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天然金剛石砂輪刀

金剛石內外螺紋刀具

金剛石輪轂專用刀

金剛石倒角刀，锪刀

金剛石45度外圓車刀
適合加工銅鋁件

金剛石刀具/刀片

金剛石刀具具有極高的硬度和耐磨性、低摩擦系數、高彈性模量、高熱導、低熱膨脹系數，以及與非鐵金屬親和力小等優點。可以用於非金屬硬脆材料如石墨、高耐磨材料、復合材料、高矽鋁合金及其它韌性有色金屬材料的精密加工。金剛石刀具類型繁多，性能差異顯著，不同類型金剛石刀具的結構、制備方法和應用領域有較大區別。

金剛石刀具的類型

　　1、天然金剛石Natural Diamond(ND)；

　　5、在刀具基體表面直接上沉積厚度小於30µm的金剛石薄膜塗層Coated Thin Diamond Film(CD)。

天然金剛石(ND)刀具

　　為天然金剛石拉蔓峰譜，具有以下特征：

聚晶金剛石(PCD)刀具

　　PCD是高溫超高壓條件下通過鈷等金屬結合劑將金剛石微粉聚集燒結合成的多晶體材料，又稱燒結金剛石。聚晶金剛石刀具整體燒結成銑刀，用於銑削加工，PCD晶粒呈無序排列狀態，屬各向同性，硬度均勻，石墨化溫度為550℃。刀具具有高硬度、高導熱性、低熱脹系數、高彈性模量和低摩擦系數。刀刃非常鋒利等特點。

人造聚晶金剛石復合片(PDC)刀具

　　為提高PCD刀片的韌性和可焊性，常將PCD與硬質合金刀體做成人造聚晶金剛石復合刀片(PDc)。即在硬質合金基底其表面壓制一層0.5～1mm厚的PCD燒結而成。復合刀片的抗彎強度與硬質合金基本一致，硬度接近PCD，故可以替代PCD使用。PCD及人造聚晶金剛石復合片(PDC)刀具的刃口鋒利性和加工的工件表面質量低於ND。同時其可加工性很差，磨削比小，難以根據刀頭的幾何形狀任意成形。目前利用人造聚晶金剛石復合片隻能制備車刀，至今還不能制造帶斷屑槽的可轉位刀片和復雜三維曲面幾何形狀的銑刀。

CVD金剛石厚膜(TDF)焊接刀具

　　金剛石厚膜焊接刀具是把激光切割好CVD金剛石厚膜一次焊接至基體(通常為K類硬質合金)上，形成復合片，然後拋光復合片，二次焊接至刀體上，刃磨成需要的形狀和刃口。如圖3(a)所示，為CVD金剛石厚膜(金剛石膜厚度達30µm)，具有硬度高、耐磨損、摩擦系數小等特點，是制造切削有色金屬和非金屬材料刀具的理想材料。由於金剛石焊接過程工藝復雜，CVD金剛石厚膜(TDF)焊接刀具尚未大批量應用。

金剛石塗層刀具

　　金剛石塗層刀具是用CVD法直接在硬質合金(K類硬質合金)或陶瓷等基體上沉積一層1～25µm金剛石薄膜，無解理面各向同性。如圖3(b)。薄膜塗層刀具硬度達9800～10000HV。熱導率高，室溫下導熱系數高達2000W·m-1·K-1，而硬質合金刀具導熱系數僅為80～100m-1·K-1。CVD方法金剛石可以塗層到任何復雜形狀的刀具上，這是聚晶金剛石無法擁有的最顯著的優勢。

立方氮化硼(PCBN)刀具

　　立方氮化硼(PCBN)是繼人工合成金剛石之後出現的第二種無機超硬材料,其硬度略次於金剛石,熱穩定性好,耐熱性可達到1400~1500度,比金剛石的耐熱性(700~800度)幾乎高一倍.立方氮化硼(PCBN)刀具主要適合加工各種黑色金屬及其合金材料;最適合於各種淬硬鋼(碳素工具鋼 軸承鋼 模具鋼 高速鋼)珠光體灰口鑄鐵(釩鈦鑄鐵)冷硬鑄鐵高溫合金(鎳基合金鈷基合金)及表面噴塗堆焊的加工.具有使用壽命長,減少換刀次數,補償停機所花的時間,使數控機床和自動化生產線的高效能得到更充分的發揮,可以改變傳統的機械加工方式(即淬火前用刀具粗加工和淬火後用砂輪精加工的方法),從而能在一臺數控機床進行淬火前淬火後的車削加工(以車代磨),具有很好的經濟效益.

　　天然鉆石四方拉絲模

金剛石刀具的應用

　　天然金剛石刀具目前主要用於紫銅及銅合金和金、銀、銠等貴重有色金屬，以及特殊零件的超精密鏡面加工，如錄相機磁盤、光學平面鏡、多面鏡和二次曲面鏡等。但其結晶各向異性，刀具價格昂貴。

      PCD的性能取決於金剛石晶粒及鈷的含量，刀具壽命為硬質合金(WC基體)刀具的10～500倍。主要用於車削加工各種有色金屬如鋁、銅、鎂及其合金、硬質合金和耐磨性極強的纖維增塑材料、金屬基復合材料、木材等非金屬材料。切削加工時切削速度、進給速度和切削深度加工條件取決於工件材料以及硬度。

      人造聚晶金剛石復合片(PDC)性能和應用接近PCD刀具，主要用在有色金屬、硬質合金、陶瓷、非金屬材料(塑料、硬質橡膠、碳棒、木材、水泥制品等)、復合材料等切削加工，逐漸替代硬質合金刀具。由於金剛石顆粒問有部分殘餘粘結金屬和石墨，其中粘結金屬以聚結態或呈葉脈狀分佈會減低刀具耐磨性和壽命。此外存在溶媒金屬殘留量，溶媒金屬與金剛石表面直接接觸。降低(PDC)的抗氧化能力和刀具耐熱溫度，故刀具切削性能不夠穩定。金剛石厚膜刀具制備過程復雜，因金剛石與低熔點金屬及其合金之間具有很高的界面能。金剛石很難被一般的低熔點焊料合金所浸潤。可焊性極差，難以制作復雜幾何形狀刀具，故TDF焊接刀具不能應用在高速銑削中。金剛石塗層刀具可以應用於高速加工，原因是除瞭金剛石塗層刀具具有優良的機械性能外，金剛石塗層工藝能夠制備任意復雜形狀銑刀，用於高速加工如鋁鈦合金航空材料和難加工非金屬材料如石墨電極等。

　　陶瓷結合劑金剛石砂輪具有金剛石和陶瓷結合劑的共同特點，與普通剛玉、碳化矽磨具相比，它的磨削力強，磨削時溫度比較低，磨具磨損比較小；可以適應各種冷卻液的作用；磨削時磨具的形狀保持性好，磨出工件的精度高；磨具內有較多的氣孔，磨削時有利於排屑和散熱，不易堵塞、不易燒傷工件；磨具的自銳性比較好，修整間隔的時間長，修整比較容易。因此陶瓷結合劑金剛石砂輪在國外一些發達國傢的使用日益增多。

　　用戶在選擇和使用金剛石塗層刀具之前，必須瞭解有關金剛石塗層刀具的以下幾點常識：

　　(1)CVD金剛石塗層與非晶金剛石塗層的區別?  

　　非晶金剛石(也稱為類金剛石碳——譯註)塗層是采用PVD工藝沉積的一種碳膜。它既具有一部分金剛石的SP3鍵，又具有一部分碳的SP2鍵；其成膜硬度很高，但又低於金剛石膜的硬度；其厚度也比我們通常沉積的金剛石膜要薄一些。加工石墨時，非晶金剛石塗層刀具的壽命是未塗層硬質合金刀具的2-3倍。與之相比，CVD金剛石則是采用CVD工藝沉積的純金剛石塗層，加工石墨時的刀具壽命是硬質合金刀具的12-20倍，從而可減少換刀次數，提高加工的可靠性和精度一致性。

　　(2)不能用金剛石刀具加工淬硬鋼?  

　　金剛石由碳原子構成。某些材料受熱時，會從金剛石中吸出碳原子並在工件中形成碳化物。鐵就是此類材料之一。用金剛石刀具加工鐵族材料時，摩擦產生的熱量會使金剛石中的碳原子擴散到鐵中，從而造成金剛石塗層因化學磨損而提前失效。

　　(3)重磨和(或)重塗層的金剛石塗層刀具質量難以保證由於刀具表面生成的塗層為純金剛石，因此用金剛石磨輪對刀具進行重磨需要耗費很長時間。此外，為使金剛石生長而采用的刀具。制備工藝會改變刀具表面的化學特性，由於塗層時要求對這種化學特性進行非常精確的控制，因此刀具重新塗層的效果難以得到保證。

　　與任何其他刀具一樣，金剛石塗層刀具的壽命也各不相同，主要取決於被切削材料、選用的進給率和切削速度，以及工件的幾何形狀等。一般來說，加工石墨的金剛石塗層刀具的壽命是未塗層硬質合金刀具的10-20 倍，在某些情況下甚至可能更長。這樣，就能用一把刀具完成幾乎任何加工任務，無需因刀具磨損而換刀，避免瞭加工中斷和重新校準，從而有可能實現無人值守加工。在復合材料的加工中，也完全可能獲得較長的刀具壽命。