金刚石刀头的介绍

1. 金刚石刀头的介绍

金刚石刀头是金刚石锯片的工作主体。金刚石锯片的刀头是由金刚石和胎体结合剂组成，金刚石是一种超硬材料，起到切削刃的作用，胎体结合剂起到固定金刚石的作用，由金属单质粉末或金属合金粉末构成，不同的组成叫做配方，根据不同的用途，配方和金刚石不同。

2. 金刚石刀头的金刚石锯片刀头工艺的选择

1.金刚石粒度的选择当金刚石粒度粗且为单一粒度时，锯片刀头锋利，锯切效率高，但金刚石结块的抗弯强度下降；当金刚石粒度细或粗细粒度混合时，锯片刀头耐用度高，但效率较低。综合考虑以上因素，选择金刚石粒度为50/60目较为适宜。2.金刚石分布浓度的选择在一定范围内，当金刚石浓度由低到高变化时，锯片的锋利性和锯切效率逐渐下降，而使用寿命则逐渐延长；但浓度过高，锯片会变钝。而采用低浓度、粗粒度，效率则会提高。利用刀头各部位在锯切时的不同作用，采用不同浓度(即在三层或更多层结构中中间层可采用较低浓度)，锯刀过程中刀头工作上形成中间凹槽，有利于防止锯片偏摆，从而改善石材加工质量。3.金刚石强度的选择金刚石的强度是保证切割性能的重要指标。过高的强度会使晶体不易破碎，磨粒在使用时被抛光，锋利度下降，导致工具性能恶化；金刚石强度不够时，在受到冲击后易破碎，难以担负切削重任。故应选择强度在130～140N。4.粘结相的选择锯片的性能并不仅仅取决于金刚石，而是取决于金刚石与粘结剂恰当配合构成的刀头这种复合材料的整体性能。对于大理石等软质石材，要求刀头的力学性能相对低些，可选用铜基粘结剂。但铜基粘结剂烧结温度低，强度、硬度较低，韧性较高，与金刚石结合强度低。当加入碳化钨(WC)时，以WC或W2C作为骨架金属，配以适量的钴以提高强度、硬度及结合特性，并加入少量熔点低、硬度低的Cu、Sn、Zn等金属作粘结相。主加成分粒度应细于200目，添加成分粒度应细于300目。5.烧结工艺的选择随着温度的升高，胎体的致密化程度提高，抗弯强度也随之提高，而且随着保温时间的延长，空白胎体和金刚石结块的抗弯强度先提高后降低，可选择在800℃下烧结120s工艺来满足性能要求。

3. 金刚石刀具的简介

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。可以用于非金属硬脆材料如石墨、高耐磨材料、复合材料、高硅铝合金及其它韧性有色金属材料的精密加工。金刚石刀具类型繁多，性能差异显著，不同类型金刚石刀具的结构、制备方法和应用领域有较大区别。

4. 金刚石刀具的刀具应用

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。

5. 金刚石刀具的刀具常识

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： 与任何其他刀具一样，金刚石涂层刀具的寿命也各不相同，主要取决于被切削材料、选用的进给率和切削速度，以及工件的几何形状等。一般来说，加工石墨的金刚石涂层刀具的寿命是未涂层硬质合金刀具的10-20 倍，在某些情况下甚至可能更长。这样，就能用一把刀具完成几乎任何加工任务，无需因刀具磨损而换刀，避免了加工中断和重新校准，从而有可能实现无人值守加工。在复合材料的加工中，也完全可能获得较长的刀具寿命。据报道，在加工高密度玻璃纤维、碳纤维和Gl0-FR4等难加工复合材料时，金刚石涂层刀具的寿命可高达未涂层硬质合金刀具的70倍。 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。

6. 雕刻刀的金刚石雕刻刀

金刚石雕刻刀材料分为单晶金刚石（有天然和人造两种，天然单晶金刚石价格昂贵，部分被人造单晶金刚石替代）、人造聚晶金刚石（PCD）和人造聚晶金刚石与硬质合金复合刀片（PCD/CC）以及CVD金刚石。单晶金刚石单晶金刚石用作切削刀具必须是大颗粒的（质量大於0.1g，最小径长不得小於3mm），主要用于表面粗糙度、几何形状精度和尺寸精度有较高要求的精密和超精密加工应用领域。天然单晶金刚石是金刚石中最耐磨的材料。它本身质地细密，经过精细研磨，切削刃的刃口钝圆半径可小到0.008~0.005μm。但天然单晶金刚石较脆，其结晶各向异性，不同晶面或同一晶面不同方向的晶体硬度均有差异，在进行刃磨和使用时必须选择合适的方向。由於使用条件苛刻，加上天然单晶金刚石资源有限，价格十分昂贵，所以生产上大多采用PCD、PCD/CC和CVD金刚石雕刻刀。天然单晶金刚石主要用於某些有色金属的超精密切削加工或黄金首饰的生产中。人工合成单晶金刚石的尺寸、形状和性能都具有良好的一致性,由于高温高压技术日趋成熟，能够制备一定尺寸的人工合成单晶金刚石，尤其在加工高耐磨的层状木板时，其性能要优于PCD金刚石，不会引起刃口过早钝化。人造聚晶金刚石(PCD)和人造聚晶金刚石与硬质合金复合刀片（PCD/CC）PCD是在高温（约1800℃）、高压（5~6MPa）下，利用钴等金属结合剂将许多金刚石单晶粉聚晶成多晶体材料，其硬度虽稍低于单晶金刚石，但它是随机取向的金刚石晶粒的聚合，属各向同性，用作切削刀具时可以任意取向刃磨，无需像天然金刚石那样必须选用最佳的解理面作为前刀面。在切削时，切削刃对意外损坏很不敏感，抗磨损能力也较强，可长时间保持锋利的切削刃，加工时可采用很高的切削速度和较大的背吃刀量（吃深），使用寿命一般高于WC基硬质合金刀具10~500倍，而且由於PCD中金属结合剂具有导电性，使得PCD便于切割成形，且原料来源丰富，其价格只有天然金刚石的几十分之一至十几分之一，已成为传统WC基硬质合金刀具的高性能替代品。为提高PCD刀片的韧性和可焊性，以硬质合金为基底，在其表面烧结或压制一层0.5~1mm厚的PCD而组成金刚石复合刀片（PCD/CC）。PCD/CC可用焊或机夹方式制作刀具。由于其可焊性好，重磨容易，成本低，故应用广泛。须指出的是，PCD和PCD/CC刀具的刃口锋利性和加工表面质量均不如单晶金刚石，同时其可加工性差，磨削比小，难以根据刀头的几何形状任意成形，至今还不能方便地制造带断屑槽可转位刀片和立铣刀等几何形状复杂的产品。CVD金刚石CVD金刚石是一种高抗磨性的纯金刚石材料，不含结合剂，它是在低压（﹤0.1MPa）下制备的。CVD金刚石主要有CVD薄膜涂层（CD）和CVD厚膜（TFD）两种形式。CD是用CVD（化学气相沈积）工艺，在硬质合金基体（常用K类合金）上沈积一层厚度约10~30μm，由多晶组成的膜状金刚石而成。因基体易于制成复杂形状，故适用于几何形状复杂的刀具，如丝锥、钻头、立铣刀和带断屑槽可转位刀片等。国际工具巿场上已有CD刀具的产品，如瑞典Sandvik公司的CD1810和美国Kennametal公司的KCD25，主要用于有色金属及非金属材料的高速精密加工，刀具寿命比未涂层的硬质合金刀具提高近十倍甚至数十倍。但CD刀具不适于加工金属一类复合材料，因为复合材料中的硬质颗粒在很短时间内就会将刀具表面一层涂层磨穿，所以尽管CD刀具的价格比同类PCD刀具要低，但由于金刚石薄膜与基体材料间的粘着力较小，于是限制了它的广泛应用。

7. 金刚石切割刀片的介绍

金刚石切割刀片包括基体、刀体，所述基体沿盘状外缘设有凸楞，所述凸楞沿圆周均布有若干燕尾槽，在两相邻燕尾凹槽之间设有倒置的燕尾凸楔，在凸楞根部与若干凹槽槽底之间环设有加强筋，所述刀体是压制烧结的固接于由燕尾凹槽、燕尾凸楔及加强筋构成的凸楞上。

8. 金刚石刀具的刀具类型

1、天然金刚石Natural Diamond(ND)； 2、人造聚晶金刚石Artificial Polvcrystalline Diamond(PCD)；3、人造聚晶金刚石复合片Polycrystalline Diamond Compact(PDC)；化学气相沉积涂层金刚石刀具ChemicalVapor Deposition Diamond Coated Tools(CVD)。4、沉积厚度达100µm的无衬底纯金刚石厚膜Thick Diamond Film(CD)；5、在刀具基体表面直接上沉积厚度小于30µm的金刚石薄膜涂层Coated Thin Diamond Film(CD)。 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4.1cm-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0.01～0.002µm。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。 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