金剛石刀具材料分為單晶金剛石(有天然和人造兩種,天然單晶金剛石價格昂貴欧啤,部分被人造單晶金剛石替代)鼓择、人造聚晶金剛石(PCD)和人造聚晶金剛石與硬質(zhì)合金復(fù)合刀片(PCD/CC)以及CVD金剛石。
單晶金剛石
單晶金剛石用作切削刀具必須是大顆粒的(質(zhì)量大於0.1g褂省,最小徑長不得小於3mm)巷卵,主要用于表面粗糙度、幾何形狀精度和尺寸精度有較高要求的精密和超精密加工應(yīng)用領(lǐng)域葵稚。
天然單晶金剛石是金剛石中最耐磨的材料帘衣。它本身質(zhì)地細(xì)密少锭,經(jīng)過精細(xì)研磨,切削刃的刃口鈍圓半徑可小到0.008~0.005μm税则。但天然單晶金剛石較脆谎躁,其結(jié)晶各向異性,不同晶面或同一晶面不同方向的晶體硬度均有差異赡喻,在進(jìn)行刃磨和使用時必須選擇合適的方向疮肿。由於使用條件苛刻,加上天然單晶金剛石資源有限缅科,價格十分昂貴宗商,所以生產(chǎn)上大多采用PCD、PCD/CC和CVD金剛石刀具耗跛。天然單晶金剛石主要用於某些有色金屬的超精密切削加工或黃金首飾的生產(chǎn)中旋讹。
人工合成單晶金剛石的尺寸顿锰、形狀和性能都具有良好的一致性,目前由于高溫高壓技術(shù)日趨成熟,能夠制備一定尺寸的人工合成單晶金剛石,尤其在加工高耐磨的層狀木板時贞铣,其性能要優(yōu)于PCD金剛石,不會引起刃口過早鈍化望艺。
人造聚晶金剛石(PCD)和人造聚晶金剛石與硬質(zhì)合金復(fù)合刀片(PCD/CC)
PCD是在高溫(約1800℃)相艇、高壓(5~6MPa)下,利用鈷等金屬結(jié)合劑將許多金剛石單晶粉聚晶成多晶體材料姜凄,其硬度雖稍低于單晶金剛石政溃,但它是隨機(jī)取向的金剛石晶粒的聚合,屬各向同性态秧,用作切削刀具時可以任意取向刃磨董虱,無需像天然金剛石那樣必須選用最佳的解理面作為前刀面。在切削時申鱼,切削刃對意外損壞很不敏感愤诱,抗磨損能力也較強(qiáng),可長時間保持鋒利的切削刃捐友,加工時可采用很高的切削速度和較大的背吃刀量(吃深)晋粱,使用壽命一般高于WC基硬質(zhì)合金刀具10~500倍,而且由於PCD中金屬結(jié)合劑具有導(dǎo)電性埋吊,使得PCD便于切割成形馁惨,且原料來源豐富,其價格只有天然金剛石的幾十分之一至十幾分之一愈苛,已成為傳統(tǒng)WC基硬質(zhì)合金刀具的高性能替代品用噪。
為提高PCD刀片的韌性和可焊性,以硬質(zhì)合金為基底,在其表面燒結(jié)或壓制一層0.5~1mm厚的PCD而組成金剛石復(fù)合刀片(PCD/CC)誓籽。PCD/CC可用焊或機(jī)夾方式制作刀具镣逃。由于其可焊性好,重磨容易洪业,成本低撼遵,故應(yīng)用廣泛。須指出的是峭桅,PCD和PCD/CC刀具的刃口鋒利性和加工表面質(zhì)量均不如單晶金剛石甜杰,同時其可加工性差,磨削比小吵护,難以根據(jù)刀頭的幾何形狀任意成形盒音,至今還不能方便地制造帶斷屑槽可轉(zhuǎn)位刀片和立銑刀等幾何形狀復(fù)雜的產(chǎn)品。
CVD金剛石
CVD金剛石是一種高抗磨性的純金剛石材料馅而,不含結(jié)合劑祥诽,它是在低壓(﹤0.1MPa)下制備的。CVD金剛石主要有CVD薄膜涂層(CD)和CVD厚膜(TFD)兩種形式瓮恭。
CD是用CVD(化學(xué)氣相沈積)工藝雄坪,在硬質(zhì)合金基體(常用K類合金)上沈積一層厚度約10~30μm,由多晶組成的膜狀金剛石而成屯蹦。
因基體易于制成復(fù)雜形狀维哈,故適用于幾何形狀復(fù)雜的刀具,如絲錐登澜、鉆頭阔挠、立銑刀和帶斷屑槽可轉(zhuǎn)位刀片等。國際工具巿場上已有CD刀具的產(chǎn)品脑蠕,如瑞典Sandvik公司的CD1810和美國Kennametal公司的KCD25购撼,主要用于有色金屬及非金屬材料的高速精密加工,刀具壽命比未涂層的硬質(zhì)合金刀具提高近十倍甚至數(shù)十倍旬效。但CD刀具不適于加工金屬一類復(fù)合材料,因為復(fù)合材料中的硬質(zhì)顆粒在很短時間內(nèi)就會將刀具表面一層涂層磨穿踱孕,所以盡管CD刀具的價格比同類PCD刀具要低讯匈,但由于金剛石薄膜與基體材料間的粘著力較小,于是限制了它的廣泛應(yīng)用将窗。
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