化學(xué)氣相沉積(CVD)金剛石作為一種新型超硬刀具材料刹越，為金剛石刀具的應(yīng)用開辟了新的途徑堡它。CVD金剛石刀具主要有兩種類型：CVD金剛石薄膜涂層刀具和CVD金剛石厚膜焊接刀具。目前來說妨菩，CVD金剛石厚膜刀具的應(yīng)用比較廣泛。

　　一彪选、CVD金剛石薄膜涂層刀具

　　CVD金剛石薄膜涂層刀具是指通過CVD方法在一定溫度下使金剛石沉積于某些基體(通常為K類硬質(zhì)合金)刀片上的刀具厚饱，其金剛石膜厚度約為10～30μm。

　　CVD金剛石薄膜涂層刀具因金剛石厚度較薄剂现，難于刃磨捕如，前、后刀面及刃口質(zhì)量較差茁臀，只適用于粗加工揩池、半精加工和復(fù)雜形狀刀具。粗加工的切削較大堆因，當(dāng)金剛石與基體間的附著力不足以抗拒切削力的破壞時(shí)泪桥，金剛石膜就會(huì)脫落。這種刀具加工出的工件表面粗糙度一般大于Ra0.2μm久窟。

　　盡管目前國(guó)內(nèi)CVD薄膜涂層刀具的應(yīng)用尚處于萌芽狀態(tài)秩冈，但隨著CVD金剛石生長(zhǎng)技術(shù)的提高，CVD金剛石基團(tuán)顆粒的大小已經(jīng)由40～50μm縮小到十幾甚至幾個(gè)納米斥扛，從而出現(xiàn)了納米金剛石入问。如美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Argonne Nat. Lab)的Dr. Gruen D.M已經(jīng)生長(zhǎng)出質(zhì)量良好、表面為鏡面(表面最高峰與最低峰間距為15nm)稀颁、任意厚度的納米金剛石膜芬失，而且其涂層的附著力足夠。相信其對(duì)涂層刀具的應(yīng)用有所促進(jìn)。

　　二棱烂、CVD金剛石厚膜焊接刀具

　　CVD金剛石厚膜焊接刀具是先把切割好的CVD金剛石厚膜一次焊接至基體(通常為K類硬質(zhì)合金)上租漂，形成復(fù)合片，然后拋光復(fù)合片垢啼，二次焊接至刀體上窜锯，刃磨成需要的形狀和刃口。

　　制造工藝流程：高品質(zhì)的CVD金剛石膜的制備→激光切割→一次焊接成復(fù)合片→復(fù)合片拋光→二次焊接至刀體上→刃磨→檢驗(yàn)芭析。下面介紹幾個(gè)關(guān)鍵工序悄贴，如切割，焊接傀掘，拋光和刃磨等诈绷。

　　1.激光切割

　　CVD金剛石膜硬度高、不導(dǎo)電(現(xiàn)已有導(dǎo)電型CVD金剛石圃星，但其電阻率很大)怒央、耐磨性極強(qiáng)，常規(guī)的機(jī)械加工和線切割等方法不適合于CVD金剛石厚膜的切割丘苗。高效的加工方法是激光切割项请。

　　2.一次焊接

　　一次焊接是指在真空條件下將CVD金剛石厚膜焊接至某些基體上，形成復(fù)合片梦迂。金剛石與一般金屬間的可焊接性極差肚轴。目前，金剛石厚膜刀具的焊接工藝主要采用表面金屬化的方法豫阻。焊料為含鈦的銀銅合金稠还，鈦的作用是在焊接加熱過程中與金剛石膜表面反應(yīng)，產(chǎn)生TiC中間層苍糠，使金剛石膜表面金屬化叁丧，從而提高焊接強(qiáng)度。

　　焊接用基體通常為K類硬質(zhì)合金岳瞭。在高真空條件下拥娄，采用擴(kuò)散焊加釬焊的工藝，Ag—Cu—Ti合金作中間層瞳筏，將金剛石厚膜焊接在硬質(zhì)合金基體上条舔，焊接強(qiáng)度滿足切削加工要求。

　　3.復(fù)合片拋光

　　拋光的目的是把刀片上表面(即前刀面)拋光成鏡面乏矾，一般要求達(dá)到Ra0.1μm以下孟抗。刀具前刀面拋光后可以減少與切屑的摩擦與粘結(jié)，延長(zhǎng)刀具壽命钻心；同時(shí)還可以改善刀刃的平整度與鋒利性凄硼，提高切削加工的精度铅协。復(fù)合片的拋光用專門的拋光機(jī)。

　　4.二次焊接

　　二次焊接是指將復(fù)合片焊接至刀體上摊沉。所用設(shè)備多為高頻感應(yīng)焊接設(shè)備狐史，所用焊料為銀銅焊料和釬劑。焊接溫度為650～700℃之間用六。溫度不可過高近振，焊接過程中應(yīng)保持各焊接面干凈。合理選用釬劑有利于提高焊接強(qiáng)度和改善復(fù)合片基體與刀體材料的焊接性能烂锤。一般來說二次焊接的強(qiáng)度為180～200MPa暴遂，可滿足金剛石刀具切削加工的要求。

　　另外架暗，為了改善刀具的外觀粘伊，可以用油石條磨掉多余的銀銅，用噴砂法去除表面氧化層约粒，用表面鍍Ni法或用鈍化液浸泡防止刀體的氧化生銹惠翼。

　　刃磨CVD金剛石有很高的硬度和耐磨性，刃磨極為困難侨直。目前普遍采用類似PCD刀具的刃磨方法支摹。

　　5.設(shè)備：采用專門的工具磨床，設(shè)備廠家有英國(guó)COBORN公司靠婴、臺(tái)灣KARMAM公司代郊、瑞士EWAG公司和北京迪安公司等。其主要功能包括：直刃磨削和圓弧磨削粱锐，圓弧磨削又包括圓錐后刀面和圓柱形后刀面的形成以及圓錐與圓柱后刀面的組合等疙挺。為了實(shí)現(xiàn)這些功能扛邑，要求機(jī)床的主要運(yùn)動(dòng)包括：機(jī)床主軸(砂輪)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)怜浅；主軸的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；刀架的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)蔬崩，配合顯微鏡或投影儀精確對(duì)準(zhǔn)回轉(zhuǎn)中心恶座，得到不同的刀尖圓弧半徑等。

　　6.砂輪：刃磨所用砂輪為樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪沥阳，刃磨工藝分為粗磨跨琳、半精磨和精磨等。砂輪粒度范圍為250～325至W10～07桐罕。為了提高刃口質(zhì)量脉让，有時(shí)還需研磨、拋光等工藝功炮，所用粒度更細(xì)溅潜，甚至為1～3μm。為了得到高質(zhì)量的刃口，通常采用嵌砂的鑄鐵盤進(jìn)行研磨墅瑟。

　　7.刃磨：刃磨過程中避扎，需加冷卻液，并應(yīng)注意砂輪的修整枪素，通常用適合的油石條正確地修整砂輪可以提高刃磨效率和改善刃磨質(zhì)量咬跷。由于CVD金剛石的抗沖擊性能不如PCD金剛石，因此有些特殊要求的刀具刃磨后的刃口應(yīng)倒鈍芹倔，一般為0.02～0.03mm演避。

　　8.檢驗(yàn)

　　刀具刃口質(zhì)量情況的檢驗(yàn)通常用放大倍數(shù)為40～80倍的工具顯微鏡來觀察。普通刀具的刃口鋸齒度≤0.02mm袁虽。對(duì)于精度更高的刀具旭绝，通過研磨拋光后，刃口鋸齒度≤0.005mm坠髓。另外桨皂，加工不同的工件材料，對(duì)刀具刃口質(zhì)量的要求也有差異都敛，刃磨CVD金剛石刀具應(yīng)從實(shí)際應(yīng)用情況出發(fā)衰屡，一味地追求高質(zhì)量的刃口，這樣既降低生產(chǎn)效率周蹭，又增加生產(chǎn)成本趋艘。

　　三、CVD金剛石膜刀具加工復(fù)合材料的切削實(shí)驗(yàn)

　　1.加工金屬基SiC顆粒加強(qiáng)復(fù)合材料(SiCp/LY12)

　　CVD厚膜金剛石焊接刀具連續(xù)切削SiCp/LY12復(fù)合材料(HV>3000凶朗，SiCp所占重量比30%瓷胧，粒度28μm)。

　　刀具幾何參數(shù)：

　　·YS8：g0=0°棚愤，a0=12°搓萧，kr=90°，re=1.0mm宛畦，ls=0° ·PCBN：g0=0°瘸洛，a0=12°，kr=90°次和，re=0.1mm微王，ls=0° ·PCD：g0=-4°姊呐，a0=9°靶庙，re=5.0mm·CVD厚膜：g0=3°宙项，a0=13°，kr=75°徒锄，re=0.6mm轮拼。

　　TFD(CVD金剛石厚膜)刀具在加工38min時(shí)的后刀面磨損VB值約為0.05mm窗项，PCD刀具約為0.16mm，厚膜刀具的耐磨性明顯高于PCD刀具衷求。其原因是金剛石厚膜是由純金剛石晶粒組成的聚晶材料帮声，而PCD金剛石是由金屬Co、Ni作為粘接劑將金剛石燒結(jié)在一起的聚晶材料搞督，金屬Co使PCD刀具的耐磨性能有所降低专散。PCBN刀具的磨損比PCD和CVD厚膜刀具快得多，而細(xì)晶粒硬質(zhì)合金YS8刀具則根本不能勝任胚搂。在生產(chǎn)中喉隙，應(yīng)優(yōu)選CVD厚膜或PCD刀具。

　　2.加工樹脂基玻璃纖維加強(qiáng)復(fù)合材料(GFRP)

　　刀具幾何參數(shù)：

　　·PCBN：g0=0°脐炼，a0=8°畏帖，kr=45°，re=0.5mm丁恭，ls=0° ·CVD薄膜：g0=-10°曹动，a0=8°，re=4.0mm·CVD厚膜：g0=-8°牲览，a0=8°墓陈，kr=45°，re=0.5mm第献，ls=0° 贡必，CVD厚膜刀具的耐磨性最好，CVD薄膜刀具次之庸毫，PCBN刀具更次之仔拟。GFRP的主要成分是SiO2(85HRA)，加工時(shí)摩擦力較大飒赃，又是干切利花，故加工時(shí)溫度較高，能導(dǎo)致刀具切削刃和后刀面的較快磨損盒揉。GFRP材料比SiCp/LY12的加工難度小晋被，刀具壽命較長(zhǎng)兑徘，實(shí)驗(yàn)用的三種刀具均可在生產(chǎn)中應(yīng)用刚盈。

　　總之，無論是CVD金剛石薄膜涂層刀具嘹征，還是CVD金剛石厚膜焊接刀具蓄梯，如果能充分利用其優(yōu)良的性能，取其之長(zhǎng)纸靠，避彼之短游推，其應(yīng)用前景是很好的殊储。同時(shí)，一方面應(yīng)繼續(xù)提高CVD金剛石膜的生長(zhǎng)技術(shù)胳雁，使其性能更加優(yōu)良瘤慕；另一方面，應(yīng)改進(jìn)CVD金剛石刀具的制造技術(shù)康逝，使其更廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域鹰柄。

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