金刚石刀具的独有特征
金属切削原理与刀具 课题32 金刚石刀具
金刚石刀具
金刚石刀具
课题三十二 金刚石刀具
金刚石 刀具
单晶金刚石刀具 多晶金刚石刀具
天然单晶金刚石刀具 人造单晶金刚石刀具
PCD刀具 CVD金刚石刀具
CVD金刚石 薄膜涂层刀具
金刚石 厚度膜焊接刀具
金刚石刀具
课题三十二 金刚石刀具
金刚石刀具的性能特点
极高的硬度和耐磨性 金刚石的显微硬度达HV10000,是自然界最硬的物质。具有极高的耐 磨性,天然金刚石的耐磨性为硬质合金的80-120倍,人造金刚石的耐磨性 为硬质合金的60-80倍。
金刚石刀具
金刚石刀具的性能特点
课题三十二 金刚石刀具
刀刃非常锋利 金刚石刀具的切削刃可以磨得非常锋利,天然单晶金刚石刀具刀刃钝园 半径可达纳米,能进行超薄切削和超精密加工。
具有很高的导热性能 金刚石的导热系数为硬质合金的1.5-9倍,为铜的2-6倍。由于导热系 数高,切削热容易散出,切削温度低。
金刚石刀具
如 铝合金活塞的裙部、销孔、汽缸体、变速箱等。
由于这些零件材料含硅量较高(12%以上),且为大批量生产,对刀具的寿命 要求较高,硬质合金刀具难以胜任,而PCD刀具的寿命远高于硬质合金刀具, 是硬质合金刀具寿命的几十甚至几百倍。
金刚石刀具
课题三十二 金刚石刀具
金刚石刀具的应用
在加工硅含量较高的铝合金时,除PCD刀具外,其它所有的刀具都在很短的 时间内产生严重的磨损而不能继续切削 。
PCD刀具还非常适合对难加工非金属材料(如:木材、人造板材、强化复合地板、 碳纤维增强塑料、石墨、陶瓷、石材等)进行加工 。
采用单晶金刚石刀具,在超精密车床上可实现镜面加工,目前,金刚石刀具可 以实现切削厚度为纳米级的连续稳定切削。
论述金刚石刀具超精密切削的机理丶条件和应用范围
金刚石刀具超精密切削的机理丶条件和应用范围
金刚石刀具是超精密切削中常用的刀具材料,其切削机理、条件和应用范围如下:
1.切削机理:
⏹金刚石刀具的切削刃非常锋利,在切削过程中能够实现“切入式切削”,
使切削力大大减小。
⏹金刚石的硬度极高,切削时不易被工件材料磨损,能够保持良好的切削刃
形状。
⏹金刚石的传热性能极佳,能够快速地将切削热量传递出去,从而降低切削
温度,减少热损伤。
1.切削条件:
⏹刀具刃口半径:为了实现超精密切削,需要将刀具的刃口半径减小到亚微
米级,以提高切削的精度和表面粗糙度。
⏹切削用量:为了减小切削力和热量,需要选择较小的切削深度和进给速度,
以提高切削效率。
⏹工件材料:金刚石刀具适用于加工各种硬材料,如淬火钢、硬质合金等。
但是,对于一些韧性较大的材料,需要进行预处理或选择其他刀具材料。
1.应用范围:
⏹金刚石刀具广泛应用于超精密切削领域,如光学零件、轴承、硬盘磁头、IC
芯片等高精度、高表面质量的零件加工。
⏹在加工过程中,金刚石刀具还可以用于制作各种微细结构,如微孔、微槽
等。
综上所述,金刚石刀具的超精密切削需要满足一定的条件,并具有广泛的应用范围。
金刚石材料刀具简介
金刚石材料刀具简介可以制成切削刀具的金刚石材料有天然单晶金刚石、人造单晶金刚石、化学气相沉积法(CVD)金刚石厚膜、人造聚晶金刚石复合片等。
1、天然单晶金刚石天然单晶金刚石是一种各向异性的单晶体。
硬度达HV9000-10000,是自然界中最硬的物质。
这种材料耐磨性极好,制成刀具在切削中可长时间保持尺寸的稳定,故而有很长的刀具寿命。
天然金刚石刀具刃口可以加工到极其锋利。
可用于制作眼科和神经外科手术刀;可用于加工隐形眼镜的曲面;可用于切割光导玻璃纤维;用于加工黄金、白金首饰的花纹;最重要的用途在于高速超精加工有色金属及其合金。
如铝、黄金、巴氏合金、铍铜、紫铜等。
用天然金刚石制作的超精加工刀具其刀尖圆弧部分在400倍显微镜下观察无缺陷,用于加工铝合金多面体反射镜、无氧铜激光反射镜、陀螺仪、录像机磁鼓等。
表现粗糙度可达到Ra(0.01-0.025)μm。
天然金刚石材料韧性很差,抗弯强度很低,仅为(0.2-0.5)Gpa。
热稳定性差,温度达到700℃-800℃时就会失去硬度。
温度再高就会碳化。
另外,它与铁的亲和力很强,一般不适于加工钢铁。
2、人造单晶金刚石人造单晶金刚石作为刀具材料,市场上能买到的目前有戴比尔斯(DE-BEERS)生产的工业级单晶金刚石材料。
这种材料硬度略逊于天然金刚石。
其它性能都与天然金刚石不相上下。
由于经过人工制造,其解理方向和尺寸变得可控和统一。
随着高温高压技术的发展,人造单晶金刚石最大尺寸已经可以做到8mm。
由于这种材料有相对较好的一致性和较低的价格,所以受到广泛的注意。
作为替代天然金刚石的新材料,人造单晶金刚石的应用将会有大的发展。
3、人造聚晶金刚石人造聚晶金刚石(PCD)是在高温高压下将金刚石微粉加溶剂聚合而成的多晶体材料。
一般情况下制成以硬质合金为基体的整体圆形片,称为聚晶金刚石复合片。
根据金刚石基体的厚度不同,复合片有1.6mm、3.2mm、4.8mm等不同规格。
而聚晶金刚石的厚度一般在0.5mm左右。
金刚石刀具在数控机床中的应用
金刚石刀具在数控机床中的应用随着科技的不断进步和发展,数控机床在工业领域中扮演着重要的角色。
数控机床的出现大大提高了生产效率和加工质量,而金刚石刀具作为一种高性能的切削工具,在数控机床中的应用也越来越广泛。
本文将探讨金刚石刀具在数控机床中的应用,并分析其优势和挑战。
一. 金刚石刀具的基本特性金刚石刀具由金刚石颗粒和金属粉末经压制、烧结等工艺制成,具有极高的硬度、耐磨性和热稳定性。
这些特性使得金刚石刀具在切削加工中具备以下优势:1. 高硬度:金刚石刀具的硬度仅次于金刚石,可用于切削超硬材料如陶瓷和高硬度合金等。
2. 耐磨性:金刚石刀具具有出色的耐磨性,可在切削过程中保持较长的使用寿命。
3. 热稳定性:金刚石刀具具有良好的热稳定性,可承受高温切削环境下的工作,不易变形。
二. 金刚石刀具在数控机床中的应用领域1. 切削加工金刚石刀具广泛应用于数控机床的切削加工领域,包括车削、铣削、钻削、磨削等。
由于金刚石刀具的高硬度和耐磨性,可用于加工硬度较高的材料,如钛合金、高速钢等。
同时,金刚石刀具还能够提供更高的加工精度和表面质量。
2. 精密加工在数控机床的精密加工中,金刚石刀具的应用更能体现出其独特的优势。
例如,在汽车零部件的精密加工过程中,采用金刚石刀具可以实现更高的加工精度和更好的表面质量。
3. 工具磨损监测由于金刚石刀具的耐磨性较高,因此可以通过监测金刚石刀具的磨损情况,准确地评估刀具的使用寿命。
这对机床的保养和刀具的及时更换具有重要意义,可降低生产成本,并提高生产效率。
三. 金刚石刀具在数控机床中的挑战虽然金刚石刀具在数控机床中有广泛的应用前景,但面临着一些挑战和限制:1. 成本高昂:金刚石刀具的制造成本较高,所以其售价也相对较高,这给广泛应用带来了一定的限制。
2. 技术要求高:金刚石刀具的加工工艺复杂,需要高精度和高温高压的条件,所以其生产过程要求较高的技术水平。
3. 刀具表面质量难以保证:由于金刚石刀具的硬度很高,常规的抛光或修整技术难以完成对其表面的加工,从而可能会影响到加工表面质量。
金刚石刀具知识点
⾦刚⽯⼑具知识点⼑具基础知识⼀、⼑具材料应具备的性能;A,⾼的硬度和⾼耐磨性1.硬度是⼑具材料应具备的基本特性2.耐磨性是指材料抵抗磨损的能⼒。
B,⾜够的强度和韧性1.强度是⼑具材料抵抗破坏的能⼒2,韧性是指材料发⽣断裂时外界做功的⼤⼩。
3.⾼的耐热性和热传性4.良好的⼯艺性和经济性1)切削性能⽬前⼑具材料分四⼤类:⼯具钢、硬质合⾦、陶瓷及超硬⼑具材料等。
常⽤的⼑具材料⼀、⼯具钢1. 碳素⼯具钢碳素⼯具钢是含碳量为0.65%~1.3%的优质碳素钢。
常⽤的钢号有T7A、T8A等。
耐热温度:200℃~300℃。
2. 合⾦⼯具钢1868年,英国的穆舍特制成含钨的合⾦⼯具钢。
在碳素⼯具钢中加⼊适当的元素铬(Cr)、硅常⽤的合⾦⼯具钢有9CrSi,CrWMn等(Si)、锰(Mn)、钒(V)、钨(W)等炼成的。
耐热温度:325℃~400℃。
主要⽤于制造细长的或截⾯积⼤、刃形复杂的⼑具。
⼆,⾼速钢⾼速钢是⼀种富含钨(W)、铬(Cr)、钼(Mo)、钒(V)等元素的⾼合⾦⼯具钢。
美国的F.W.泰勒和M.怀特于1898年创制的。
含碳量⼀般在0.70~1.65%之间。
耐热温度:500℃~650℃。
⾼速钢的抗弯强度是硬质合⾦的3~5倍,冲击韧性是硬质合⾦的6~10倍1.普通⾼速钢(HSS)2.钨系⾼速钢:W18Cr4V (W18)3.具有较好的综合性能,可制造复杂刃型的⼑具。
但由于钨是稀有⾦属,现在很少使⽤。
4.钨钼系⾼速钢:W6Mo5Cr4V2 (M2)5.M2的碳化物颗粒⼩,分布均匀,具有较⾼的抗弯强度、塑性、韧性和耐磨性。
⼜因为钼的存在,使其热塑性⾮常好。
2. ⾼性能⾼速钢(HSS-E)⾼性能⾼速钢是在普通⾼速钢中增加⼀些碳、钒及添加钴(Co)、铝等元素的新钢种。
钴⾼速钢:W2Mo9Cr4VCo8 (M42)⼀种含钴的超硬⾼速钢,常温硬度67HRC-69HRC,具有良好的综合性能。
铝⾼速钢:W6Mo5Cr4V2Al在M2的基础上加Al、增C,提⾼了钢的耐热性和耐磨性。
金刚石的特点和用途是什么
金刚石的特点和用途是什么金刚石是一种由碳元素组成的矿物,具有独特的物理和化学特性,使其在许多领域中有广泛的应用。
以下是金刚石的特点和用途的详细介绍。
一、金刚石的特点:1. 极高硬度:金刚石是地球上最硬的天然物质,莫氏硬度为10,远远超过其他矿物和材料。
这使得金刚石能够用于切割、粉碎、磨削等高强度和高效率的加工工艺。
2. 高热传导性:金刚石具有极高的热导率,几乎是铜的五倍。
这使得金刚石可以在高温环境下进行加工和使用,并具有优异的耐磨性和抗变形能力。
3. 优异的化学稳定性:金刚石在常温常压下几乎是不溶于任何常见的化学物质的。
这使得金刚石可以在各种化学腐蚀和腐蚀环境中使用,具有很高的耐久性和长寿命。
4. 宽光谱透过性:金刚石具有宽光谱透过性,能够透过整个可见光谱和大部分紫外光谱。
这使得金刚石可以应用于光学领域,如激光器、红外窗口和高能粒子探测器等。
二、金刚石的用途:1. 工具加工领域:由于金刚石具有极高的硬度和耐磨性,广泛应用于刀具、磨料和磨料工具的制造。
金刚石刀片、砂轮和磨料石可用于硬质材料的切割、磨削和抛光。
此外,金刚石钻头和刀具也广泛应用于钢、陶瓷、玻璃、复合材料等硬脆材料的切削、钻孔和加工。
2. 高能领域:金刚石在高能物理领域的应用十分广泛。
由于金刚石具有良好的辐射抗损伤性能和高热传导性,被用于制造高能粒子探测器、引爆装置、高强度光束传输系统等装置。
3. 光学领域:金刚石具有宽光谱透过性、高折射率和低散射率等优异的光学性能,广泛应用于光学镜片、激光器和光纤通信等领域。
金刚石窗口被用于高功率激光器和高压和高温实验装置中,以承受强大的光束和高温高压环境。
4. 电子领域:金刚石具有优异的电特性,如高电击穿场强、高载流子迁移率等,被广泛应用于半导体和电子器件的制造。
金刚石薄膜和金刚石晶体管被用于高功率和高频率电子器件,如功率电子器件、射频功率放大器和传感器等。
5. 医疗领域:金刚石在医疗领域的应用也日益增多。
金刚石刀具及超硬刀具的区别及优缺点【全面解析】
金刚石刀具与超硬刀具的区别及优缺点内容来源网络,由“深圳机械展(11万㎡,1100多家展商,超10万观众)”收集整理!更多cnc加工中心、车铣磨钻床、线切割、数控刀具工具、工业机器人、非标自动化、数字化无人工厂、精密测量、数控系统、3D打印、激光切割、钣金冲压折弯、精密零件加工等展示,就在深圳机械展.金刚石刀具优缺点超硬刀具的优缺点超硬材料具有优异的机械性能、物理性能和其他性能,其中有些性能很适合于刀具。
具有很高的硬度天然金刚石的硬度达10000HV;CBN的硬度达7500HV。
与其他硬物质相比,SiC硬度为3000~3500HV,A12O3为2700HV,TiC为2900~3200HV,WC为2000HV,Si3N4为2700~3200HV;作为刀具材料用的硬质合金,其硬度仅为1100~1800HV。
具有很好的导热性天然金刚石的热导率达2000W/m-1*K-1,CBN的热导率达1300W/m-1/K-1。
紫铜的导热性很好,其热导率仅为393W/m-1*K-1;纯铝为226W/m-1*K-1,故金刚石与CBN的热导率分别是紫铜的5倍和3.5倍,是纯铝的8倍和5倍。
硬质合金的热导率仅为35~75W/m-1*K-1。
具有很高的杨氏模量天然金刚石的杨氏模量达1000GPa,CBN的杨氏模量在720GPa。
而SiC、Al2O3、WC、TiC的杨氏模量仅分别为390、350、650、330GPa。
物质的杨氏模量大就是刚性好。
具有很小的热膨胀天然金刚石的线膨胀系数为1×10-6/K,CBN的线膨胀系数为(2.1~2.3)×10-6/K。
而硬质合金的线膨胀系数为(5~7)×10-6/K。
具有较小的密度天然金刚石的密度为3.52g/cm3,CBN的密度为3.48g/cm3。
与Al2O3、Si3N4的密度接近。
具有较低的断裂韧性天然金刚石的断裂韧性为3.4MPa/m0.5,CBN与之接近。
金刚石工具特点
我国金刚石工具特点
金刚石工具具有超硬、超耐磨、耐高温、抗氧、抗腐蚀等优异的性能,因而成为一种非常特殊且不可替代的新型工具。
它主要用于加工传统工具难以胜任的特殊材料的切割与加工。
金刚石工具广泛应用于地质
勘探、石材、机械、汽车及国防
工业等各个领域,机械加工用的
磨具、地质钻头及石材锯切工具
的制造工艺水平已有很大提高。
产品已形成系列化、标准化,品
种规格齐全,产品质量稳定,部
分产品在国际市场上具有一定的竞争力。
金刚石单晶绝大多数是用来制作各种金刚石工具,其种类很多。
我国生产的金刚石锯切工具品种规格齐全,质量稳定。
据统计,近几年来金刚石钻探
工具基本上可满足市场需求;随
着建筑装修业的发展和家用空调
的普及,用于管线安装和空调整
机安装及旧楼改造,施工用金刚
石薄壁工程钻头需求量也在日益
增加,用于石油、煤田勘探的PDC
钻头的需求量也相应增加,我国所生产的金刚石复合片在质量上还不过关,有待于进一步钻研改进,不断提高产品质量,改变目前PDC钻头依赖进口的局面。
PCD刀具的性能特点
PCD刀具的性能特点金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性,可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。
金刚石刀具的上述特性是由金刚石晶体状态决定的。
在金刚石晶体中,碳原子的四个价电子按四面体结构成键,每个碳原子与四个相邻原子形成共价键,进而组成金刚石结构,该结构的结合力和方向性很强,从而使金刚石具有极高硬度。
由于聚晶金刚石(PCD)的结构是取向不一的细晶粒金刚石烧结体,虽然加入了结合剂,其硬度及耐磨性仍低于单晶金刚石。
但由于PCD烧结体表现为各向同性,因此不易沿单一解理面裂开。
PCD刀具材料的主要性能指标①PCD的硬度可达8000HV,为硬质合金的8~12倍;②PCD的导热系数为700W/mK,为硬质合金的1.5~9倍,甚至高于PCBN 和铜,因此PCD刀具热量传递迅速;③PCD的摩擦系数一般仅为0.1~0.3(硬质合金的摩擦系数为0.4~1),因此PCD刀具可显著减小切削力;④PCD的热膨胀系数仅为0.9×10^-6~1.18×10^-6,仅相当于硬质合金的1/5,因此PCD刀具热变形小,加工精度高;⑤PCD刀具与有色金属和非金属材料间的亲和力很小,在加工过程中切屑不易粘结在刀尖上形成积屑瘤。
PCD刀具的应用工业发达国家对PCD刀具的研究开展较早,其应用已比较成熟。
自1953年在瑞典首次合成人造金刚石以来,对PCD刀具切削性能的研究获得了大量成果,PCD刀具的应用范围及使用量迅速扩大。
目前,国际上著名的人造金刚石复合片生产商主要有英国DeBeers公司、美国GE公司、日本住友电工株式会社等。
据报道,1995年一季度仅日本的PCD刀具产量即达10.7万把。
PCD刀具的应用范围已由初期的车削加工向钻削、铣削加工扩展。
由日本一家组织进行的关于超硬刀具的调查表明:人们选用PCD刀具的主要考虑因素是基于PCD刀具加工后的表面精度、尺寸精度及刀具寿命等优势。
金刚石复合片合成技术也得到了较大发展,DeBeers公司已推出了直径74mm、层厚0.3mm的聚晶金刚石复合片。
常用的超硬刀具材料有哪些有何主要特点
常用的超硬刀具材料有哪些金刚石金刚石是目前世界上已发现的最硬的一种材料。
金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性等性能,在有色金属和非金属加工中得到广泛的应用,尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中,如轿车发动机缸体、缸盖、变速箱和各种活塞等的加工中,金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具。
超硬刀具材料_近年来,由于数控机床的普及和数控加工技术的高速发展,可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具的应用日渐普及。
金刚石刀具现在和将来都是数控加工中不可缺少的重要刀具。
立方氮化硼(CBN)立方氮化硼是氮化硼的同素异构体,其结构与金刚石相似,硬度高达8000~9000HV,耐热度达1400℃,耐磨性好。
近年来开发的多晶立方氮化硼(PCBN)是在高温高压下将微细的CBN颗粒通过结合相烧结在一起的多晶材料,既能胜任淬硬钢(45~65HRC)、轴承钢(60~64HRC)、高速钢(63~66HRC)、冷硬铸铁的粗车和精车,又能胜任高温合金、热喷涂材料、硬质合金及其他难加工材料的高速切削加工。
陶瓷刀具陶瓷刀具是最有发展潜力的刀具之一,目前已引起世界工具界的重视。
在工业发达的德国,约70%加工铸件的工序是由陶瓷刀具来完成的,而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%~10%。
超硬刀具材料_由于数控机床、高效无污染切削、被加工材料硬等因素,迫使刀具材料必须更新换代,陶瓷刀具正是顺乎潮流,不断改革创新,在Al2O3陶瓷基体中添加20%~30%的SiC晶液制成晶须增韧陶瓷材料,SiC晶须的作用犹如钢筋混凝土中的钢筋,它能成为阻挡或改变裂纹扩展方向的障碍物,使刀具的韧性大幅度提高,是一种很有发展前途的刀具材料。
为了提高纯氧化铝陶瓷的韧性,加入含量小于10%的金属,构成所谓金属陶瓷,这类刀具材料具有强大的生命力,正以强劲势头向前发展,也许将来会自成一系,成为刀具材料家族新成员。
超硬刀具材料_陶瓷刀具的主要原料是Al2O3、SiO2、碳化物等,它们是地壳中最富足的资源,发展此类刀具不存在原料来源问题。
金刚石刀具
金刚石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。
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。
天然金刚石刀具目前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。
由于金刚石颗粒问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。
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。
金刚石刀具标准
金刚石刀具标准引言金刚石是一种无色晶体,硬度排名世界第一。
由于其优异的硬度和耐磨性能,金刚石被广泛用作工业材料,特别是在切削和磨削工具领域。
本文将介绍金刚石刀具的标准,包括金刚石刀具的分类、性能要求、测试方法以及标准化组织。
一、金刚石刀具的分类根据金刚石刀具的用途和结构,金刚石刀具可以分为以下几类:1.金刚石砂轮:用于磨削和抛光材料的表面,例如金属、玻璃、陶瓷等。
2.金刚石锯片:用于切割各种材料,如石材、玻璃、陶瓷、金属等。
3.金刚石钻头:主要用于钻孔,可钻取混凝土、砖石、岩石等硬质材料。
4.金刚石刀片:用于切割各类材料,如金属、玻璃、陶瓷、塑料等。
二、金刚石刀具的性能要求由于金刚石具有高硬度、高耐磨性和高热导率等特点,金刚石刀具在使用过程中需要具备以下性能:1.高硬度:金刚石刀具应具有足够的硬度,以确保在切割和磨削过程中不易磨损。
2.高耐磨性:金刚石刀具应具有出色的耐磨性能,能够承受长时间的使用而不损坏。
3.高热导率:金刚石刀具应具备良好的热导率,以便及时散热,防止刀具过热。
4.良好的切削性能:金刚石刀具应具备良好的切削性能,以确保切削效果稳定。
三、金刚石刀具的测试方法为确保金刚石刀具的质量和性能符合标准要求,需要进行相应的测试。
以下是常用的金刚石刀具测试方法:1.硬度测试:通过Vickers硬度测试仪进行硬度测试,以确定金刚石的硬度。
2.耐磨性测试:使用标准化的磨损测试设备,在一定条件下进行耐磨性测试,评估金刚石刀具的耐磨性能。
3.热导率测试:采用热导率测试仪,测试金刚石刀具的热导率,以评估其散热性能。
4.切削性能测试:使用特定的材料进行切削实验,通过切削力、表面质量等指标评估金刚石刀具的切削性能。
四、金刚石刀具标准化组织金刚石刀具的制定和管理工作需要一个专门的标准化组织来制定和推广相关标准。
以下是一些国际上常用的金刚石刀具标准化组织:1.国际电工委员会(IEC):IEC负责制定和推广有关电气、电子和相关技术的国际标准,其中包括金刚石刀具的相关标准。
金刚石的主要特点及应用
金刚石的主要特点及应用金刚石是一种由碳原子组成的同素异形体,具有许多独特的特点,使其在许多领域有重要的应用。
以下是金刚石的主要特点及应用。
1. 高硬度:金刚石是已知最硬的材料,其摩尔硬度达到10,在几乎所有物质中都具有很高的硬度,因此具有极强的耐磨性。
金刚石主要碳原子间的共价键较短且强,使其具有优秀的硬度和耐磨性。
此特点使得金刚石在切削、磨削和磨损材料的领域有广泛的应用,如刀具、磨料和磨具等。
2. 高热导率:金刚石具有良好的热导率,其热导率是铜的5倍,因此能够迅速将热量传递和散发。
这使得金刚石在高温高压、高速切削和高功率电子器件散热方面具有重要的应用,例如在钻井、切割和石墨陶瓷的切削加工中,金刚石具有优异的散热性能。
3. 高折射率:金刚石的折射率非常高,可达到2.42,使其成为最常用的光学材料之一。
使用金刚石制作的透镜和棱镜具有高透明度和优良的光学性能,广泛应用于激光、光纤通信、光学设备和高品质珠宝等领域。
4. 宽带隙:金刚石具有宽带隙,几乎没有杂质电子能级,因此具有良好的电绝缘性和高耐压性。
这使得金刚石在制造高压高功率电子器件方面有重要应用,如金刚石晶体管和金刚石二极管等。
此外,金刚石也可用作电子和电气绝缘材料,例如在微电子器件的绝缘层中应用。
5. 化学稳定性:金刚石在常温下对大多数溶剂和酸碱具有优异的稳定性,仅在高温下和氧气存在的条件下才会被氧化。
这使得金刚石在电化学、化学传感器和防腐蚀领域有重要应用,如电化学研究、化学传感器和涂层材料等。
综上所述,金刚石具有高硬度、高热导率、高折射率、宽带隙和化学稳定性等独特特点,使其在切削加工、光学、电子器件、化学传感器和防腐蚀等许多领域有广泛的应用。
金刚石的特殊性质使其成为一种重要的工程材料,推动了许多领域的科技进步和发展。
金刚石刀具用途
在数控刀具中,金刚石(60~70%)主要用来做磨具和磨料,部分做成金刚石笔或金刚石滚轮用来修整砂轮。
只有少量的用来制作切削刀具。
金刚石刀具的种类如下。
金刚石刀具1、金刚石刀具的特点(1)具有极高的硬度和耐磨性金刚石的硬度为10000HV,比硬质合金的硬度(120~1800HV)和陶瓷刀具材料的硬度(1800~2100HV)高5~8倍。
刀具的耐磨性为硬质合金的80~120倍,而人造金刚石的耐磨性,为硬质合金的60~80倍。
PCD金刚石的硬度一般为6000~9000HV,而CVD 金刚石的硬度为10000HV。
(2)有较低的摩擦系数普通硬质合金对金属的摩擦系数为0.3~0.3,金刚石对有色金属的摩擦系数为0.1~0.3.低的摩擦系数在铣削加工中能降低切削力和切削热,减少刀具的磨损。
(3)切削刃十分锋利因为金刚石刀具硬度极高,又经过精心的刃磨与研磨,不仅让刀具的表面粗糙度值很低,刀刃的钝面半径可达0.1~0.5μm。
甚至达到0.008~0.005μm,为一般刀具的钝圆半径(5~50μm)的1/1000~1/6000。
因此切削刃特别锋利,可以从工件上切下极薄的一层金属,可用来进行精密切削。
(4)很高的导热率金刚石的导热率K为2000W/(m·K),为硬质合金导热率(20.93~83.74)的24~95倍。
导热率高,更容易把切削热带走,降低切削区温度,同时允许较高的切削速度铣削。
(5)较低的热膨胀系数金刚石的热膨胀系分别为高速钢的1/9~1/12,为硬质合金的1/5~1/7.因此,不会因切削热引起刀具尺寸发生变化,非常适用与对有色金属进行高速精密切削。
2、金刚石刀具材料的性能金刚石刀具的种类(1)天然单晶金刚石天然单晶金刚石是一种各向异性的单晶体。
硬度达HV9000-10000,是自然界中最硬的物质。
这种材料耐磨性极好,制成刀具在切削中可长时间保持尺寸的稳定,故而有很长的刀具寿命。
天然金刚石刀具刃口可以加工到极其锋利。
金刚石刀具切削加工
(3) 热传导率大 金刚石是由碳原子的共价结合而成的,其热传导率在矿物 中是最大的。 由于前刀面及刃口十分光滑,其摩擦系数比其他刀具材料 小,切屑脱落较好,所以切削加工时发热量非常小。且所产生 的热量能被金刚石迅速地导入刀体材料中 。
金刚石刀具切削加工
2.金刚石刀具的制造
(1)成形 天然金刚石的标准结晶形是正八面体,但通常多为斜 方十二面体。
金刚石刀具
金刚石车床
加工4.5mm陶瓷球
金刚石车床及其加工照片
金刚石刀具切削加工
金刚石刀具切削加工
精密超精密切削加工要求刀具能够均匀地去除不大于工件加 工精度且厚度极薄的金属层或非金属层。其加工工具必须具备超 微量的切削特征,即 : 微量切除是精密加工的重要特征之一。
金刚石集力学、光学、热学、声学等众多的优异性能于一 身,具有极高的硬度和耐磨性,摩擦系数小、导热性高、 热膨胀系数和化学惰性低。天然金刚石具有无与伦比的硬 度,是精密和超精密加工的一种最佳的切削刀具材料,现在天 然单晶金刚石已经成为精密超精密切削主要刀具。
最新研究表明,为了增加刀刃的微观强度,减小破损几率,应选用微观强度最 高的(110)晶面作为金刚石刀具的前后刀面。
制作刀具时,尽可能与(111)面平行研磨并形成前刀面。
但与(111)面成平行的研磨会使加工成本过高,通常是以3º左右的倾角进行
研磨以形成前刀面和锋利的切削刃金。刚石刀具切削加工
刀具磨损对加工质量的影响
金刚石刀具切削加工
(3) 硬度高 金刚石结晶原子间的结合力非常牢固,其显微硬度值比其 他物质高许多,耐磨性是刚玉磨料的140倍左右。 金刚石的最强结晶位置是(111)面,抛光后的抗拉强度 为400~1000kg/mm2之间。 制作刀具时,尽可能与(111)面平行研磨并形成前刀面。
金刚石刀具应用范围有哪些呢?
金刚石具有极高的硬度,摩擦系数小,导热性高,热膨胀系数和化学惰性低,是制造刀具的理想材料。
那么金刚石刀具应用范围有哪些呢?
(1)难加工有色金属材料的加工
加工铜、锌、铝等有色金属及其合金时,材料易粘附刀具,加工困难。
利用金刚石摩擦系数低、与有色金属亲和力小的特点,金刚石刀具可有效防止金属与刀具发生粘结。
此外,由于金刚石弹性模量大,切削时刃部变形小,对所切削的有色金属挤压变形小,可使切削过程在小变形下完成,从而可以提高加工表面质量。
(2)难加工非金属材料的加工
加工含有大量高硬度质点的难加工非金属材料,如玻璃纤维增强塑料、填硅材料、硬质碳纤维/环氧树脂复合材料时,材料的硬质点使刀具磨损严重,用硬质合金刀具难以加工,而金刚石刀具硬度高、耐磨性好,因此加工效率高。
(3)超精密加工
随着现代集成技术的问世,机加工向高精度方向发展,对刀具性能提出了相当高的要求。
上海天然金刚石工具由于金刚石摩擦系数小、热膨胀系数低、导热率高,能切下极薄的切屑,切屑容易流出,与其它物质的亲和力小,不易产生积屑瘤,发热量小,导热率高,可以避免热量对刀刃和工件的影响,因此刀刃不易钝化,切削变形小,可以获得较高质量的表面。
金刚石刀具标准
金刚石刀具标准金刚石刀具的标准主要包括对其物理性能、制造工艺、几何参数、使用性能等方面的详细规定。
以下是一些关于金刚石刀具标准的信息:1.物理性能标准:硬度:金刚石刀具的硬度极高,约为HV10000(维氏硬度)。
导热性:PCD(聚晶金刚石)刀具的导热系数非常高,约700W/mK,有利于散热和延长刀具使用寿命。
热膨胀系数:PCD的热膨胀系数远低于硬质合金,使得在高温加工条件下仍能保持良好的尺寸稳定性,有助于提高加工精度。
2.制造工艺标准:金刚石颗粒大小:根据用途和精度要求,金刚石刀具的金刚石颗粒度可分为粗粒度、中粒度和细粒度三个级别,分别对应不同的加工应用和切削性能。
结合剂成分与含量:金刚石刀具性能受到金刚石晶粒与结合剂(如钴)含量的影响,标准会规定合适的配方比例以保证刀具的强度和耐磨性。
3.几何参数标准:刀具的前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角等几何参数都有严格的公差范围,以满足不同材料和加工方式的需求。
4.使用性能标准:刀具寿命:金刚石刀具因其优异的耐磨性和耐热性,其寿命普遍远高于硬质合金刀具,具体标准可能涉及到连续切削长度或切削次数等指标。
加工精度:根据国家或行业标准,金刚石刀具在使用过程中应能达到规定的加工精度和表面粗糙度要求。
5.国内标准:国内对于金刚石刀具的质量和生产有专门的国家标准,例如提到的“燕矶标准”是中国国家金刚石刀具生产标准的一部分,由国家和地方技术监督部门联合制定,以确保产品质量和一致性。
要了解具体的金刚石刀具标准,可以查阅相关国家标准,如GB/T系列标准,以及行业标准等官方发布的详细文档。
此外,国际上也有一些ISO标准对金刚石刀具的生产和检测进行了规定。
金刚石刀具的优点和缺点
金刚石刀具的优缺点
天然金刚石(ND)刀具 聚晶金刚石(PCD)刀具
金刚石刀具
ห้องสมุดไป่ตู้
人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具
CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具 金刚石涂层刀具
天然金刚石(ND)刀具:天然金刚石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 。采用SCD刀具配合精密车床迚行精密和超精密加工,可获得 镜面表面。 聚晶金刚石(PCD)刀具:PCD是高温超高压条件下通过钴等金属结合剂将金 刚石微粉聚集烧结合成的多晶体材料,又称烧结金刚石。聚晶金刚石刀具 整体烧结成铣刀,用于铣削加工,PCD晶粒呈无序排列状态,属各向同性, 硬度均匀,石墨化温度为550℃。刀具具有高硬度、高导热性、低热胀系数、 高弹性模量和低摩擦系数。刀刃非常锋利等特点。 人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具:为提高PCD刀片的韧性和可焊性,常将 PCD与硬质合金刀体做成人造聚晶金刚石复合刀片(PDC)。即在硬质合金基 底其表面压制一层0.5~1mm厚的PCD烧结而成。复合刀片的抗弯强度与硬 质合金基本一致,硬度接近PCD,故可以替代PCD使用。
CVD金刚石厚膜(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。 金刚石涂层刀具:金刚石涂层刀具是用CVD法直接在硬质合金(K类硬质合金) 或陶瓷等基体上沉积一层1~25μm金刚石薄膜,无解理面各向同性。薄膜涂 层刀具硬度达9800~10000HV。热导率高,室温下导热系数高达2000W/m·K, 而硬质合金刀具导热系数仅为80~100W/m·K。CVD方法金刚石可以涂层到 任何复杂形状的刀具上,这是聚晶金刚石无法拥有的最显著的优势。
金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用
金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用金刚石是碳的同素异构体,它是自然界已经发现的最硬的一种材料。
金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能,在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。
尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中,金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。
可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。
⑴金刚石刀具的种类①天然金刚石刀具:天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了,天然单晶金刚石刀具经过精细研磨,刃口能磨得极其锋利,刃口半径可达0.002μm,能实现超薄切削,可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度,是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。
②PCD金刚石刀具:天然金刚石价格昂贵,金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶金刚石(PCD),自20世纪70年代初,采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石(Polycrystauine diamond,简称PCD刀片研制成功以后,在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石所代替。
PCD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。
PCD刀具无法磨出极其锋利的刃口,加工的工件表面质量也不如天然金刚石,现在工业中还不能方便地制造带有断屑槽的PCD刀片。
因此,PCD只能用于有色金属和非金属的精切,很难达到超精密镜面切削。
③CVD金刚石刀具:自从20世纪70年代末至80年代初,CVD金刚石技术在日本出现。
CVD金刚石是指用化学气相沉积法(CVD)在异质基体(如硬质合金、陶瓷等)上合成金刚石膜,CVD金刚石具有与天然金刚石完全相同的结构和特性。
CVD金刚石的性能与天然金刚石相比十分接近,兼有天然单晶金刚石和聚晶金刚石(PCD)的优点,在一定程度上又克服了它们的不足。
⑵金刚石刀具的性能特点:①极高的硬度和耐磨性:天然金刚石是自然界已经发现的最硬的物质。
金刚石具有极高的耐磨性,加工高硬度材料时,金刚石刀具的寿命为硬质合金刀具的lO~100倍,甚至高达几百倍。
金刚石刀具材料的品种分类
金刚石刀具材料的品种分类金刚石刀具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,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需是大颗粒的(质量大於0.1g,最小径长不得小於3mm),重要用于表面粗糙度、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0.008~0.005m。
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需选择合适的方向。
由於使用条件苛刻,加上天然单晶金刚石资源有限,价格非常昂贵,所以生产上大多采纳PCD、PCD/CC和CVD金刚石刀具。
天然单晶金刚石重要用於某些有色金属的超精紧密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,目前由于高温高压技术日趋成熟,能够制备肯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很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需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,抗磨损本领也较强,可长时间保持锋利的切削刃,加工时可采纳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,且原材料来源丰富,其价格只有天然金刚石的几非常之一至十几分之一,已成为传统WC基硬质合金刀具的高性能替代品。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
金刚石刀具的独有特征
金刚石刀具现在已经是被业内公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。
那么金刚石的什么特征让“它”得到这么多“荣誉”呢?今天就给大家讲下金刚石刀具的特有特征: 1金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性:金刚石是自然界已经发现的最硬的物质;
2金刚石刀具具有很低的摩擦系数:摩擦系数低,加工时变形小,可减小切削力;
3金刚石刀具切削刃非常锋利:金刚石刀具的切削刃可以磨得非常锋利;
4金刚石刀具具有很高的导热性能:金刚石的导热系数及热扩散率高,切削热容易散出,刀具切削部分温度低。
刚石刀具现在已经是被业内公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。
那么金刚石的什么特征让“它”得到这么多“荣誉”呢?今天就给大家讲下金刚石刀具的特有特征:
1金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性:金刚石是自然界已经发现的最硬的物质;
2金刚石刀具具有很低的摩擦系数:摩擦系数低,加工时变形小,可减小切削力;
3金刚石刀具切削刃非常锋利:金刚石刀具的切削刃可以磨得非常锋利;
4金刚石刀具具有很高的导热性能:金刚石的导热系数及热扩散率高,切削热容易散出,刀具切削部分温度低。
5金刚石刀具具有较低的热膨胀系数:金刚石的热膨胀系数比硬质合金小几倍,由切削热引起的刀具尺寸的变化很小。
以上几点金刚石刀具所具有的特有特征,使的“他”成为业内“宠儿”,并且在很多很行都可以看到金刚石刀具的“身影”。
5金刚石刀具具有较低的热膨胀系数:金刚石的热膨胀系数比硬质合金小几倍,由切削热引起的刀具尺寸的变化很小。
以上几点金刚石刀具所具有的特有特征,使的“他”成为业内“宠儿”,并且在很多很行都可以看到金刚石刀具的“身影”。