1.金剛石力具材料的種類、性能和特點及刀具應用

金剛石是碳的同素異構體，它是自然界已經發(fā)現的最硬的一種材料。金剛石刀具具有高硬度、高耐磨性和高導熱性能，在有色金屬和非金屬材料加工中得到廣泛的應用。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?？蓪崿F高效率、高穩(wěn)定性、長壽命加工的金剛石刀具是現代數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過精細研磨，

刃口能磨得極其鋒利，刃口半徑可達0.002μm，能實現超薄切削，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:天然金剛石價格昂貴，金剛石廣泛應用于切削加工的還是聚晶金剛石((PCD)，自20世紀70年代初，采用高溫高壓合成技術制備的采最金剛石(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被人造聚晶金剛石所代替。PCD原料來源豐富，其價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，加工的工件表面質量也不如天然金剛石，現在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，很難達到超精密鏡面切削。

③CVD金剛石刀具:自從20世紀70年代末至80年代初，CVD金剛石技術在日本出現。CVD金剛石是指用化學氣相沉積看完看法(CVD)在異質基體(如硬質合金、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構和特性。

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，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:

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

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

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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

0.002 ~ 0.008 u m,能進行超薄切削和超精密加工。

④具有很高的導熱性能:金剛石的導熱系數及熱擴散率高，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: 金剛石的熱膨脹系數比硬質合金小幾倍，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）金剛石刀具的應用。

金剛石多用于再告訴下對有色金屬及非金屬材料進行精細切削及鏜孔。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，就會完全失去其硬度;此外，它不適于切削黑色金屬，因為金剛石(碳)在高溫下容易與鐵原子作用，使碳原子轉化為石墨結構，刀具極易損壞。