哈尔滨工业大学精密和超精密技术大作业

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1、精密和超精密加工题目：金刚石的刀具发展与技术学院：英才学院班号：1136105姓名：李豪学号：6110810538日期：2014年06月08日金刚石的刀具发展与技术摘要：木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。关键词：NDPCDPDC刃磨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，传统的切削加工刀其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

2、用较为广泛。金刚石只有极高的硬度、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.lcm-1显示为纯金刚石。ND是目前己知矿物中最硬的物质，主要用于制备刀具车刀。天然金刚石刀異精细研磨后刃口半径可达0.01〜

3、0.002&mici、O;m。其中天然单晶金刚石(SingleCrystallineDiamond,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4&miCr0;m,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15〜50&micrO;m。故采用SCD刀只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，乂称烧结金刚石。聚晶金刚石刀其整体烧结成铣刀，用于铣削加工

4、，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°C。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。2.3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〜hnin厚的PCD烧结而成。复合刀片的抗弯强度与硬质合金基木一致，硬度接近PCD，故可以替代PCD使用。PCD及人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具的刃口锋利性和加工的工件表面质量低于ND。同时其可加工性

5、很差，磨削比小，难以根据刀头的几何形状任意成形。目前利用人造聚晶金刚石复合片只能制备车刀，至今还不能制造带断屑槽的可转位刀片和复杂三维曲面儿何形状的铣刀。2、4CVD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棊体(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。由于金刚石焊接过程

6、工艺复杂，CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具尚未大批量应用。2.5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，无解理而各向同性。如图3(b)。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-l-K-1,而硬质合金刀具导热系数仅为80〜lOOm-1•K-loCVD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。3、金刚石刀具的应用天然金刚石刀具FI前主要用于紫铜及铜合金和金

7、、银、铑等贵重有色金属，以及特殊零件的超精密镜而加工，如录相机磁盘、光学平而镜、多而镜和二次曲而镜等。但其结晶各向昇性，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

8、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而直接接触。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