金刚石刀具(具有极高硬度和耐磨性的刀具)
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更新时间:2023-08-08
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金刚石刀具是一种具有极高硬度和耐磨性的刀具,它具有以下优点: 1. 高硬度和耐磨性:金刚石刀具的硬度非常高,能够切割和加工硬度很高的材料,如金刚石、陶瓷和玻璃等。 2. 低摩擦系数:金刚石刀具的摩擦系数很低,可以减少切削过程中的摩擦和热量,从而提高切削效率和精度。 3. 高弹性模量:金刚石刀具的弹性模量很高,可以减少刀具受力和变形,从而提高切削精度。 4. 高热导:金刚石刀具的热导很高,可以迅速散发切削过程中的热量,从而延长刀具寿命。 5. 低热膨胀系数:金刚石刀具的热膨胀系数很低,可以在温度变化时保持稳定性,从而提高切削精度。 6. 小非铁金属亲和力:金刚石刀具与非铁金属的亲和力很小,可以减少刀具的磨损和失真,从而提高切削精度和效率。 因此,金刚石刀具在航空、汽车、电子、光学和医疗器械等领域得到广泛应用。它可以用于切削金属、非铁金属、塑料和复合材料等材料,特别适用于高精度、高效和高表面质量的切削加工。金刚石刀具
具有极高硬度和耐磨性的刀具
金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨胀系数,以及与非铁金属亲和力小等优点。
刀具应用
基本简介
刀具应用
天然金刚石刀具主要用于紫铜及铜合金和金、银、铑等贵重有色金属,以及特殊零件的超精密镜面加工,如录相机磁盘、光学平面镜、多面镜和二次曲面镜等。但其结晶各向异性,刀具价格昂贵。PCD的性能取决于金刚石晶粒及钴的含量,刀具寿命为硬质合金(WC基体)刀具的10~500倍。主要用于车削加工各种有色金属如铝、铜、镁及其合金、硬质合金和耐磨性极强的纤维增塑材料、金属基复合材料、木材等非金属材料。切削加工时切削速度、进给速度和切削深度加工条件取决于工件材料以及硬度。人造聚晶金刚石复合片(PDC)性能和应用接近PCD刀具,主要用在有色金属、硬质合金、陶瓷、非金属材料(塑料、硬质橡胶、碳棒、木材、水泥制品等)、复合材料等切削加工,逐渐替代硬质合金刀具。由于金刚石颗粒间有部分残余粘结金属和石墨,其中粘结金属以聚结态或呈叶脉状分布会减低刀具耐磨性和寿命。此外存在溶媒金属残留量,溶媒金属与金刚石表面直接接触。降低(PDC)的抗氧化能力和刀具耐热温度,故刀具切削性能不够稳定。金刚石厚膜刀具制备过程复杂,因金刚石与低熔点金属及其合金之间具有很高的界面能。金刚石很难被一般的低熔点焊料合金所浸润。可焊性极差,难以制作复杂几何形状刀具,故TDF焊接刀具不能应用在高速铣削中。金刚石涂层刀具可以应用于高速加工,原因是除了金刚石涂层刀具具有优良的机械性能外,金刚石涂层工艺能够制备任意复杂形状铣刀,用于高速加工如铝钛合金航空材料和难加工非金属材料如石墨电极等。
刀具常识
用户在选择和使用金刚石涂层刀具之前,必须了解有关金刚石涂层刀具的以下几点常识:
刀具的限制
重磨和(或)重涂层的金刚石涂层刀具质量难以保证由于刀具表面生成的涂层为纯金刚石,因此用金刚石磨轮对刀具进行重磨需要耗费很长时间。此外,为使金刚石生长而采用的刀具。制备工艺会改变刀具表面的化学特性,由于涂层时要求对这种化学特性进行非常精确的控制,因此刀具重新涂层的效果难以得到保证。
存在的问题
金刚石涂层的剥落可以预防涂层剥落是金刚石涂层刀具的一个严重问题,也是一个常见问题(尤其在加工碳纤维之类材料时),会导致刀具寿命难以预测。上世纪90年代后期,界面化学特性被确定为是影响金刚石涂层粘附性能的重要因素。通过选择兼容性好的硬质合金化学特性、采用适当的预处理技术和合理的沉积反应条件,就有可能减轻或消除金刚石涂层的剥落,稳定地实现平稳的磨损模式。在显微镜下观察正常磨损的金刚石涂层刀具,可以发现,金刚石被稳定磨损直至硬质合金基体,而没有发生崩刃或剥落。
刀具类型
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。
立方氮化硼刀具
立方氮化硼(PCBN)是继人工合成金刚石之后出现的第二种无机超硬材料,其硬度略次于金刚石,热稳定性好,耐热性可达到1400~1500度,比金刚石的耐热性(700~800度)几乎高一倍。立方氮化硼(PCBN)刀具主要适合加工各种黑色金属及其合金材料;最适合于各种淬硬钢(碳素工具钢 轴承钢 模具钢 高速钢)珠光体灰口铸铁(钒钛铸铁)冷硬铸铁高温合金(镍基合金钴基合金)及表面喷涂堆焊的加工。具有使用寿命长,减少换刀次数,补偿停机所花的时间,使数控机床和自动化生产线的高效能得到更充分的发挥,可以改变传统的机械加工方式(即淬火前用刀具粗加工和淬火后用砂轮精加工的方法),从而能在一台数控机床进行淬火前淬火后的车削加工(以车代磨),具有很好的经济效益.
天然钻石四方拉丝模
刀具修磨
陶瓷结合剂金刚石砂轮具有金刚石和陶瓷结合剂的共同特点,与普通刚玉、碳化硅磨具相比,它的磨削力强,磨削时温度比较低,磨具磨损比较小;可以适应各种冷却液的作用;磨削时磨具的形状保持性好,磨出工件的精度高;磨具内有较多的气孔,磨削时有利于排屑和散热,不易堵塞、不易烧伤工件;磨具的自锐性比较好,修整间隔的时间长,修整比较容易。因此陶瓷结合剂金刚石砂轮在国外一些发达国家的使用日益增多。
选择合理的工艺参数,陶瓷结合剂金刚石砂轮研磨单晶金刚石,研磨效率比金属结合剂砂轮高,磨耗比非常小,加工成本低,因此采用陶瓷结合剂砂轮研磨单晶金刚石,可极大的提高破天研磨效率。在磨削PCD刀具方面,由于树脂结合剂较软,磨削时容易变形,不能有效地磨削PCD刀具;金属结合剂由于对磨粒的结合能力太强而使磨具自锐性差,磨削效率低,而且金属结合剂砂轮会造成PCD刀具边缘产生最最严重的破坏;综合磨削效率、磨具耐用度及工件表面的加工质量,陶瓷结合剂金刚石砂轮是磨削PCD刀具最合适选择。