金刚石切削
金刚石砂轮的切削参数
金刚石砂轮的切削参数金刚石砂轮是一种常用的切削工具，广泛应用于金属加工、石材加工、玻璃加工等领域。
它具有硬度高、耐磨性好、切削效率高等特点，在各行业中都有着重要的作用。
然而，要正确使用金刚石砂轮，合理选择切削参数是非常重要的。
切削参数是指在使用金刚石砂轮进行切削时，所设置的一些关键参数，包括切削速度、进给量、切削深度等。
这些参数的选择直接影响到切削效果和工件的加工质量。
下面将对金刚石砂轮的切削参数进行详细介绍。
首先是切削速度。
切削速度是指金刚石砂轮在切削时的线速度，通常用米/分钟来表示。
切削速度的选择应根据工件材料的硬度、加工方式以及金刚石砂轮的规格等因素来确定。
一般来说，对于硬度较高的材料，如高速钢、硬质合金等，应选择较低的切削速度；而对于硬度较低的材料，如铸铁、铝合金等，可以选择较高的切削速度。
此外，还应考虑到金刚石砂轮的规格和结构，以及加工过程中是否需要进行冷却等因素。
其次是进给量。
进给量是指金刚石砂轮在单位时间内对工件的切削量，通常用毫米/转来表示。
进给量的选择应根据工件材料的硬度、切削速度以及加工方式等因素来确定。
一般来说，对于硬度较高的材料，应选择较小的进给量；而对于硬度较低的材料，可以选择较大的进给量。
此外，还应考虑到金刚石砂轮的规格和结构，以及加工过程中是否需要进行冷却等因素。
再次是切削深度。
切削深度是指金刚石砂轮在每次切削中所去除的工件材料厚度，通常用毫米来表示。
切削深度的选择应根据工件材料的硬度、切削速度以及金刚石砂轮的规格等因素来确定。
一般来说，对于硬度较高的材料，应选择较小的切削深度；而对于硬度较低的材料，可以选择较大的切削深度。
此外，还应考虑到金刚石砂轮的规格和结构，以及加工过程中是否需要进行冷却等因素。
此外，还有一些其他影响金刚石砂轮切削效果的因素，如冷却液的选择和使用、金刚石砂轮与工件之间的接触压力等。
冷却液可以有效降低金刚石砂轮和工件的温度，减少摩擦和磨损，提高切削效率和加工质量。
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。
金刚石刀具刃口的钝化原理
金刚石刀具刃口的钝化原理
金刚石刀具在使用过程中，刃口会因为摩擦、磨碎等原因产生钝化。
钝化是指金刚石刀具刃口表面的结晶体被摩擦或磨碎，使其变得平滑，失去了切割或磨削的锋利度。
钝化主要有以下几个原理：
1. 疲劳磨损：刃口在使用过程中受到不断的摩擦和压力作用，使得金刚石结晶体出现裂纹、磨损等现象，最终导致刃口变钝。
2. 磨粒堆积：在切削或磨削过程中，金刚石刀具表面随着磨粒和被加工材料的摩擦，磨粒会聚集在刃口处，形成一层摩擦层，阻碍了新的磨削过程，导致刃口钝化。
3. 焊接磨损：在高温和高压下，金刚石刀具的刃口可能与被加工材料发生焊接现象，使金刚石结晶体受到严重的热变形和应力，导致刃口钝化。
4. 渗碳作用：金刚石刀具在高温和高压下，被加工材料中的元素可能渗透进入金刚石结晶体内部，与金刚石发生化学反应，改变其晶格结构，使刃口变得钝化。
总之，金刚石刀具刃口钝化是由于摩擦、磨碎、疲劳、热变形等因素的综合作用而导致的。
为了延长金刚石刀具的使用寿命，需要定期对刃口进行磨削、修复和保养。
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。
金刚石精密切削的定义
金刚石精密切削的定义1. 引言说到金刚石，大家可能第一反应就是“哇，那个超闪的钻石！”但其实，金刚石不仅仅是用来装饰的，咱们还可以把它用在切削加工上。
没错，金刚石精密切削就是这门绝活儿，它可以把金刚石这种硬得跟铁一样的材料，变得细腻无比，真是牛得不行啊。
2. 金刚石的特性2.1 硬度无敌首先，金刚石的硬度可以说是世界上数一数二的，连钢铁都甘拜下风，简直是“坚不可摧”的代名词。
想象一下，用它来切削其他材料，那简直是如鱼得水，游刃有余，省力又省心。
2.2 耐磨性极强除了硬度，金刚石的耐磨性也是一流的。
就像老话说的“磨刀不误砍柴工”，用金刚石切削工具，不仅能保持锋利，还能大大延长使用寿命，真是“一举两得”的好选择。
3. 精密切削的定义3.1 何谓精密切削那么，什么是精密切削呢？简单来说，就是通过高精度的切削工具对材料进行精准加工。
这可不是简单的“咔嚓”一声，而是需要科学的技术和工艺来确保每个细节都到位，完美无瑕。
3.2 金刚石在精密切削中的应用金刚石在这方面可是个大明星！它不仅能处理金属，还能处理玻璃、陶瓷等硬材料，简直是“全能型选手”。
想想看，车床上转动的金刚石刀具，切割出完美的形状，那种感觉，简直让人拍手叫好，心中默默赞叹。
4. 优势与应用4.1 效率提升用金刚石进行精密切削，可以大幅提升加工效率。
因为它的切削速度快，切削温度低，不容易变形，真是“马到成功”的好帮手。
这样一来，企业不仅能节省时间，还能降低成本，真是一箭双雕。
4.2 广泛应用这项技术的应用可谓是遍地开花，无论是汽车、航空，还是电子产品，都能看到它的身影。
比如说，在手机屏幕的加工中，金刚石切削让屏幕边缘光滑得像丝绸一样，手感超赞。
5. 未来发展5.1 技术创新随着科技的发展，金刚石精密切削的技术也在不断创新。
新材料、新工艺层出不穷，让切削的精度和效率都在不断提高，未来可期啊！。
5.2 市场前景相信随着对高品质产品的需求增加，金刚石精密切削的市场前景会越来越广阔。
模具钢的单点金刚石切削技术
Methods proposed to reduce tool wear during diamond cutting of steel: cut in carbon saturated atmosphere cryogenic cutting ultrasonic vibration assisted cutting intermittent cutting thermal-chemical modification of surface layer
The objectives of this project:
to introduce the technology of diamond machining of steel into our manufacturing process
to build up corresponding quality control system to ensure quality
Raster milling of freeform surface
5-axis setup of the machine tool
The diamond tool is rotated around the spindle axis while the workpiece is fixed.
Schematic illustration of raster milling process
Hardened steel parts machined by ultrasonic vibration cutting
When a diamond tool is actuated in a plane by two sinusoidal waves x(t), y(t), x (t) = a cos (2πft) y (t) = b cos (2πft+φ) it will moves in an elliptical path.
第二章 金刚石刀具精密切削加工
复习晶体结构
晶格模型
面心结构
晶体结构指晶体内部原子规则排列的方式.晶体结构不同， 其性能往往相差很大。为了便于分析研究各种晶体中原子 或分子的排列情况，通常把原子抽象为几何点，并用许多 假想的直线连接起来，这样得到的三维空间几何格架称为 晶格。
晶胞
Z
晶胞
c
b Y
a
X
晶格常数 a ， b， c
人造单晶金刚石刀具 金刚石刀具 PCD刀具
多晶金刚石刀具
CVD金刚石薄膜涂层刀具
CVD金刚石刀具 金刚石厚度膜焊接刀具
金刚石刀具的性能特点
极高的硬度和耐磨性：硬度达HV10000，是自然界最硬的物质， 具有极高的耐磨性，天然金刚石耐磨性为硬质合金80-120倍，人 造金刚石耐磨性为硬质合金60-80倍。 各向异性能：单晶金刚石晶体不同晶面及晶向的硬度、耐磨性能 、微观强度、研磨加工的难易程度以及与工件材料之间的摩擦系 数等相差很大，因此，设计和制造单晶金刚石刀具时，必须进行 晶体定向。
二、典型机床简介
Pneumo 公司的MSG-325超精密车床
采用T形布局，机床空气主轴的径向圆跳动和轴向 跳动均小于等于0.05μm。床身溜板用花岗岩制造，导 轨为气浮导轨；机床用滚珠丝杠和分辨率为0.01μm的 双坐标精密数控系统驱动，用HP5501A双频激光干涉仪 精密检测位移。
DTM-3大型超精密车床
分为：液体静压和空气静压
供油压力恒定的液体静压轴承
主轴始终悬浮 在高压油膜上
液体静压轴承与气压轴承
1、液体静压轴承主轴
优点
回转稳定性好 刚度高 无振动
缺点
回转运动有温升 回油时有空气进入油源 注：空气静压轴承原理与静
金刚石的三大用途是什么
金刚石的三大用途是什么金刚石是一种由碳元素构成的矿物，具有非常高的硬度和热导率。
由于其独特的物理特性，金刚石被广泛应用于各个领域。
下面将介绍金刚石的三大主要用途。
一、工业用途：1. 切割和磨削工具：由于金刚石的硬度非常高，因此金刚石常常被用作切割和磨削工具的刀片或磨具。
例如，金刚石切割片广泛用于切割石材、金属和混凝土等硬材料。
金刚石磨具被用于磨削和抛光工艺，能够提供高质量的表面光洁度。
2. 钻石工具：金刚石是唯一能够切削钻石的材料，因此金刚石常被用于制作钻石工具，如金刚石钻头、钻石刀片和钻石锉等。
这些工具在采矿、建筑和制造业中广泛应用，用于切割和加工各种材料。
3. 磨料粉末：金刚石经过粉碎和筛分后可以制成金刚石磨料粉末，被用作高效磨料材料。
金刚石磨料粉末被广泛应用于磨削、抛光和研磨工艺中，用于加工金属、陶瓷、宝石和玻璃等材料。
二、宝石用途：1. 珠宝饰品：金刚石被誉为“永恒的珠宝”，因为它的硬度、光泽和稀有性质使其成为珠宝饰品中的顶级宝石。
金刚石可以被切割成各种形状，用于制造戒指、项链、耳环等珠宝饰品，常常作为婚庆和重要场合的礼物。
2. 工业用金刚石：由于金刚石的硬度和热导率，其在工业上也被用作工具材料，如金刚石刀、钻头和磨具等。
这些金刚石工具具有超强的切削和磨削能力，能够有效加工硬材料，在工业生产中有广泛的应用。
三、高科技用途：1. 电子设备：金刚石在电子设备中有广泛的应用。
由于金刚石的热导率非常高，它被用作高功率电子器件的散热材料，如高性能电脑芯片和激光二极管等。
2. 光学器件：金刚石具有卓越的光学性能，因此被广泛应用于光学器件中。
例如，金刚石被用作激光器的光学腔体、光学窗口和束流器等。
金刚石的高透明度和硬度使其成为高品质光学器件的理想材料。
3. 陶瓷加工：金刚石也被用于陶瓷加工中。
由于其硬度高、耐磨性好，金刚石被用作陶瓷刀片，用于切割和加工陶瓷制品。
总结起来，金刚石的三大主要用途包括工业用途、宝石用途和高科技用途。
金刚石刀具的正确使用
金刚石刀具的正确使用时间:2010-04-19 09:17来源:未知作者:admin 点击:145次金刚石刀具是指用天然单晶金刚石(nd)及性能与之相近的人造金刚石(pcd)作成切削部分的刀具。
用金刚石刀具加工铜、铝等有色金属和非金属耐磨材料时特别有效,其切削速度可比硬质合金高一个数量级(例如铣削铝合金的切削速度为3000～4000m/min,高的甚至可达7000m/min),刀具寿命比硬质合金高几十、甚至几百倍。
金刚石刀具过去主要用于精加工,近十几年来由于改进了人造金刚石的生产工艺,控制了原料纯度和晶粒尺寸,采用了复合材料和热压工艺等,应用范围不断扩大,除适合于一般的精加工和半精加工外,还可用于粗加工。
金刚石刀具的硬度极高、耐磨性好、刃口锋利、刃部表面粗糙度值小、摩擦因数低、抗粘结性好和热导率高,切削时不易粘刀及产生积屑瘤,加工表面质量好。
加工有色金属时,表面粗糙度值可达rz=0.1～0.05μm,加工精度可达it6～it5,能有效地加工非铁金属材料和非金属材料,如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、未烧结的硬质合金、各种纤维和颗粒加强的复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨木材(尤其是实心木和胶合板、mdf等复合材料)。
但金刚石刀具的韧性差,热稳定性低,与铁族元素接触时有化学反应,在700～800℃时将碳化(即石墨化),一般不适于加工钢铁材料。
1.金刚石刀具的类型目前生产上常用的金刚石刀具有四类:人造聚晶金刚石(pcd)刀具、人造聚晶金刚石复合片(pcd/cc)刀具、金刚石材料涂层刀具以及电镀金刚石刀具。
其中,以前两类刀具使用最多。
它们通常是先制成刀片,然后采用粘接、镶焊或机夹方式固定在刀柄或刀体上使用。
金刚石刀具可用于制造车刀、镗刀、铣刀、钻头、铰刀、成形刀和切齿刀等刀具。
(1)pcd刀具pcd又称金刚石烧结体,它是在高温、高压下,通过钴等金属结合剂将许多人造金刚石的单晶粉聚晶成的多晶体材料。
金刚石单晶刀具切削镁铝合金磨损分析
金刚石单晶刀具切削镁铝合金磨损分析金刚石具有硬度高、耐磨性好、强度高、导热性好、与有色金属摩擦系数低、抗黏结性好以及优良的抗腐蚀性和化学稳定性，金刚石工具因其结合强度高、成型性好、使用寿命长、能够满足高速磨削和超精密磨削技术的要求等优良特性，所以，在机械加工领域金刚石刀具得到了广泛的应用。
在金刚石加工材料的过程中，刀具的前后刀面不断与工件接触，两者之间强烈的挤压和摩擦在接触区里发生，因此，接触区里有很高的温度和压力。
随着切削的进行，刀具的前后刀面会逐渐发生磨损现象，使切削能力被削弱，从而导致了刀具的失效。
一般情况下，刀具的磨损过程可以按3个阶段来划分：①初期磨损阶段。
②正常磨损阶段。
③急剧磨损阶段。
随着金刚石单晶刀具用量的增大，对金刚石单晶刀具的磨损情况的分析研究也越来越多，研究发现金刚石单晶刀具主要磨损机理有以下几种：①机械磨损。
②粘结磨损。
③扩散磨损。
④氧化磨损。
⑤石墨化磨损。
镁铝合金具有比强度高、密度小、耐腐蚀、可回收、导热性好及可薄壁成型等诸多优点，在计算机、通信、仪器仪表、家电、医疗及轻工等行业得到了广泛应用。
同时镁铝合金属于软金属，在高速切削时，容易粘结刀具，使其表面形成积屑瘤，所以当加工表面的质量要求较高时，要求选用金刚石刀具来切削镁铝合金。
然而国内外有关金刚石单晶刀切削镁铝合金的研究比较少，特别是对磨损机理方面的研究较少，而这对金刚石单晶刀具加工镁铝等软金属来说是很重要的。
本文选择镁铝合金为被加工材料，以人工合成的金刚石为材料制备金刚石单晶刀具，来加工镁铝合金，分析刀具的磨损情况，来研究金刚石单晶加工镁铝合金的磨损机理。
1. 金刚石单晶刀具的制备和镁铝合金的选择本试验选择的金刚石是台钻科技（郑州）有限公司在高温高压下生长的八面体金刚石单晶颗粒，其晶形完整，颜色为浅黄色、透明，材质纯净，20倍显微镜下可观察到内部无缺陷，用激光切割机来切割得到金刚石单晶片，然后选用金刚石的（100）晶面和（110）晶面，分别作为金刚石刀具的前和后刀面的制备材料，用钎焊的方法将金刚石单晶片牢固地装夹在刀杆上，再对刃口锋锐的金刚石刀具进行加工，一般包括粗磨加工和精磨加工，最终得到所需的刀具。
超精密切削加工主要指金刚石刀具的超精密切削
超精密切削加⼯主要指⾦刚⽯⼑具的超精密切削超精密切削加⼯主要指⾦刚⽯⼑具的超精密切削。
超精密切削的⼯作机理：普通的切削的切削深度⼀般远⼤于材料晶粒的尺⼨，切削加⼯以数⼗计的晶粒团为加⼯单位，在切削⼒的作⽤下从基体上去除⾦属。
⽽超精密加⼯的切削层很薄或尺⼨很⼩，切削深度和进给量必然很⼩，特别是亚微⽶和纳⽶级的超精密切削，切削深度通常⼩于材料晶粒直径，使的切削只能在晶粒内部进⾏。
超精密切削时的切削⼒的特征为：切削⼒微⼩，单位切削⼒很⼤，切削⼒随着切削深度的减⼩⽽增⼤，⽽在切深很⼩时切削⼒却急剧上升。
超精密切削加⼯的特点与应⽤（1）单位切削⼒⼤实现纳⽶级的超精密加⼯的物理实质是切断材料的分⼦、原⼦间的结合，实现原⼦或者分⼦的去除，因此切削⼒必须超过晶体内部的分⼦、原⼦结合⼒。
（2）切削温度由于超精密切削的切削⽤量极⼩以及⾦刚⽯⼑具和⼯件材料具有的⾼导热性，因此超精密切削温度相当低。
（3）⼑刃圆弧半径对最⼩切削厚度的限制⼑具刃⼝半径限制了其最⼩的切削厚度，⼑具刃⼝越⼩，允许的最⼩切削厚度也越⼩。
超精密切削的应⽤超精密加⼯主要⽤于加⼯软⾦属材料以及光学玻璃、⼤理⽯和碳素纤维板等⾮⾦属材料，主要加⼯对象是精度要求很⾼的镜⾯零件。
（下图是超精密切削球⾯镜的加⼯原理图）球⾯镜的加⼯原理1-主轴；2-凹⾯镜；3-⼑具轴超精密磨削超精密磨削是当代能达到最低磨削表⾯粗糙度值和最⾼加⼯精度的磨削⽅法。
超精密磨削去除量最薄，采⽤较⼩修整导程和吃⼑量来修整砂轮，是靠超微细磨粒等⾼微刃磨削作⽤，并采⽤较⼩的磨削⽤量磨削。
超精密磨削要求严格消除振动，并保证恒温及超净的⼯作环境。
超精密磨削的光磨微细摩擦作⽤带有⼀定的研抛作⽤性质。
1.超精密砂轮磨削的磨削超精密砂轮磨削机理：( 1 ) 超微量切除超精密磨削是⼀种极薄切削，切屑厚度极⼩，磨削深度可能⼩于晶粒的⼤⼩，磨削就在晶粒内进⾏，因此磨削⼒⼀定要超过晶体内部⾮常⼤的原⼦、分⼦结合⼒，从⽽磨粒上所承受的切应⼒就急速地增加并变得⾮常⼤，可能接近被磨削材料的剪切强度的极限。
五金知识：金刚石刀具材料解析
五金知识：金刚石刀具材料解析来源：五金资讯网关键字：金刚石刀具;材料摘要：可以制成切削刀具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。
可以制成切削刀具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一种各向异性单晶体。
硬度达HV9000-10000，自然界最硬物质。
这种材料耐磨性极好，制成刀具切削可长时间保持尺寸稳定，故而有很长刀具寿命。
天然金刚石刀具刃口可以加工到极其锋利。
可用于制作眼科神经外科手术刀；可用于加工隐形眼镜曲面；可用于切割光导玻璃纤维；用于加工黄金、白金首饰花纹；最重要用途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。
用天然金刚石制作超精加工刀具其刀尖圆弧部分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，它与铁亲力很强，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，市场上能买到目前有戴比尔斯(DE-BEERS)生产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，其解理方向尺寸变得可控统一。
随着高温高压技术发展，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一致性较低价格，所以受到广泛关注。
作为替代天然金刚石新材料，人造单晶金刚石应用将会有大发展。
3、人造聚晶金刚石人造聚晶金刚石(PCD)高温高压下将金刚石微粉加溶剂聚合而成多晶体材料。
一般情况下制成以硬质合金为基体整体圆形片，称为聚晶金刚石复合片。
金刚石刀具切削加工课件
1.谢谢聆 听
03
降低成本和提高经济效益
随着金刚石刀具材料的发展和新型切削工艺的应用，金刚 石刀具在难加工材料切削加工中的应用将会降低成本和提 高经济效益。
金刚石刀具切削加工案例分析
06
案例一
要点一
总结词
高效、高精度、高可靠性
要点二
详细描述
金刚石刀具在汽车零件切削加工中表现出高效、高精度和 高可靠性的优势。通过优化切削参数和刀具设计，能够实 现高效加工，提高生产效率。同时，金刚石刀具具有高硬 度和高耐磨性，可保证加工精度和延长刀具使用寿命。此 外，金刚石刀具切削过程中产生的热量较少，可减少工件 热变形和加工误差。
素有关。
通过合理的选择刀具材料和几何 参数，可以降低切削力，提高加
工效率。
金刚石刀具的切削热
金刚石刀具的切削热主要来自于切削刃与工件之间的摩擦和冲击。
切削热会导致刀具温度升高，从而影响刀具的硬度和耐磨性，甚至引起工件变形和 产生表面缺陷。
通过使用冷却润滑剂和选择合适的刀具材料和几何参数，可以降低切削热的影响。
特点
硬度高、耐磨性好、热稳定性优 异、抗粘结性好、导热性好、化 学稳定性好。
金刚石刀具切削加工的应用范围
01
难加工材料
如硬质合金、陶瓷、玻璃等硬脆材料。
02
高精度加工
如超精密切削、微细加工等。
03
高效率加工
如粗加工、重型切削等。
金刚石刀具切削加工的历史与发展
历史
金刚石刀具的发展可以追溯到20世纪初，当时人们开始利用天然金刚石进行手 工切削。随着科技的发展，人造金刚石的出现进一步推动了金刚石刀具的发展。
智能化控制
随着人工智能技术的发展，智能化控制技术在金刚石刀具切削加工中得到了广泛应用，通 过智能化控制技术，能够对切削过程进行实时监控和调整，从而提高加工精度和效率。
单晶金刚石车刀在超精密单点切削中的磨损分析
单晶金刚石车刀在超精密单点切削中的磨损分析磨损分析是评估单晶金刚石车刀在超精密单点切削中使用过程中的性能退化情况。
磨损是由切削力和摩擦力引起的，而超精密单点切削要求较小的切削力和摩擦力。
因此，单晶金刚石车刀的磨损是非常重要的。
首先，单晶金刚石车刀的磨损主要有两种形式：刃口磨损和表面磨损。
刃口磨损会导致车刀的切削边缘变钝，从而降低切削效率和切削质量。
表面磨损主要是由刀具与工件表面接触时产生的摩擦引起的。
这些磨损形式都会导致单晶金刚石车刀的使用寿命减少。
其次，可以通过磨损分析来确定单晶金刚石车刀的磨损程度。
常用的磨损评估方法有：测量切削力和刀具表面形貌、观察工件表面质量等。
测量切削力可以间接评估刃口磨损程度，如果切削力增加，则说明刃口已经磨损。
观察工件表面质量也可以判断磨损情况，如果工件表面粗糙度增加，则说明刃口已经损坏。
最后，还可以通过磨损分析找出导致单晶金刚石车刀磨损的原因。
可能的原因包括：切削条件不合适、切削速度过高、切削液不合适等。
通过找出磨损原因，可以采取相应的措施来减少磨损，延长单晶金刚石车刀的使用寿命。
总之，单晶金刚石车刀在超精密单点切削中的磨损分析是评估其使用寿命和性能的重要手段。
通过磨损分析，可以确定磨损程度，找出导致磨损的原因，并采取相应的措施来延长车刀的使用寿命。
此外，单晶金刚石车刀磨损分析还可以提供对刀具寿命的预测和刀具性能的改进。
通过磨损分析，可以获取关于刀具磨损速率和刀具寿命的重要信息。
这些信息对于制定合理的刀具更换计划非常关键，以避免频繁更换刀具或过度使用磨损严重的刀具。
磨损分析还可以帮助改进单晶金刚石车刀的设计和制造工艺。
通过观察磨损形态和区域，可以了解刀具的磨损机制和影响因素。
这对于优化刀具的材料、几何形状和涂层等方面非常有价值。
例如，可以针对刀具的磨损情况进行改进，使其更耐磨、更耐用，并提高切削效率和切削质量。
此外，磨损分析还可以通过对比不同切削条件下的磨损情况，寻找最佳的切削参数组合。
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。
金刚石车刀车削过程中需要注意问题
以金刚石作为刀具用于精密车削是一种重要的机械加工方法。
它最适用于铜、铝及其合金等有色金属的高精度，低粗糙度车削加工。
也可用于金、银等稀有贵重金属的车削加工。
其加工精度可以控制在1微米左右，表面粗糙度可以达到0.025微米。
这种刀具的几何参数，是根据需要专门刃磨加工形成的，精度很高，在使用中需要注意多个方面。
1、金刚石刀具应在精密车床上使用，也可在一般精度比较好振动很小的普通车床上使用，但必须选用振动小而平稳的转速。
2、刀具安装时，刀尖必须与钢件旋转中心等高，修光刃与走到方向平行，并用5倍放大镜仔细检查和试切，待调整好后才能进行切削。
3、金刚石车刀是精密切削工具，不允许有较大的磨损。
刀具刃口圆弧半径增大，影响切削后的工件表面质量，所以在切削过程中注意观察。
刀刃锋利时，切屑完整而表型小，工件表面光整。
刀刃磨钝后，切屑变形大并有挤压撕裂现象，工件上在刀具切出处有明显的毛刺。
4、工件旋转后，刀尖才能接触工件的表面；刀尖未离开工件前，绝对不能先停车，以免损坏刀尖。
为了有效地控制切削深度，可在中拖板放置一个千分表。
5、切削速度一般为（80—150）m/min，如机床在满足精密切削的要求，还可以选用更高的切削速度。
切削深度为（0.01—0.2）mm，在工件表面粗糙度要求小于Ra0.05微米时，ap<0.01mm。
进给量一般为（0.02—0.04）mm/r。
切削过程中，对工件和刀具进行充分冷却，以清除切屑。
6、一般情况在粗车工序中机床功率及刚性和铁屑形成的能力经常是制约因素的，如果选择最好的切削参数，会在很大程度上提高最大金属去除率的。
要求进给与低切削速度的结合，像机床的有效功率也是我们要考虑的，有时候机床的功率太低时，会导致金刚石车刀的使用不顺，需要我们在选择进给和速度的时候，要在一定程度上减少切削速度以得到合适的功率。
金刚石切割工艺
金刚石切割工艺金刚石是地球上最硬的物质之一，其硬度仅次于立方氮化硼，是工业中最常用的切削工具材料之一。
金刚石切割工艺是指将金刚石磨片、金刚石锯片等材料进行切割加工的技术。
在石材、建材、瓷砖、玻璃等行业中都有广泛的应用。
1. 切割材料金刚石切割工艺的主要切割材料是磨片、锯片。
磨片是由金刚石和金属粉末粘结制成的磨具，磨片按照用途可以分为手持式、台式和专用磨片。
手持式磨片与角磨机配合使用，可以切割薄石板、水泥板、瓷砖等材料。
台式磨片使用前需要将工件夹紧固定，适合用于研磨平面、边角、凹凸面等工艺。
锯片是由金刚石颗粒与金属粉末烧结制成的切削工具。
锯片主要用于石材、玻璃、陶瓷、建材等行业的切割工艺中，适用于切割大理石、花岗岩、板岩等材料。
2. 切割工艺金刚石切割工艺的切割原理是，利用锯片上金刚石颗粒磨削被切割材料，同时通过润滑剂的冲洗和冷却，将粉尘排出，保持锯片与被切割材料的温度均衡，保持切割平面的质量和切割效果。
切割速度和切削深度是影响切割效果和生产效率的主要因素。
其次是润滑剂和冷却剂的使用，和切割机械工具的维护保养。
切割速度要适当，过快会使锯片表面温度升高，对锯片本身造成疲劳破坏；过慢则会降低效率，同时增加材料的破损率，降低切割质量。
3. 切割机械装备金刚石切割机械装备是金刚石切割工艺的重要组成部分，它们直接影响切割效率和精度。
因此选用适当的机械装备非常重要。
常见的金刚石切割机械装备有平板切割机、双头切割机、多切割机、自动切割机等，不同的设备适用于不同的行业和工艺要求。
平板切割机适用于切割纵向表面；双头切割机可以同时进行两个表面的切割；多切割机可以对多根材料进行批量切割；自动切割机具有自动送料、自动定位、自动检测等功能，适用于批量切割生产。
4. 切割保养与维护金刚石切割机械装备在工作过程中受到的磨损和冲击非常大，因此正确的保养和维护可以延长其使用寿命。
保养和维护主要包括以下方面：（1）及时更换锯片，以防止锯片的破损和损坏。
超精密切削对刀具的要求及金刚石的性能和晶体结构
2.7超精密切削对刀具的要求及金刚石的性能和晶体结构 晶面指数的例子：
晶面指数的意义： 晶面指数所代表的不仅是 某一晶面，而是代表着 一组相互平行的晶面。 在晶体内凡晶面间距和晶 面上原子的分布完全相同， 只是空间位向不同的晶面 可以归并为同一晶面族， 以{h k l}表示。
2.7超精密切削对刀具的要求及金刚石的性能和晶体结构
2.7超精密切削对刀具的要求及金刚石的性能和晶体结构
2.7超精密切削对刀具的要求及金刚石的性能和晶体构
4、金刚石的晶面（面网）、致密度、面网距
晶面（面网） （100） （110） （111）
面网的最小单元
面积 原子数
D2
2 D2
3D2 / 2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3x1/6+3x1/2=2
4x1/4+1=2
4x1/4+2x1/2+2=4
3、金刚石晶体的晶面（面网）和晶轴
根据晶体学原理，金刚石属于六方晶系，主要有三个主要的晶面 （100）、（111）、（110）， 与（100）垂直的晶轴为4次对称轴， 与（111）垂直的晶轴为3次对称轴， 与（100）垂直的晶轴为2次对称轴。 规整的单晶金刚石晶体有八面体、十二面体和六面体，八面体、 十二面体和六面体中均有3根4次对称轴、4根3次对称轴、6根2 次对称轴。 八面体有八个（111）晶面围成的外表面, 菱形十二面体有十二个（110）晶面围成外表面， 六面立方体有六个（100）晶面围成外表面。
2.7超精密切削对刀具的要求及金刚石的性能和晶体结构
2、晶体中的晶面和晶轴
晶面：通过原子中心的平面，即晶体中各种方位上的原子面。 晶轴：与晶面垂直的轴。
Z
Y
X
2.7超精密切削对刀具的要求及金刚石的性能和晶体结构 晶体中的晶面指数: 晶体中原子排列的规律性，可以从晶面上反映出来。许多性 能都和晶体中的特定晶面密切联系，为了便于研究和表述不同晶 面上原子排列情况与特征，给各种晶面规定一定的符号，这种符 号叫做“晶面指数”。 确定晶面指数的步骤如下： （1）设晶格中某一原子为原点，通过该点平行于晶胞的三棱边 作OX、OY、OZ三坐标轴，以晶格常数a、b、c分别作为相应的三 个坐标轴上的度量单位，求出所需确定的晶面在三坐标轴上的 截距。 （2）将所得三截距之值变为倒数。 （3）再将这三个倒数按比例化为最小整数，并加上一圆括号， 即为晶面指数，一般表示为（hkl）。
金刚石刻蚀方法
金刚石刻蚀方法
金刚石刻蚀是一种用金刚石工具在物体表面切削或刻蚀的加工方法，具体步骤如下：
1.准备工作：
选取适合的金刚石工具和蚀剂溶液，根据需求调整工具的转速、进给量、切削深度等。
2.板材固定：
将待刻蚀的板材固定在加工平台上，保证稳定性和平整度。
3.定位和标记：
在板材上用尺子、直线等工具进行定位和标记，确定刻蚀的位置、形状和大小。
4.切削：
以适当的转速、进给量和切削深度开始切削，注意控制切削过程中的温度和压力，避免过热和过载现象的发生。
5.清洗和检查：
刻蚀完成后，用清洁剂将板材表面清洗干净，再使用显微镜等工具对刻蚀质量和尺寸进行检查和校验。
6.后处理：
根据需求进行后处理工作，如抛光、热处理等，以达到最终的加工要求。
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金刚石刀具的寿命
1.金刚石刀具破损或磨损而不能 继续使用的标志为加工表面粗糙 度超过规定值 2.实际的金刚石刀具由于切削刃 产生的微小崩刃而不能继续使用 通常就是金刚石（111）面的解理
刀具刃磨
--金刚石刀具刃磨是超精密切削的重要内容
定向 检验 粗研 精研 检验
刀具刃磨主要包括两个方面的内容 1.晶面的选择 2.刀具刃口的刃磨方法 晶面的选择-刀具前刀面 ①主张用（110）面（国外） ②主张用（100）面（国内）
•单晶：晶胞在三维方向上是整齐重复排列
单晶、多晶 各向异性
•多晶：晶胞不是有规律的整齐排列 • 晶面和晶轴不同 • 面网密度和面网间距不同 •（111）面网之间间距大
解理现象 耐磨机理
•（111）相邻面网之间只有一个共价键
•（111）面硬度和耐磨性最高 • 硬度和耐磨性对应于面网密度
晶体受到定向的机械力作用，可以沿平行于某个平面平整的劈开的现象
刀具刃磨新方法
等离子化学抛光法 无损伤化学抛光法 热化学抛光法
极高的硬度、极高的耐磨性和 极高的弹性模量，保证刀具有 很长的寿命和很高的尺寸耐用 度 切削刃钝圆半径要极小才能实 现超薄切削厚度，切削刃无缺 陷 和工件材料的抗粘结性好、化 学亲和性小、摩擦因数低
总结：由于金刚石的这些特点，金刚石被公认 为理想的超精密切削刀具材料
金刚石刀具加工范围
金刚石刀具可以加工有色金属及其合金以及非金 属材料进行高速精细车削及镗孔。 但金刚石也有其本身的缺点 （1）耐热性低，当切削温度超过700-800℃时金 刚石就会石墨化失去硬度 （2）强度低脆性大，对振动敏感只适合于（超）精 密加工，切削厚度不能太大，对机床要求高 （3）与铁有很强的化学亲和力，一般不适于加工黑 色金属（因此利用与铁的亲和性进行金刚石刃磨 ）
天然金刚石（钻石）
天然金刚石仅产出于金伯利岩筒中。金 伯利岩是它们的原生地岩石，其他地方的金 刚石都是被河流、冰川等搬运过去的。金刚 石一般为粒状。 上个世纪50年代，美国通用电气公司 （GE公司）以石墨为原料，在高温高压下成 功制造出人造金刚石。现在人造金刚石已经 广泛用于生产和生活中，虽然造出大颗粒的 金刚石还很困难（所以大颗粒的天然金刚石 仍然价值连城），但是已经可以制成了金刚 石的薄膜。
为什么金刚石是超精密切削刀具材料 超精密切削刀具的要求VS金刚石材料的特点
金刚石具有极高的硬度和耐磨 性，是世界上已发现最硬的物 质显微硬度可达HV10GPa 左右 金刚石的切削刃可以磨得非常 锋利，切削刃钝圆半径一般可 达1~0.5um 与非铁金属亲和力小，低摩擦 系数、高热导、低热膨胀系数
3.加工表面粗糙度增加4.刀具耐用度提高(ห้องสมุดไป่ตู้绝对)
积削瘤对超精密车削的影响
1.不使用切削液极易产生积削瘤 2.积削瘤产生使得切削力增加 3.积削瘤产生加工表面粗糙度增加 4.积削瘤产生引起工艺系统振动
一般，金刚石切削 过程离不开切削液
刀具寿命和金刚石刀具寿命 刀具寿命
由刃磨后开始切削，一直到磨损 量达到刀具磨钝标准所经历的总 切削时间
什么是超精密加工
从加工的精度理解（十年前的定义）
Ra<0.01µm、尺寸精度<0.1µm 金刚石刀具切 削，扮演重要 角色
从超精密加工的特点理解
恒温，净化，弹性
超精密加工的应用范围
超精密加工加工领域包括：超精密切削，超精密磨削， 超精密特种加工。 超精密金刚石加工各种镜面、反射镜、透镜等大型器件 超精密磨削加工光盘、光学镜头、晶体等硬脆材料 激光、超声波及电子束、离子束加工、电火花加工、电 化学加工、复合加工都属于超精密特种加工
金刚石产地
目前在世界各地都发现了金刚石矿。其中 ，澳大利亚、刚果、俄罗斯、博茨瓦纳和南非 是著名的五大金刚石产地。 中国主要金刚石成矿区有：①辽东—吉南成矿 区，有中生代和中古生代两期金伯利岩。②鲁 西、苏北、皖北成矿区，下古生代可能有多期 金伯利岩。③晋、豫、冀成矿区，已在太行山 、嵩山、五台山等地发现金伯利岩。④湘、黔 、鄂、川成矿区，已在湖南沅水流域发现了4个 具工业价值的金刚石砂矿。 湖南金刚石，产于湖南省常德丁家港、桃 源、黔阳等地。湖南金刚石以砂矿为主，主要 分布在沅水流域，分布零散，品位低，但质量 好，宝石级金刚石约占40%。
普通车刀角度标注
金刚石车刀刀头形式 修光：金刚石刀具切削和传 统刀具切削的区别之一
金刚石刀具切削属于超精密切削又属于高速切削 切削条件
刀具角度 切削刃磨工艺 切削参数 切削液的使用
切削过程
切削力 切削温度、切削热 刀具磨损、破损 切屑形成机理 积屑瘤
加工质量
加工精度 表面质量
金刚石刀具作为切削刀具的一般性：
金刚石刀具的刀具角度
前角 0~5°,主要考虑到金刚石的脆性，加强刃口强度 后角 增加后角可减少后面和加工表面的摩擦，降低表 面 粗糙度，但是刀具的刃口强度下降，一般 5~10° 主偏角 30~90°，多用45°
传统车削和金刚石刀具切削过程积削瘤影响 积削瘤成型的机理
“冷焊”现象
积削瘤对传统车削的影响（粗加工、精加工） 1.增加刀具前角2.增加切削厚度、
金刚石的材料分析 ——金刚石的晶体结构
立方晶体：8面体、6面体、12面体
结构决定性质
金刚石的材料分析 --金刚石的晶面和晶轴
立方晶体：8面体、12面体、6面体 以正六面体为例：
金刚石的面网和面网密度
立方晶体：8面体、12面体、6面体
面网密度大小对应于与晶体耐磨性、硬度大小
从金刚石材料微观的分析到其宏观的性质
化学式 碳 - C 分子量 12.01 u 晶系 等轴晶系 晶体惯态 八面体 颜色 黄、褐、灰至无色，少见蓝、绿、黑、紫、橘、红色等 光泽 金刚石光泽 折射率 2.4175–2.4178 双折射 无 色散率 0.044 多色性 无 透明性 透明至微透明 物理性质 硬度 HV10GPa左右 解理 {111}完全解理 断口 贝壳状 条痕 白色 比重 3.52 (+/- .01)[1] 密度 3.5 - 3.53 g/cm³
金刚石刀具PK传统刀具
单晶金刚石刀具 为何优于聚晶？
用化学气相沉积法在异 质基体上合成的金刚石 膜
聚晶金 刚石
结论：越好的材料越难加工。
金刚石刀具两个重要的问题： ①晶面的选择②切削刃钝圆半径
r:0.1-0.3/<0.1 最小切削厚度
易崩刃 易磨损 直线修光 刃 0.1~0.2
圆弧修光刃 R：0.5~1.5
晶面的定向
由于单晶金刚石是各项异性的其不同方 向的性能相差很大，因此一颗单晶金刚 石毛坯要支撑精密金刚石刀具首先要经 过精确地晶体定向以确定所制成刀具的 前后刀面的空间位置以及需要磨去的部 分。目前晶体定向方法有人工目测定向 、x射线晶体定向和激光定向等
刀具刃口的刃磨方法
亦可以在此基础上采用空气静压轴承高精度研磨盘
周 峰 / 郝 清 龙
金 刚 石 材 料 及 刀 具 切 削 分 析
目录
1 2 3 4
超精密切削与金刚石刀具 金刚石刀具材料分析 金刚石刀具及其应用于切削 金刚石刀具的刃磨
金刚石
中文名称：金刚石 英文名称：diamond 定义：碳的同素异形体，是已知的最硬 的物质，有天然和人造两类。
人造金刚石