1.金剛石力具材料的種類、性能和特點(diǎn)及刀具應(yīng)用

金剛石是碳的同素異構(gòu)體，它是自然界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的最硬的一種材料。金剛石刀具具有高硬度、高耐磨性和高導(dǎo)熱性能，在有色金屬和非金屬材料加工中得到廣泛的應(yīng)用。尤其在鋁和硅鋁合金高速切削加工中，金刷石刀具是難以替代的主要切削刀具品種。可實(shí)現(xiàn)高效率、高穩(wěn)定性、長壽命加工的金剛石刀具是現(xiàn)代數(shù)控加工中不可缺少的重要工具。

(1)金剛石刀具的種類

①天然金剛石刀具:天然金剛石作為切削刀具已有

上百年的歷史了，天然單晶金剛石刀具經(jīng)過精細(xì)研磨，

刃口能磨得極其鋒利，刃口半徑可達(dá)0.002μm，能實(shí)現(xiàn)超薄切削，可以加工出極高的工件精度和極低的表面粗糙度，是公認(rèn)的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。

②PCD金剛石刀具:天然金剛石價(jià)格昂貴，金剛石廣泛應(yīng)用于切削加工的還是聚晶金剛石((PCD)，自20世紀(jì)70年代初，采用高溫高壓合成技術(shù)制備的采最金剛石(Polycrystauinediamond,  簡稱PCD刀片研制成功以后，在很多場合下天然金剛石刀具已經(jīng)被人造聚晶金剛石所代替。PCD原料來源豐富，其價(jià)格只有天然金剛石的幾十分之一-至十幾分之一。

PCD 刀具無法磨出極其鋒利的刃口，加工的工件表面質(zhì)量也不如天然金剛石，現(xiàn)在I業(yè)中還不能方便地制造帶有斷屑槽的PCD刀片。因此，PCD只能用于有色金屬和非金屬的精切，很難達(dá)到超精密鏡面切削。

③CVD金剛石刀具:自從20世紀(jì)70年代末至80年代初，CVD金剛石技術(shù)在日本出現(xiàn)。CVD金剛石是指用化學(xué)氣相沉積看完看法(CVD)在異質(zhì)基體(如硬質(zhì)合金、陶瓷等)上合成金剛石膜，CVD金剛石具有與天然金剛石完全相同的結(jié)構(gòu)和特性。

CVD金剛石的性能與天然金剛石相比十分接近，兼有天然單晶金剛石和聚晶金剛石(PCD)的優(yōu)點(diǎn)，在一定程度上又克服了它們的不足。

(2)金剛石刀具的性能特點(diǎn):

①極高的硬度和耐磨性:天然金剛石是自然界已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的最硬的物質(zhì)。金剛石具有極高的耐磨性，加工高硬度材料時(shí)，金剛石刀具的壽命為硬質(zhì)合金刀具的10~ 100倍，甚至高達(dá)幾百倍。

②具有很低的摩擦系數(shù):金剛石與一些有色金屬之間的摩擦系數(shù)比其他刀具都低，摩擦系數(shù)低，加工時(shí)變形小，可減小切削力。

康

③切削刃非常鋒利: 金剛石刀具的切削刃可以磨得非常鋒利，天然單晶金剛石刀具可高達(dá)

0.002 ~ 0.008 u m,能進(jìn)行超薄切削和超精密加工。

④具有很高的導(dǎo)熱性能:金剛石的導(dǎo)熱系數(shù)及熱擴(kuò)散率高，切削熱容易散出，刀具切削部分溫度低。

⑤具有較低的熱膨脹系數(shù): 金剛石的熱膨脹系數(shù)比硬質(zhì)合金小幾倍，由切削熱引起的刀具尺寸的變化很小，這對尺寸精度要求很高的精密和超精密加工來說尤為重要。

（3）金剛石刀具的應(yīng)用。

金剛石多用于再告訴下對有色金屬及非金屬材料進(jìn)行精細(xì)切削及鏜孔。適合加工各種耐磨非金屬，如玻璃鋼粉末冶金毛坯，陶瓷材料等;各種耐磨有色金屬，如各種硅鋁合金;各種有色金屬光整加工。

金剛石刀具的不足之處是熱穩(wěn)定性較差，切削溫度超過700°C ~ 800C時(shí)，就會(huì)完全失去其硬度;此外，它不適于切削黑色金屬，因?yàn)榻饎偸?/span>(碳)在高溫下容易與鐵原子作用，使碳原子轉(zhuǎn)化為石墨結(jié)構(gòu)，刀具極易損壞。