2.4金刚石刀具
四大材料刀具的性能与选择
四大材料刀具的性能与选择刀具材料的发展对切削技术的进步起着决定性的作用。
本文介绍了切削中所使用的金刚石、聚晶立方氮化硼、陶瓷、硬质合金、高速钢等刀具材料的性能及适用范围。
刀具损坏机理是刀具材料合理选用的理论基础，刀具材料与工件材料的性能匹配合理是切削刀具材料选择的关键依据，要根据刀具材料与工件材料的力学、物理和化学性能选择刀具材料，才能获得良好的切削效果。
就活塞在切削加工时的刀具材料选用作了阐述。
高速钢：活塞加工中铣浇冒口、铣横槽及铣膨胀槽用铣刀，钻油孔用钻头等都为高速钢材料。
硬质合金：YG、YD系列硬质合金刀具被广泛应用于铝活塞加工的各个工序中，特别是活塞粗加工和半精加工工序。
立方氮化硼：立方氮化硼刀具被用于镶铸铁环活塞的车削铸铁环槽工序中。
同时也应用于活塞立体靠模的加工中。
金刚石：金刚石刀具可利用金刚石材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。
在切削铝合金时，PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的几十倍甚至几百倍，是目前铝活塞精密加工的理想刀具，已经应用于精车活塞环槽、精镗活塞销孔、精车活塞外圆、精车活塞顶面及精车活塞燃烧室等精加工工序中。
刀具材料性能的优劣是影响加工表面质量、切削加工效率、刀具寿命的基本因素。
切削加工时，直接担负切削工作的是刀具的切削部分。
刀具切削性能的好坏大多取决于构成刀具切削部分的材料、切削部分的几何参数及刀具结构的选择和设计是否合理。
切削加工生产率和刀具耐用度的高低、刀具消耗和加工成本的多少、加工精度和表面质量的优劣等等，在很大程度上都取决于刀具材料的合理选择。
正确选择刀具材料是设计和选用刀具的重要内容之一。
每一品种刀具材料都有其特定的加工范围，只能适用于一定的工件材料和切削速度范围。
不同的刀具材料和同种刀具加工不同的工件材料时刀具寿命往往存在很大的差别，例如：加工铝活塞时，金刚石刀具的寿命是YG类硬质合金刀具寿命的几倍到几十倍；YG类硬质合金刀具加工含硅量高、中、低的铝合金时其寿命也有很大的差别。
什么是PCD刀具
聚晶金刚石刀具聚晶金刚石刀具1．聚晶金刚石（PCD）刀具概述1.1 PCD刀具的发展金刚石作为一种超硬刀具材料应用于切削加工已有数百年历史。
在刀具发展历程中，从十九世纪末到二十世纪中期，刀具材料以高速钢为主要代表；1927年德国首先研制出硬质合金刀具材料并获得广泛应用；二十世纪五十年代，瑞典和美国分别合成出人造金刚石，切削刀具从此步入以超硬材料为代表的时期。
二十世纪七十年代，人们利用高压合成技术合成了聚晶金刚石（PCD），解决了天然金刚石数量稀少、价格昂贵的问题，使金刚石刀具的应用范围扩展到航空、航天、汽车、电子、石材等多个领域。
1.2 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80～120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。
1.3 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。
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。
金刚石工具分类及属性
金刚石工具的分类及属性Diamond Tools 金刚石工具是指用结合剂把金刚石（一般指人造金刚石）或者立方氮化硼制作成一定形状、结构、尺寸，并用于加工的工具产品。
金刚石工具如果按照用途分，可以分为金刚石磨削工具、金刚石锯切工具、金刚石刀具、金刚石钻探工具、修整工具和拉丝模等。
在上一篇《超硬磨具的分类及属性》中，这里把超硬磨具也就是金刚石磨削工具独立出来了，其余的归入本分类中。
以下是详细的分类及属性。
如图1所示，金刚石工具目前在这里被分为9个二级分类和24个三级分类。
针对产品数量众多的产品，比如金刚石锯片和，金刚石绳锯、线锯和金刚石刀具等添加了属性，对于数量少的目前只给出了商标和型号两个属性，具体如下：一、Diamond Saw Blades 金刚石锯片金刚石锯片一般是指金刚石圆锯片（Circular Saw Blades ），但金刚石带锯（Band SawBlades ）和金刚石排锯（Gang Saw Blades ）也应归属于金刚石锯片。
金刚石锯片是一种切割工具，广泛应用于石材，陶瓷等硬脆材料的加工。
金刚石锯片主要由两部分组成；基体与刀头。
基体是粘结刀头的主要支撑部分，而刀头则是在使用过程中起切割的部分。
金刚石锯片可以按照工艺分，也可按照外观或者应用分类。
在本文，这些被作为属性来定义一款金刚石锯片。
Style 外观：Continuous Rim 连续式、Contour Blade 轮廓切割、Ring Saw 环锯片、Segmented 节块式、Turbo 涡轮形、Tuck Point 开槽片、Other；Weld Type 工艺：Sintered 烧结、Brazed 焊接、Laser Brazed 激光焊接、Electroplated 电镀、Other；Diameter 直径：收集了100mm-900mm的常见金刚石锯片直径供用户选择；Sawing Condition 应用环境：Dry 干切、Wet 湿切、Wet / Dry 干湿两用；Concentration 浓度：200%、150%、125%、100%、75%、50%、25%Materials Sawed 应用材料：Asphalt 沥青、Brick 砖块、Concrete 混凝土、Granite 花岗岩、Glass 玻璃、Marble 大理石、Porcelain 瓷器、Refractory 耐火材料、Stone 石头、Slate 石板、Tile 瓷砖、Universal 通用、Other应用材料属性可以让供应商选择多个，但我们不建议每次都全选，可以根据实际情况选择，如果适用于多种材料，建议直接选择Universal 通用。
金刚石刀具生产工艺
金刚石刀具生产工艺
金刚石刀具生产工艺是指将金刚石作为刀具材料进行加工和制造的工艺流程。
金刚石是目前已知最硬的物质，具有非常优异的耐磨性，因此被广泛应用于刀具制造领域。
下面将介绍金刚石刀具生产的一般工艺流程，包括原材料准备、金刚石刀具粗加工、精加工、热处理和涂层等步骤。
首先，金刚石刀具的生产需要准备好金刚石颗粒和刀具基体材料。
金刚石颗粒可通过化学合成或天然矿石提取得到，而刀具基体材料则根据需要选择合适的金属材料，如高速钢、硬质合金等。
接下来是金刚石刀具的粗加工。
将金刚石颗粒与刀具基体进行混合后，通过高温高压的方式使金刚石颗粒牢固地固结在刀具基体上。
这一步骤通常使用烧结或镶嵌的方法进行。
然后是金刚石刀具的精加工。
通过磨削、切割、抛光等方法对已固结金刚石的刀具基体进行修整和加工，以达到所需的外形和尺寸精度。
这一步骤需要使用高精度的机床和磨具进行操作。
完成精加工后，金刚石刀具需要经过热处理来提高其硬度和耐磨性。
热处理可以通过淬火、回火等方法进行，以改善金刚石与刀具基体之间的结合强度，并使其具有更好的耐磨性能。
最后是涂层工艺。
涂层是在金刚石刀具的表面形成一层保护膜，用于提高其耐高温、耐磨和耐腐蚀等性能。
常用的涂层材料有金属氮化物、碳化物等。
涂层工艺通常采用物理气相沉积或化
学气相沉积等方法进行。
综上所述，金刚石刀具的生产工艺包括原材料准备、金刚石刀具粗加工、精加工、热处理和涂层等步骤。
通过这些工艺流程，可以制造出耐磨耐用的金刚石刀具，用于各种切削加工和磨削工艺中。
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。
精密加工技术(第三讲)
课堂作业
1，分析该金刚石刀 具的前角，后角，主 偏角，副偏角和修光 刃模式。
2，解释何为位错密度，表面残余应力，刀具的锋锐度？请 说明金刚石刀具的锋锐度对表面质量的影响。
பைடு நூலகம்
金刚石刀具的主切削刃和副切削刃之间采用 过渡刃对加工表面起修光作用。 国内：多采用直线修光刃，修光刃长度一般 取0.1～0.2mm 国外：多采用圆弧修光刃，圆弧半径 R=0.5~3mm。 金刚石刀具的主偏角用得较多的是45度。
2.4 金刚石刀具使用
1、金刚石刀具切削部分的几何形状
（2）前角和后角
•增加刀刃的强度考虑： 采用较大的刀具楔角，也就是刀具的前角、后角都取得 较小。 后角： a0 50 ~ 80 前角根据加工材料，切铝、铜合金前角取 0 0 ~ 5 0 。 •减小表面摩擦考虑：
2.4 金刚石刀具使用
1、普通车刀几何形状
前角：在正交平面 内，基面与前刀面 之间的夹角。
o
后角：在正交平面内， 切削平面与主后刀面 之间的夹角。
正交平面参考系
2.4金刚石刀具使用
1、普通车刀几何形状
后 角
前 角
正交平面参考系 主偏角 副偏角
2.4 金刚石刀具使用
2、金刚石刀具几何形状
（1）刀头形式
2.5 刀刃锋锐度对切削变形和加工表面质量的影响
四、刀刃锋锐度对加工表面残留应力的影响
1）刃口半径越小，残留应力越低； 2）背吃刀量越小，残留应力越小，但当背吃刀量减小 到临界值时，背吃刀量减小，残留应力增大。
三、表面层残余应力 定义：去除外力和热源作用后,零件内部自身 平衡的应力，称残余应力。 残余应力的成因： （一）局部温升过高引起的热应力 *材料在高温下，处于塑性状态，因温度升高 体积膨胀而发生塑性流动； *材料在低温下，处于弹性状态，因温度降低 体积减小而发生收缩，受下层材料的限制， 发生弹性变形，形成残余应力。
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。
目前常用的切削刀具的材料
目前常用的切削刀具的材料刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。
使用碳工具钢作为刀具材料时，切削速度只有10m/min左右；20世纪初出现了高速钢刀具材料，切削速度提高到每分钟几十米；30年代出现了硬质合金，切削速度提高到每分钟一百多米至几百米；当前陶瓷刀具和超硬材料刀具的出现，使切削速度提高到每分钟一千米以上；被加工材料的发展也大大地推动了刀具材料的发展。
1 刀具材料应具备的性能性能优良的刀具材料，是保证刀具高效工作的基本条件。
刀具切削部分在强烈摩擦、高压、高温下工作，应具备如下的基本要求。
1.1 高硬度和高耐磨性刀具材料的硬度必须高于被加工材料的硬度才能切下金属，这是刀具材料必备的基本要求，现有刀具材料硬度都在60HRC以上。
刀具材料越硬，其耐磨性越好，但由于切削条件较复杂，材料的耐磨性还决定于它的化学成分和金相组织的稳定性。
1.2 足够的强度与冲击韧性强度是指抵抗切削力的作用而不致于刀刃崩碎与刀杆折断所应具备的性能。
一般用抗弯强度来表示。
冲击韧性是指刀具材料在间断切削或有冲击的工作条件下保证不崩刃的能力，一般地，硬度越高，冲击韧性越低，材料越脆。
硬度和韧性是一对矛盾，也是刀具材料所应克服的一个关键。
1.3 高耐热性耐热性又称红硬性，是衡量刀具材料性能的主要指标。
它综合反映了刀具材料在高温下保持硬度、耐磨性、强度、抗氧化、抗粘结和抗扩散的能力。
1.4 良好的工艺性和经济性为了便于制造，刀具材料应有良好的工艺性，如锻造、热处理及磨削加工性能。
当然在制造和选用时应综合考虑经济性。
当前超硬材料及涂层刀具材料费用都较贵，但其使用寿命很长，在成批大量生产中，分摊到每个零件中的费用反而有所降低。
因此在选用时一定要综合考虑。
2 常用刀具材料常用刀具材料有工具钢（包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢）、硬质合金、陶瓷和超硬刀具材料，目前用得最多的为高速钢和硬质合金。
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。
超精密切削加工与金刚石刀具(精密加工
2.5 切削刃锋锐度对切削变形、加工表面质量的影 响
三、切削刃锋锐度对切削变形和切削力的影响
2021/5/1
锋锐车刀切削变形系数明显低于 较钝的车刀。 刀刃锋锐度不同，切削力明显不 同。刃口半径增大，切削力增大， 即切削变形大。背吃刀量很小时， 切削力显著增大。因为背吃刀量很 小时，刃口半径造成的附加切削变 形已占总切削变形的很大比例，刃 口的微小变化将使切削变形产生很 大的变化。所以在背吃刀量很小的 精切时，应采用刃口半径很小的锋 锐金刚石车刀。
(FN ) Ff cos FP sin
A点为极限临界点，极限最小切削厚度 hDmin 应为
hDmin rn(1 cos ) rn1
2021/5/1
第2章 超精密切削与金刚石刀具
2.1超精密切削时刀具的切削速度、磨损和耐用度 2.2超精密切削时积屑瘤的生成规律 2.3切削参数变化对加工表面质量的影响 2.4刀刃锋锐度对切削变形和加工表面质量的影响 2.5超精密切削时的最小切削厚度 2.6金刚石刀具晶面选择对切削变形和加工表面质
2021/5/1
2.2 超精密切削时刀具的磨损和寿命
后刀面 前刀面
2021/5/1
图2-2：切削刃正常磨损；
图 2-3 ： 图 a 是 刀 刃 磨 损 的 正常情况，图b是剧烈磨损 情况，可以看到磨损后成 层状，即刀具磨损为层状 微小剥落；
图2-4：图中所示沿切削速 度方向出现磨损沟槽，由 于金刚石和铁、镍的化学 和物理亲和性而产生的腐 蚀沟槽；
2.3 超精密切削时积屑瘤的生成规律
2、进给量f和背吃刀量 p的影响
• 由图2-7可以看出在进给量很小时，积屑瘤的高度很大，在 f＝5μm/r时，h0值最小，f值再增大时，h0值稍有增加。
数控刀具材料的选用
⑶很低的摩擦系数。金刚石与一些有色金属之间的 摩擦系数比其他刀具都低，通常在0.1～0.3之间，摩 擦系数低，导致加工时变形小，可减小切削力。 ⑷切削刃非常锋利。切削刃钝圆半径一般可达0.1～ 0.5 m。天然单晶金刚石刀具可高达0.002～0.008 m。因此，天然金刚石刀具能进行超薄切削和超精 密加工，称“镜面切削”。
（p135）
2.1.2切削刀具材料与加工对象的物理性能匹配
主要是指刀具与工件材料的熔点、弹性模量、导 热系数、热膨胀系数、抗热冲击性能等物理性能参数 要相匹配。 加工导热性差的工件时，应采用导热较好的刀具 材料，以使切削热得以迅速传出而降低切削温度。金 刚石的导热系数为硬质合金的1.5～9倍，为铜的2～6 倍。由于导热系数及热扩散速率高，切削热容易散 出，故刀具切削温度低。
（p151）
金刚石薄膜涂层刀具适宜和不适宜加工的材料
（p154）
2.2.4 金刚石刀具的刃磨
PCD刀具的硬度一般在4500～8000HV之间， 其刃磨问题是PCD刀具成功应用的关键。目前有两 种常用刃磨方法： ⑴金刚石砂轮刃磨法。 ⑵电蚀刃磨法。电蚀刃磨是将工件（PCD刀具）和 电蚀轮形成正负电极，通过正负电极间放电，达到 去除PCD的效果。 金刚石刀具的刃磨一般采用树脂、陶瓷和金属 结合剂的金刚石砂轮。在满足刀具刃口加工质量的 前提下，应选择较粗粒度的砂轮。
1.7硬质合金刀具
1.7.1 硬质合金刀具的种类
金刚石刀具
金刚石的刀具发展与技术侯文文0840202211摘要：本文主要对金刚石刀具的分类、加工方法、金刚石刀具的发展现状及应用领域作了简单的介绍，对聚晶金刚石刀具的刃磨技术作了详细的研究分析。
1、引言：随着现代加工制造业对高速切削加工的要求不断提高，对于各种难切削复合材料、工程陶瓷材料等，传统的切削加工刀具已不能满足高速切削的需要，而超硬切削刀具是解决以上问题的有效手段，其中，金刚石刀具的应用较为广泛。
金刚石具有极高的硬度、良好的耐磨性和导热性、低摩擦系数和热膨胀系数，在现代切削加工中体现出难以替代的优越性，被誉为当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。
目前，金刚石刀具在机械加工中的应用日渐普及，已成为现代材料加工中不可或缺的重要工具。
2、金刚石刀具的基本介绍2.1 天然金刚石(ND)刀具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。
2.2 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。
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。
金刚石的特点和用途有哪些
金刚石的特点和用途有哪些金刚石是一种非常重要的材料，具有独特的特点和广泛的用途。
下面将详细介绍金刚石的特点和用途。
1. 特点：1.1 高硬度：金刚石是地球上最硬的物质，硬度达到10级。
这使得金刚石具有出色的耐磨性，能够耐受高速磨削和切割。
1.2 高热导率：金刚石具有很高的热导率，可以迅速将热量传导出去，防止材料因高温而变形或烧损。
1.3 高化学稳定性：金刚石在常温下非常稳定，不被大多数化学品侵蚀或溶解。
这使得金刚石成为一种抗腐蚀材料，可以用于各种恶劣的工作环境。
1.4 低摩擦系数：金刚石具有极低的摩擦系数，能够降低摩擦损失和热量的产生，提高机械传动效率。
1.5 高抗压强度：金刚石具有很高的抗压强度，可以承受较大的压力和冲击负荷。
2. 用途：2.1 磨料领域：金刚石被广泛应用于磨料领域，用于切割、打磨、抛光和修整各种材料，如金属、陶瓷、玻璃、混凝土、石材等。
金刚石磨料具有良好的耐磨性和高效的磨削能力，可以提高加工效率和产品质量。
2.2 切割及切割工具：金刚石切割工具广泛应用于石材、混凝土、陶瓷、玻璃等材料的切割加工。
金刚石刀片、金刚石线锯等工具具有高效切割和平稳切割的特点。
2.3 电子领域：金刚石具有优异的电绝缘性能和高热导率，被广泛应用于半导体、光电子器件和高功率电子器件中。
金刚石材料的高热导率可有效散发器件产生的热量，确保器件的稳定工作。
2.4 钻石工具：金刚石被广泛应用于制造各种金刚石工具，如金刚石刀具、金刚石钻头、金刚石磨头等。
金刚石是一种理想的切削工具材料，具有高硬度和耐磨性，可以提高工具的寿命和加工精度。
2.5 防护领域：金刚石材料具有极高的硬度和抗冲击性能，可用于制造防弹玻璃、防化服和抗弹衣等防护装备，提供更有效的保护。
2.6 石墨化学领域：金刚石可以通过高温高压处理石墨而得到，石墨化学领域的金属附着剂可以通过金刚石刀具获得更好的附着效果。
2.7 高温高压领域：金刚石可以在高温高压条件下保持稳定，并被用于制造高温高压细胞和高温高压密封件。
金刚石刀具篇，你要找的这里都有——天然钻石刀具、人造钻石刀具等
金刚石刀具篇，你要找的这里都有——天然钻石刀具、人造钻石刀具等以金刚石为代表具有硬度很高的物质，统称为超硬材料，金刚石是当之无愧的超硬材料，是目前发现的最硬的工具材料。
超硬材料刀具——金刚石刀具是由超硬材料金刚石为主要切削部分制作的，是人类生产工具中的一种先进工具，特别是现代制造业，金刚石刀具以其超凡的锋利和性能为制造业创造了很高的生产率！金刚石刀具种类金刚石刀具的种类多种多样，常见的分类方式有按照刀具材料和刀具结构应用。
1、按照刀具材料和制造工艺划分，可以分为单晶金刚石刀具和聚晶金刚石刀具，天然金刚石刀具和人造金刚石刀具，其中单晶金刚石刀具有天然钻石刀具和人造单晶钻石刀具（高温高压合成和CVD合成），人造金刚石刀具又分为人造单晶钻石刀具、聚晶金刚石刀具、CVD金刚石涂层刀具等。
天然钻石刀具、人造单晶钻石刀具、聚晶金刚石刀具（PCD刀具）、CVD金刚石刀具等。
2、按照刀具结构来分，主要有车刀、数控刀片、铣刀、轮廓刀、倒角刀、切槽刀。
（单晶车刀、刀片所配备的机床为单点金刚石车床或其他精密车床；铣刀、倒角刀类常搭载CNC雕铣机或加工中心。
）金刚石刀具材料单晶金刚石刀具有天然和人造两种，天然单晶金刚石数量少，价格昂贵，主要用于光学行业如眼镜、光学镜头、数码电子光学配件、汽车光学系统、航天特殊飞行眼镜等，以及某些有色金属的超精密切削加工中。
人造单晶金刚石具备与天然单晶金刚石相同的结构而且有与之相媲美的性能，同时成本相对天然金刚石低廉，具有广泛的工业应用和商业前景，主要用于有色金属的超精密切削、亚克力领域以及要求高光效果的机加工中。
（1）天然金刚石（ND）：天然金刚石约98%属于Ia型氮[N]（~2500ppm）天然金刚石的形成大部份是在至少25亿年的岩石中产生，而且大约在140~200公里的地底下形成，在这个深度下的强大压力(每平方基叶150万磅）和极高温度（约2800℃)造成稀有的碳原子紧密的聚集在一起，而形成的晶体结构。
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单晶金刚石
天然单晶金刚石具有优异的特性，虽然价格较贵 但被公认为理想的、无法代替的超精切刀具材料 人造金刚石1954年美研
制成功，细颗粒(制砂
轮)→聚晶金刚石→大 颗粒单晶金刚石。
大颗粒人造单晶金刚石
是在超高压(500MPa) 高温(1300℃)下由子晶
金刚石刀具的研磨加工
粗研
一颗单晶金刚石毛坯，要做成精密刀具，先 要晶体定向，确定前后刀面位置，确定需磨去的部分。
仔细检查内部有无缺陷。采用高速旋转铸铁盘加金刚
石微粉进行粗研磨。费时很长，要研究提高其效率， 找准好磨方向，压力9～12N，先用较粗再用细的微粉
精研
是制造金刚石刀具的关键工序，主要考虑提 高研磨质量，使切削刃更锋利。研磨盘小圆周处加细
微粉用于精研，采取逆磨，即沿刃口指向刀体内的方
向研磨，切削刃承受压应力，得到锋利完好的刃口。
不重磨精密金刚石刀具
金刚石刀具的制造研磨及用钝重磨，是一项
保密性很强，难度很大的技术。国外多数使
用厂不自己磨刀，用钝后送回制造厂重磨。
国外有些公司推出一次性使用不重磨的精密
金刚石刀具。使用小颗粒金刚石，价格便宜。
5.金刚石刀具设计的主要问题
优选切削部分的几何形状
前后刀面选择最佳晶面
确定刀具结构及金刚石的固定方法
金刚石刀具切削部分的几何形状
国内多用 直线修光 刃，制造 容易，但
要求对刀
良好，修 光刃应严
格与进给
方向一致
金刚石刀具切削部分的几何形状
国外多用圆弧修光刃，对刀容易使用方便，但
制造研磨费事。推荐圆弧半径R=0.5～1.5mm
为了充分发挥金刚石刀具的切削性能和保证
加工质量，设计和制造金刚石刀具时须正确
选择晶体方向。
金刚石晶体定向方法有：
1.人工目测定向
适于优质规整晶体，方便精度低
2.X射线晶体定向
3.激光晶体定向
X光衍射图像精度高价高有害健康
价格低1/10,操作简便足够的精度
金刚石晶体的激光定向
利用金刚石在不同晶面上对激光反射形成的 衍射图像不同而进行定向。
100晶面的激光衍射图像
垂直(100)晶面的轴称为4次对称轴 垂直(111)晶面的轴称为3次对称轴
垂直(110)晶面的轴称为2次对称轴
110晶面的激光衍射图像
金刚石的三个重要晶面
（100）晶面:正方形，三个面，三根四次对称轴；
（111）晶面:三角形，八个面，四根三次对称轴； （110）晶面: 菱形，六个面，六根二次对称轴
金刚石钎焊在硬质合金刀片上，用螺钉夹固 在车刀刀杆上。金刚石由制造厂磨得很锋利， 使用厂用钝后不再重磨。
生长而成。
2.金刚石的晶体结构
金刚石晶体属于立方晶系，天然单晶多为
8面体和12面体，人造单晶常为6面体８面
体和12面体 金刚石晶体具有各向异性和解理现象，不 同晶向的物理性能相差很大。 金刚石晶体有三个主要晶面:（100）（110） （111）。
金刚石晶体的晶轴
111晶面的激光衍射图像
3.金刚石各晶面的好磨难磨方向
不同晶面耐磨性不同，且同一晶面上不同方向率来表示。
110
100 111
在高磨削率方向，(100):(111):(110)=5.8:1:12.8
对金刚石研磨时，各晶面均有 “好磨”和“难磨”方向
4.正确选择金刚石晶体方向
金刚石刀具结构
常把金刚石固定在小刀头上，小刀头用螺钉压板固定
在刀杆上，也有将金刚石直接固定在车刀刀杆上。
金刚石在刀头上的固定方法
1.较大颗粒的金刚石上下面磨平用压板固定在小刀头上 2.粉末冶金法固定 3.粘接或钎焊固定 金刚石放在合金粉末中，加压真空 粘接剂固定强度不高，金刚石易掉， 烧结，使金刚石固定在小刀头内。应用较多价格较高 钎焊法固定较好，钎料配方及工艺处于研究阶段。
四、金刚石刀具
超精密加工的重要特征是超微量切除，背吃刀量可在 0.75μm以下，相当于从材料晶格上逐个地去除材料， 只有切削力超过晶体内部的原子结合力才能产生切削 作用，而加工极限又受刀具刃口圆弧半径的限制。 1. 超精密切削对刀具的要求 1)极高的硬度、耐磨性和极高的弹性模量； 2)刃口能磨得极其锋利，刃口半径ρ 值极小； 3)刀刃无缺陷，以得到超光滑的镜面； 4)与工件材料的抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦
三个晶面的实际面网密度之比为: （100）:（110）:（111）=1:1.414:2.308
金刚石晶体（111）晶面硬度和耐磨性最高
金刚石的解理现象
由固体物理学理论知，原子密度较大的晶面 之间的距离也较大，面间原子结合力弱，受 力时可沿平行该面方向平整的劈开，该现象 称为解理现象。
金刚石晶体可沿解理面 (111)平整的劈开两半 研究表明金刚石的破 损磨损主要形式是微 观解理。
金刚石晶体的面网及原子排列形式
晶体内部分布有原子的面叫作晶面，也称面网
面网上原子排列形式、原子排列密度及面网间的 距离不同将造成晶体的不同晶向性能差异甚大。 三个重要晶面的原子排列形式—最小单元
金刚石晶体的面网密度及面网距
面网的单位面积上的原子数称为面网密度
三个晶面的面网密度之比为 : (100)(110)面网的分布是均匀的， (111)面网间 距一宽一窄交替看成加厚面网，宽间距即 (111)面间距 （100）:（110）:（111）=1:1.414:1.154
金刚石刀具前后刀面晶面的选择
国外制造的金刚石刀具，前、后刀面有选用
（100）晶面，也有选用（110）晶面，介绍
不详。 国内制造的金刚石刀具，一般前、后刀面都采 用（110）晶面（±３°)，研磨效率高，容易
磨出锋利的刀刃。也有推荐（100)晶面，认为
摩擦系数小，刀刃微观强度高，微崩刃机率小
金刚石刀具结构及金刚石固定方法