是最有效的工具。
在使用金刚石工具时，用户可以有两种选择：一种是聚晶金刚石（PCD），另一种是较新的化学气相沉积（CVD）金刚石。
使用性能早经证明聚晶金刚石具有天然金刚石的硬度、强度和抗磨性，但没有天然金刚石对破损的敏感性。
它是在高温、高压下，由人造金刚石颗粒聚合而成。
在工艺过程中，形成聚晶的颗粒同时被整体粘接到一块硬质合金基体上，以提高机械强度和抗冲击性能。
依照GE公司超级磨料部的说法，PCD很适用于铝的高速切削，特别适于须达到良好表面粗糙主的场合，它在加工高耐磨性材料时，也表现出优异的性能。
通常，PCD推举用于切削高硅铝合金，也用于黄铜、紫铜、青铜以及碳化物的加工。
使用的工序包括车、镗、仿形、切槽、铣和孔加工等。
由于金刚石和铁之间化学作用，一般来说PCD不适用于加工黑色金属材料。
但是它能应付双金属材料的加工，包括铝和铸铁的组合在内。
例如：某汽车零件供应商在加工铝和铸铁双金属汽缸体时，使用直径305mm的刀夹式面铣刀，刀尖圆弧2.36mm，带修光刀，切削速度304.8m/min，进给0.10mm/齿，切深5mm，加工达5000个汽缸体后，刀片才需转位一次。
GE公司的应用规划经理认为PCD的应用，受到了大批量生产工业界，重要是汽车工业日益提高铝件加工速度的推动。
与此同时，汽车制造商为了减轻重量和降低费用，正在就采纳金属基体的复合材料进行评估，而这类材料都要用PCD来加工。
他说：“这类材料不能用硬质合金刀具加工。
”聚晶产品生产经理称，尽管PCD的进展成就已给人以非常深刻的印象，但GE公司超级磨料部仍持续不断地工作，以求进一步改善其抗磨性。
金刚石材料刀具简介
金刚石材料刀具简介可以制成切削刀具的金刚石材料有天然单晶金刚石、人造单晶金刚石、化学气相沉积法(CVD)金刚石厚膜、人造聚晶金刚石复合片等。
1、天然单晶金刚石天然单晶金刚石是一种各向异性的单晶体。
硬度达HV9000-10000，是自然界中最硬的物质。
这种材料耐磨性极好，制成刀具在切削中可长时间保持尺寸的稳定，故而有很长的刀具寿命。
天然金刚石刀具刃口可以加工到极其锋利。
可用于制作眼科和神经外科手术刀；可用于加工隐形眼镜的曲面；可用于切割光导玻璃纤维；用于加工黄金、白金首饰的花纹；最重要的用途在于高速超精加工有色金属及其合金。
如铝、黄金、巴氏合金、铍铜、紫铜等。
用天然金刚石制作的超精加工刀具其刀尖圆弧部分在400倍显微镜下观察无缺陷，用于加工铝合金多面体反射镜、无氧铜激光反射镜、陀螺仪、录像机磁鼓等。
表现粗糙度可达到Ra(0.01-0.025)μm。
天然金刚石材料韧性很差，抗弯强度很低，仅为(0.2-0.5)Gpa。
热稳定性差，温度达到700℃-800℃时就会失去硬度。
温度再高就会碳化。
另外，它与铁的亲和力很强，一般不适于加工钢铁。
2、人造单晶金刚石人造单晶金刚石作为刀具材料，市场上能买到的目前有戴比尔斯(DE-BEERS)生产的工业级单晶金刚石材料。
这种材料硬度略逊于天然金刚石。
其它性能都与天然金刚石不相上下。
由于经过人工制造，其解理方向和尺寸变得可控和统一。
随着高温高压技术的发展，人造单晶金刚石最大尺寸已经可以做到8mm。
由于这种材料有相对较好的一致性和较低的价格，所以受到广泛的注意。
作为替代天然金刚石的新材料，人造单晶金刚石的应用将会有大的发展。
3、人造聚晶金刚石人造聚晶金刚石(PCD)是在高温高压下将金刚石微粉加溶剂聚合而成的多晶体材料。
一般情况下制成以硬质合金为基体的整体圆形片，称为聚晶金刚石复合片。
根据金刚石基体的厚度不同，复合片有1.6mm、3.2mm、4.8mm等不同规格。
而聚晶金刚石的厚度一般在0.5mm左右。
金刚石刀具
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。
金刚石的用途初中化学物质
金刚石的用途初中化学物质金刚石是一种由纯碳元素构成的硬度极高的矿物，它具有许多重要的用途。
以下是金刚石的一些主要用途：1. 钻石饰品：金刚石是一种非常珍贵的宝石材料，被用于制作各种珠宝首饰，如戒指、项链、耳环等。
其极高的硬度和闪耀的外观使钻石成为最受欢迎的饰品之一。
2. 工业用途：金刚石的硬度和耐磨性使其成为许多工业应用的理想选择。
它被广泛用作切割工具，特别是用于切削和磨削非金属材料，如陶瓷、玻璃和混凝土。
金刚石也用于制作益智玩具，如魔方，以及许多其他工业用途。
3. 电子领域：由于金刚石的导热性和电绝缘性，它被用于制造高功率电子设备的散热器。
金刚石散热器能够有效地将热量传输到周围环境中，提高设备的效率和寿命。
4. 石油和矿物勘探：金刚石钻头用于石油和矿物勘探，因为它们能够在地下非常高压和高温的环境下进行钻探。
金刚石钻头能够切削各种硬质岩石，使得石油和矿产资源的开采更为容易。
5. 医疗领域：金刚石被用于医疗器械和手术刀片，因为它的硬度能够提供更长的使用寿命和更好的切割能力。
金刚石刀片用于进行手术切割和植发手术等精细操作。
6. 光学领域：金刚石具有优异的光学特性，被用于制造高质量的光学透镜和窗口。
金刚石的硬度和光学透明性使其成为许多科学仪器的关键部件。
7. 超硬刀具：金刚石刀具由于其极高的硬度和热稳定性，被广泛应用于材料加工行业。
金刚石刀具能够切削各种硬质材料，如合金钢、陶瓷和复合材料，具有较长的使用寿命和高加工效率。
8. 电子磁盘：金刚石被用于制造硬盘驱动器的读写头部分。
金刚石的硬度和耐磨性使得读写头能够在高速旋转的硬盘上精确地读取和写入数据。
9. 信号传输：金刚石纳米线是一种被用于更高速率的信号传输的新型材料。
这种纳米线具有高导电性和稳定性，可用于制造高频率电子器件和传感器。
综上所述，金刚石具有非常广泛的应用领域，包括珠宝制作、工业用途、电子领域、石油和矿物勘探、医疗器械、光学领域、刀具制造以及信号传输等。
超精密切削加工与金刚石刀具(精密加工
2.5 切削刃锋锐度对切削变形、加工表面质量的影 响
三、切削刃锋锐度对切削变形和切削力的影响
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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。
(FN ) Ff cos FP sin
A点为极限临界点，极限最小切削厚度 hDmin 应为
hDmin rn(1 cos ) rn1
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第2章 超精密切削与金刚石刀具
2.1超精密切削时刀具的切削速度、磨损和耐用度 2.2超精密切削时积屑瘤的生成规律 2.3切削参数变化对加工表面质量的影响 2.4刀刃锋锐度对切削变形和加工表面质量的影响 2.5超精密切削时的最小切削厚度 2.6金刚石刀具晶面选择对切削变形和加工表面质
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2.2 超精密切削时刀具的磨损和寿命
后刀面 前刀面
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图2-2：切削刃正常磨损；
图 2-3 ： 图 a 是 刀 刃 磨 损 的 正常情况，图b是剧烈磨损 情况，可以看到磨损后成 层状，即刀具磨损为层状 微小剥落；
图2-4：图中所示沿切削速 度方向出现磨损沟槽，由 于金刚石和铁、镍的化学 和物理亲和性而产生的腐 蚀沟槽；
2.3 超精密切削时积屑瘤的生成规律
2、进给量f和背吃刀量 p的影响
• 由图2-7可以看出在进给量很小时，积屑瘤的高度很大，在 f＝5μm/r时，h0值最小，f值再增大时，h0值稍有增加。
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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。
金刚石刀片具有高硬度、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，该产品是难以替代的主要切削刀片品种。
可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的的重要工具之一。
它适合加工的材料大致分为非铁基金属材料、非金属材料、复合材料三方面。
材料细分如下:非铁基金属材料又分为铜及铜合金、硅铝合金、铝及铝合金、铅合金,巴氏合金,锌合金等。
非金属材料分为碳纤维增强塑料、氧化铝、碳化硅、聚氨酯,有机玻璃,石墨、烧结陶瓷、电木、陶瓷、环氧树脂、玻璃、玻璃陶瓷、软橡胶、尼龙制品等。
复合材料分为石棉、环氧玻璃纤维、碳填充材料、尼龙填充材料、酚类填充材料、聚氯乙烯填充材料、硅酸类填充材料，玻璃钢。
不适合加工铁族材料，就是一般的钢铁。
金刚石由碳原子构成。
某些材料受热时，会从金刚石中吸出碳原子并在工件中形成碳化物。
铁就是此类材料之一。
用金刚石刀具加工铁族材料时，摩擦产生的热量会使金刚石中的碳原子扩散到铁中，从而造成金刚石涂层因化学磨损而提前失效。
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