金刚石刀具.doc

金刚石的刀具发展与技术侯文文 0840202211 摘要: 本文主要对金刚石刀具的分类、加工方法、金刚石刀具的发展现状及应用领域作了简单的介绍, 对聚晶金刚石刀具的刃磨技术作了详细的研究分析。 1 、引言: 随着现代加工制造业对高速切削加工的要求不断提高,对于各种难切削复合材料、工程陶瓷材料等, 传统的切削加工刀具已不能满足高速切削的需要,而超硬切削刀具是解决以上问题的有效手段,其中,金刚石刀具的应用较为广泛。金刚石具有极高的硬度、良好的耐磨性和导热性、低摩擦系数和热膨胀系数, 在现代切削加工中体现出难以替代的优越性, 被誉为当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。目前, 金刚石刀具在机械加工中的应用日渐普及, 已成为现代材料加工中不可或缺的重要工具。 2 、金刚石刀具的基本介绍 天然金刚石(ND) 刀具为天然金刚石拉蔓峰谱,具有以下特征: (1)1332 尖锋处显示存在金刚石。(2) 波型幅度(FWHM) 为 -1 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 ~ µm 。其中天然单晶金刚石(Single Crystalline Diamond , SCD) 刀具切削刃部位经高倍放大 1500 倍仍然观察到刀刃光滑。 SCD 车削铝制活塞时 Ra 可达到 4µm ,而在同样切削条件下用 PCD 刀具加工时的表面粗糙时的 Ra为 15~ 50µm 。故采用 SCD 刀具配合精密车床进行精密和超精密加工,可获得镜面表面。 聚晶金刚石(PCD) 刀具 PCD 是高温超高压条件下通过钴等金属结合剂将金刚石微粉聚集烧结合成的多晶体材料, 又称烧结金刚石。聚晶金刚石刀具整体烧结成铣刀,用于铣削加工, PCD 晶粒呈无序排列状态,属各向同性,硬度均匀, 石墨化温度为 550 ℃。刀具具有高硬度、高导热性、低热胀系数、高弹性模量和低摩擦系数。刀刃非常锋利等特点。 人造聚晶金刚石复合片(PDC) 刀具为提高 PCD 刀片的韧性和可焊性, 常将 PCD 与硬质合金刀体做成人造聚晶金刚石复合刀片(PDc) 。即在硬质合金基底其表面压制一层 ~ 1mm 厚的 PCD 烧结而成。复合刀片的抗弯强度与硬质合金基本一致,硬度接近 PCD ,故可以替代 PCD 使用。 PCD 及人造聚晶金刚石复合片(PDC) 刀具的刃口锋利性和加工的工件表面质量低于 ND。同时其可加工性很差,磨削比小,难以根据刀头的几何形状任意成形。目前利用人造聚晶金刚石复合片只能制备车刀, 至今还不能制造带断屑槽的可转位刀片和复杂三维曲面几何形状的铣刀。 CVD 金刚石厚膜(TDF) 焊接刀具金刚石厚膜焊接刀具是把激光切割好 CVD 金刚石厚膜一次焊接至基体( 通常为 K 类硬质合金) 上,形成复合片,然后抛光复合片,二次焊接至刀体上, 刃磨成需要的形状和刃口。如图 3(a) 所示,为 CVD 金刚石厚膜( 金刚石膜厚度达 30µm) ,具有硬度高、耐磨损、摩擦系数小等特点, 是制造切削有色金属和非金属材料刀具的理想材料。由于金刚石焊接过程工艺复杂, CVD 金刚石厚膜(TDF) 焊接刀具尚未大批量应用。 金刚石涂层刀具金