金刚石涂层刀具
PCD﹑PCBN刀具材料及刀具涂层
PCD﹑PCBN刀具材料及刀具涂层(一）PCD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。
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.金刚石刀具的上述特性是由金刚石晶体状态决定的。
在金刚石晶体中，碳原子的四个价电子按四面体结构成键，每个碳原子与四个相邻原子形成共价键，进而组成金刚石结构，该结构的结合力和方向性很强，从而使金刚石具有极高硬度。
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PCBN和铜,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。
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。
目前，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。
据报道,1995年一季度仅日本的PCD刀具产量即达10。
7万把。
刀具涂层的种类及作用介绍【汇总】
刀具涂层的种类及作用介绍内容来源网络，由深圳机械展收集整理！更多数控刀具技术展示，就在深圳机械展-刀具展区！刀具涂层的种类1氮化钛涂层(TiN)TiN是一种通用型PVD涂层，是工艺最成熟和应用最广泛的硬质涂层材料,可以提高刀具硬度并具有较高的氧化温度，适用于高速钢切削刀具或成形工具，改善其加工性能。
2氮化铬涂层(CrN)CrN涂层良好的抗粘结性使其在容易产生积屑瘤的加工中成为首选涂层。
涂覆了这种几乎无形的涂层后，高速钢刀具或硬质合金刀具和成形工具的加工性能将会大大改善。
3金刚石涂层(Diamond)CVD金刚石涂层可为非铁金属材料加工刀具提供最佳性能，是加工石墨、金属基复合材料(MMC)、高硅铝合金及许多其它高磨蚀材料的理想涂层。
适用于硬铣、攻丝和钻削加工的涂层各不相同，分别有其特定的使用场合。
此外，还可以采用多层涂层，此类涂层在表层与刀具基体之间还嵌入了其它涂层，可以进一步提高刀具的使用寿命。
4氮碳化钛涂层(TiCN)TiCN涂层中添加的碳元素可提高刀具硬度并获得更好的表面润滑性，是高速钢刀具的理想涂层。
可增加涂层的厚度，阻止裂纹的扩展，减少崩刃。
所以，目前生产的一些刀片，如瑞典Sandvik公司推荐用于加工钢料的GC4000系列刀片、中国株洲硬质合金厂生产的CN系列刀片、日本东芝公司的T715X 和T725X涂层刀片中均有TiCN涂层成份。
TiCN基涂层适于加工普通钢、合金钢、不锈钢和耐磨铸铁等材料，用它加工工件时的材料切除率可提高2~3倍。
株硬--FMA11系列面铣刀5氮铝钛或氮钛铝涂层(TiAlN/AlTiN)TiAlN/AlTiN涂层中形成的氧化铝层可以有效提高刀具的高温加工寿命。
主要用于干式或半干式切削加工的硬质合金刀具可选用该涂层。
根据涂层中所含铝和钛的比例不同，AlTiN涂层可提供比TiAlN涂层更高的表面硬度，因此它是高速加工领域又一个可行的涂层选择。
例如，美国Kennametal公司推出的H7刀片，系TiAlN涂层，是专为高速铣削合金钢、高合金钢和不锈钢等高性能材料而设计的。
金刚石刀具图片
尺寸mm 厚度(T) 刀尖圆弧(R) 0.1 2.38 0.2 0.4 0.1 3.97 0.2 0.4 0.4 4.76 0.8
订货代号 内接圆(A) VCMW160404 VCMW160408 9.525
尺寸mm 厚度(T) 刀尖圆弧(R) 0.4 4.76 0.8
尺寸mm 厚度(T) 2.38 刀尖圆弧(R) 0.1 0.2 0.4 0.1 2.38 0.2 0.4 尺寸mm 厚度(T) 刀尖圆弧(R) 0.1 2.38 0.2 0.4 0.1 3.97 0.2 0.4
订货代号 内接圆(A) CCMW060201 CCMW060202 CCMW060204 CCMW09T301 CCMW09T302 CCMW09T304 CCMW120404 CCMW120408 12.7 9.525 6.35
七、PCD麻花钻头及石材雕刻刀具：（新产品）
八、砂轮修整工具系列
单点修整笔
四点修整笔
四点混合修整笔
五点混合修整笔
砂轮成型刀一
砂轮成型刀二
金刚石精修滚轮
12 12 12
33
33 33 33
6
6 11 11
90
120 140 160
订货代号
尺寸mm
B
10 L＊B＊H 12
H
10 12
L
50 60
a
120 140
14
14
65
160
六、其他类型刀具介绍：
二、金刚石修整工具（Dressers) 本公司专业生产各种类型的CVD金刚石及天然钻石砂轮修整工具， 可应用于各 种规格砂轮的粗修、半精修和精度。其中单晶与条状CVDD混合型修整笔为我公 司专利产品。 三、轴承支撑器 用于高精度轴承的加工制造。应用PCD或者CVD金刚石作为耐磨面，制作出的 轴承支撑器体现出高平整度、高光洁度、超长使用寿命和极低廉的价位等优越特性。 四、陶瓷结合剂金刚石砂轮 我公司专业生产的陶瓷结合剂金刚石砂轮主要用于磨削PCD、PCBN、CVD金刚 石、硬质合金、陶瓷刀具以及其它刃具，具有磨削效率高、损伤小、价格低等优点。
CVD
维普资讯 ・ Fra bibliotek１ ・ ０
《 刚石 与磨 料 磨具 工程 》 金
Ｃ Ｄ金 刚 石 薄 膜 涂 层 刀具 切 削 ＳＣ ／ １ Ｖ ｉｐ 的 Ａ 适 应 性 及 失 效 机 理
５０４ 华 南理 工 大学机械 学院 全 燕鸣 林金 萍 １６０ ４Ｏｏ 重 庆 仪 表 材 料 研 究 所 张 登 友 ｏ７Ｏ
为此 ， 国内外 研 究 者对 Ｃ Ｄ金 刚 石 薄 膜 涂层 工 艺 Ｖ 及 Ｃ Ｄ金 刚石 薄膜 性 能 的 测 定进 行 了大 量研 究 ， Ｖ 并取 得 了较 为显 著 的 进 展 ， 断 有 新 成 果 推 出 。纵 观 已 有 不
Ｃ Ｄ 金 刚石薄膜一般厚 度为 １ Ｖ） ０—２ｔｎ 其 中 不 含 任 ５ ， ａ
１ 引 言
涂 层 刀具 还 难 以实 现 产 业 化 ， 主要 原 因 是 金 刚 石 涂 其
化 学 气 相 沉 积 （ ｈｍ ｃｌＶ ｐｒ Ｄ ｐ ｓｉ ， 称 Ｃ ｅ ｉ ａ ｅ ｉｏ 简 ａ ｏ ｏ ｔｎ
层 工 艺技 术 欠成 熟 稳 定 ， 刚石 薄 膜 与 基 体 的 附着 力 金 过低 ， 膜不 均 匀 ， 具 切 削 性 能 离 散 性 较 大 、 靠 性 薄 刀 可 较差 等 等 ， 两者 是 此类 刀 具实 现 产 业化 的严 重 障碍 。 后
铣刀的涂层种类
氮化铬铝涂层（AlCrN）
高温条件下表现出良好的红色硬度和高温稳定性，适用于加工低硬度材料或大粘度材料。
DLC涂层
由石墨类材料制成，具有低摩擦、低磨损和极高的硬度。适用于加工塑料、铝和铜等材料。
PVD涂层
物理气相沉积技术形成的涂层，具有纳米级别的微观结构和疏水性能，适用于加工难加工材料和高温材料。
形成氧化铝层，提高刀具在高温加工的寿命。可用于干式或半干式切削加工。
氮化铬涂层（CrN）
良好的抗粘结性，适用于容易产生积屑瘤的加工。改善高速钢、硬质合金等刀具的加工性能。
金刚石涂层（Diamond）
非铁金属加工刀具的理想涂层，适用于加工石墨、金属基复合材料（MMC）、高硅铝合金及高磨蚀材料。
氧化涂层（Homo）
铣刀的涂层种类
涂层种类
描述
氮化钛涂层（TiN）
一种通用型PVD涂层，提高刀具硬度和氧化温度。适用于高速钢切削刀具，具有良好的加工效果。
氮碳化钛涂层（TiCN）
在TiN基础上添加碳元素，提高刀具硬度和表面润滑性。适用于不锈钢、钛合金和镍合金等硬质材料的铣削。
氮铝钛涂层（TiAlN）或氮钛铝涂层（AlTiN）
金刚石工具在高端行业中的应用案例
金刚石工具在高端行业中的应用案例金刚石工具作为一种硬度极高的材料，具有优异的抗磨损和耐高温性能，因此在高端行业中得到广泛应用。
本文将结合多个高端行业领域，分别介绍金刚石工具在这些行业中的应用案例，以展现其在工业生产中的重要作用。
一、航空航天工业在航空航天工业中，因对复杂合金材料、高温合金和陶瓷材料等进行加工的需求迫切，金刚石工具成为了加工这些材料的首选工具。
以金刚石磨削工具为例，能够精密加工航空发动机叶片等零件，保证高精度和表面质量，确保飞行器的安全性和可靠性。
金刚石复合刀具在航空航天领域也有广泛应用，用于加工各种硬质合金、玻璃钢和碳纤维，提高了加工效率和精度。
二、汽车制造业在汽车制造领域，金刚石工具也发挥着重要作用。
金刚石砂轮被广泛应用于汽车发动机缸体和曲轴的加工中，能够高效地去除金属材料并保持高精度。
在汽车刹车片生产中，金刚石砂轮被用于切割和研磨碳化硅陶瓷等硬度高的材料，保证了制品的品质和使用寿命。
金刚石切削工具也在汽车制造的铝合金车轮加工中发挥着重要作用，能够提高生产效率和切削质量。
三、电子信息产业在电子信息产业中，金刚石工具也广泛应用于半导体、光电子器件和电子元件的加工。
金刚石刀具和刀片被用于分立器件、集成电路和光通信组件的切割和刀具加工中。
金刚石线切割工具用于玻璃切割、晶圆切割等精密加工，确保了加工精度和表面光洁度。
金刚石电镀涂层工具也被应用于印刷电路板(PCB)、太阳能电池片等器件的加工中，提高了加工精度和寿命。
四、医疗器械制造业在医疗器械制造领域，金刚石工具也有重要应用。
金刚石锯片被用于医用器械的材料切割，确保了切割面的光洁度和平整度。
金刚石磨具被用于人工心脏瓣膜、人工髋关节等高精度医疗器械的加工中，确保了产品的精准度和稳定性。
金刚石车削刀具广泛应用于医用镍钛合金、石墨复合材料等高难度材料的车削加工，提高了加工效率和切削质量。
通过以上案例，我们可以看到金刚石工具在航空航天、汽车制造、电子信息和医疗器械制造等高端行业中的重要应用。
三菱综合材料发售“硬脆材料加工用钻头”金刚石涂层系列
三 菱综 合材料 发 售 “ 硬 脆 材 料 加 工用 钻 头＂ 金 刚石 涂 层 系列
Ｄ Ｃ—Ｂ Ｓ Ｓ作为烧 结 陶瓷 以及 石英 玻 璃 等 硬 脆 材料 的孔 加 工 钻 头 、 广 受好 评 。为 了 回应 广 大 客 户 希 望 对 Ｄ Ｃ—Ｂ Ｓ Ｓ标准 化 的要 求 ， Ｄ Ｃ—Ｂ Ｓ Ｓ将 作 为标 准库存 品进 行 发售 。
削 的温 度导致 。
参 考 文献 ：
［ １ ］ 刘东 ． 陈五一． 金 刚石刀具精 车硅铝合金 的正交试 验研究［ Ｊ ］ ．
新技术新工艺 ， ２ ０ ０ ５ （ ７ ） ； ２ ７ － ２ ８ ．
以实验 的数据 结合 文 献 ［ ３ 、 ７ 、 ９ ］ 的现 象 与 分 析 ，
［ ７ ３ 冯吉福 。 李立惟 ． 林峰． Ｐ Ｄ Ｃ刀具切 削硅铝合金的有 限元模拟分
析［ Ｊ ］ ． 超 硬材料工程 ． ２ ０ １ ２ 。２ ４ （ ３ ） ｔ １ ０ ＂ １ ５ ． ［ ８ ］ 王世洪． 铝及铝合 金热处理［ Ｍ］ ． 北 京ｔ 机械 工业 出版社 ， １ ９ ８ ６ ：
在 刀具 后角 比较小 的情 况下 【 ７ 】 ， 刀 具后 刀 面处机
工件 表 面 的粗 糙 度 有 密 切 关 系 。在 实 验 的 ５ ０ ０ ℃ 的 温度 范 围 内 ， 温 度越 高则 已加工 工件 的表 面 粗糙度 越 小 。Ｐ Ｄ Ｃ 刀具切 削硅 铝合 金 的 表 面粗 糙 度 与刀 具 的 角度 ， 尤 其是 刀 具后 角 有 关 ， 使 用 小 的 刀具 后 角 有 利
糙度。
从而 增加 了刀具 后 刀面上 的发 热量 ， 提高 了刀 具后 刀 面 的切 削第三 变形 区的温 度 ， 从 而也 提高 了 已加工 工
纳米金刚石涂层刀具高速铣削7075 铝合金的工艺参数优化
纳米金刚石涂层刀具高速铣削7075铝合金的工艺参数优化*邵伟平， 张 韬（无锡职业技术学院 机械技术学院, 江苏 无锡 214121）摘要 采用热丝CVD 法制备纳米金刚石薄膜涂层刀具，利用场发射扫描电子显微镜表征薄膜的表面形貌，并用已制备的CVD 金刚石涂层刀具，在无润滑干切条件下高速铣削7075铝合金工件，对其精铣工艺参数进行单因素及正交试验，探索精铣后工件的表面粗糙度变化规律并进行工艺参数优化。
结果表明：随着主轴转速n 从5 000 r/min 提高到8 000 r/min ， 工件平均表面粗糙度在逐级缓慢降低；当进给速度v f 在1 000～7 000 mm/min 范围内，随着v f 提高工件平均表面粗糙度快速增大，在v f 为7 000 mm/min 时，其值达1.790 μm ；当轴向切削深度a p 在0.1～0.4 mm 范围内，随着a p 提高，工件平均表面粗糙度逐步增大，但a p 在0.2 mm 之后其增大趋势变缓。
对7075铝合金工件精铣表面粗糙度影响最大的是v f ，其次为n ，a p 的影响最弱；其精铣的最优参数组合是a p =0.2 mm 、v f =1 000 mm/min 、n =8 000 r/min ，精铣后的表面粗糙度平均值为0.516 μm 。
选用纳米金刚石薄膜涂层刀具精铣7075铝合金时，为得到较低的表面粗糙度，应选择高主轴转速、低进给速度、合适的轴向切削深度。
关键词 切削加工工艺；CVD 纳米金刚石薄膜涂层刀具；精加工；高速铣削；正交试验；优化组合中图分类号 TG58; TH145.9 文献标志码 A 文章编号 1006-852X(2022)04-0473-08DOI 码 10.13394/ki.jgszz.2021.4003收稿日期 2021-12-07 修回日期 2022-05-307075铝合金是一种冷处理锻压合金，其强度高，具有良好的机械性能等，在航空航天、模具加工、机械设备、工装夹具中广泛使用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4.刀具材料的种类
钢、高速钢、硬 质合金、金刚石。 另有涂层刀具；TiN （氮化钛）、TiC （碳化钛）及金刚 石涂层刀具。其中 金刚石材料是刀具 材料之王中王。
5
2020/6/22
5.涂层刀具的优势
涂层或镀膜是最佳、最经济使用材料 的方法。
6 2020/6/22
6.刀具材料与切削速度
刀具材料与切削速度:
对金属、塑料、橡胶、陶瓷等均具有良好 的抗粘结和防咬合性能；
表面粗糙度低，可达到镜面级； 可在各种金属、塑料、玻璃等材料上沉积，
结合力好。
9 2020/6/22
7.涂层刀具的特点：
硬
天然金刚石刀具
度
PCD金刚石刀具
CBN刀具
陶瓷刀具
涂层刀具
金属陶瓷刀具
WC系 硬质合金刀具 非铁铸造合金刀具
高速钢刀具
14
2020/6/22
10.刀具的生产技术：
刀具的生产技术由于其民族特性决定， 日本、德国一直引领刀具的生产技术的最高 水准。日本以硬质合金刀具为主，德国以复 合涂层居多。我国是钨金生产第一大国，但 不是硬质合金刀具生产大国。
15
2020/6/22
11.木工刀具市场
我国是木制品生产大国，2006年我国成 为木制品出口第一大国，仅地板一项就有 8000余家生产厂，刀具作为木制品生产的主 要耗材，每年有数百亿市场。
b.公司按企业规模、生产数量、刀具种类具体 核定合同服务标的、费用；
c.与木制品企业签定服务合同；
d.收取合同押金（2-3个月）；
e.提供合同列明的刀具（包括收回、收购、修磨、 涂覆刀具）；
Байду номын сангаас
f.按月收取合同服务费（包括收取刀具毁、损费 用）；
g.检查、反馈、跟踪、续签合同。
20
2020/6/22
15.具体操作：
b、高耐磨性； c、低摩擦系数； d、高复合韧性； e、低亲和力，不产生积屑和粘着磨损； f、高化学稳定性，耐高温、抗氧化;
8 2020/6/22
7.涂层刀具的特点：
硬度高（HV20-40GPa），耐磨减摩（摩 擦系<0.1），是一种优异的表面抗磨损改 性膜；
具有优异的耐腐蚀性能，各种酸、碱甚至 王水都难以侵蚀；
a.确定营销服务方案； b.成立专业公司； c.根据营销方案建立营销服务队伍； 4.成立刀具修磨、涂覆车间。
21
2020/6/22
16.投资事项：
a.公司开办费； b.刀具修磨、涂覆车间； c.采购核定内周转刀具。
22
2020/6/22
17.金刚石涂层刀具技术
由于硬质合金是用钴作粘合剂与钨形成 的合金，钴对金刚石有溶剂作用，高温钴溢 出，故一般技术无法制作金刚石涂层刀具， 只能用昂贵的（PCD）聚晶金刚石刀具。我 们采用常温金刚石涂覆技术生产金刚石涂层 木工刀具，解决上述问题。成为世界拥有此 技术的唯一单位。
18
2020/6/22
13.问题的解决
采用现代物流服务理念，成立专业公司， 集中采购优质刀具作为刀具基片进行金刚石 涂覆，制备优质金刚石涂层刀具，按木制品 厂的实际需求供应刀具，提高木制品行业的 刀具水平、产品质量、降低成本。
19
2020/6/22
14.公司运营
a.木制品企业核定使用刀具数量、种类及服务范 围；
金刚石涂层刀具
3.刀具材料的要求
切削功能要求刀具材料硬 度高、韧性好，去屑功能要 求道具材料不粘附，降低刀 具工作温度。 随着车刀切深的增加，或 切速的提高，切削可由条状 逐渐变成片状乃至块状。如 果切深太大或切速过高，温 度会上升至接近工件熔点， 此时产生的切屑甚至会卷成 球状。
4
2020/6/22
23
2020/6/22
18.生产能力：
北京周国泰碳材料技术研发中心拥有14 台套金刚石生成设备，以硬质合金木工圆 锯片为例：极限生产8小时班产800-1000 片，月产3-9万，年产30-90万片。
24
2020/6/22
运用现代物流思想服务木制品行业 -------商业运作方案
我国是木制品生产大国，2006年中国成为木制品出口第一 大国，仅地板一项就有8000余家生产厂。刀具作为木制品 生产的主要耗材，每年有数百亿市场。
高速钢
40-60m/min
硬质合金
80m/min
硬质合金＋TiC
180m/min
硬质合金＋TiC＋ AL2O3 250m/min 硬质合金＋TiC＋AL2O3＋CoN
300m/min
金刚石刀具
5000-8000m/min
7 2020/6/22
7.涂层刀具的特点：
a、高硬度:硬质合金HV200-3500、金刚石 涂层刀具≈HV10000；
13
2020/6/22
9.金刚石涂层刀具：
金刚石涂层的优点是可应用于各种几何 形状复杂的刀具，如带有切屑的刀片、端铣 刀、铰刀及钻头；切削时切削力小、变形 小、工作平稳、磨损慢、工件不易变形，适 用于工件材质好、公差小的精加工。金刚石 涂层刀具有极高的硬度和耐磨性及化学惰 性，有很高的导热系数和很低的热膨胀系 数；刀具刃口非常锋利，切屑极薄。
韧性
10
2020/6/22
日本兼房检测：
11
2020/6/22
刀尖图片
12
2020/6/22
8.刀具材料与切削寿命
硬质合金
100m
金刚石刀具
36000m
切削三聚氰胺贴面板金刚石刀具切削 36000m无需修磨（北航工程中心切削部 报）
金刚石涂层刀具（两片一组）切削三合板 34500张、五合板7000张，计41500张， 其中一片120齿只有7个齿磨损，另一片 118齿磨损，磨损率分别为；5.8%、98% （兴盛木业测试提供）。
金刚石材料是刀具材料之王中王。金刚石涂层刀具有极高 的硬度和耐磨性及化学惰性是刀具材料的首选。由于硬质 合金是用钴作粘合剂与钨形成的合金，钴对金刚石有溶剂 作用，故一般技术无法制作金刚石涂层刀具，只能用昂贵 的（PCD）聚晶金刚石刀具。
16
2020/6/22
12.木工刀具的使用情况
我国众多木制品生产厂家一般是独立采购 刀具，设有简单修磨设备。形成高成本采 购、低水平使用，闲置、浪费严重的状况。 深圳地板厂刀具以0.35元/平方米的价格外 包（王伟宁考察）
17
2020/6/22
刀具商业运作困惑
刀具历史悠久； 种类繁多； DLC薄膜不是唯一必须； 加工业无法掌握后续； 制造业无法分割利润、回收货款； 技术与商业的配合； 服务、物流是一条新思路、新创举、新商机。