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金刚石刀具篇你要找的这里都有——天然钻石刀

admin 人造钻石 2020年12月26日

  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。)

  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。

  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

  经过火山爆发,强烈的能量猛烈推挤含有金刚石的古老岩石,然后迅速的被岩浆或熔解的石头带到地面。由于金刚石拥有高硬度、高耐磨耗与高热传导系数,因此很早就被应用在切削工具之上,近年来科技进步,对加工质量与被加工物误差的要求,钻石的特性更被广泛的应用在光学元件的加工。

  属于Ib型单结晶合成金刚石之一,氮[N]多为分散或固溶状态存在于晶体内部,人造单晶金刚石顾名思义是由人工合成的,在一个无氧且高温(1000°C以上)高压的环境里合成出来的,由于拥有和金刚石相当的高硬度、高耐磨耗与高热传导系数。

  由于和金刚石同属于单结晶体,无晶界的性质可以制造出非常锋利的刀刃质量,是其他材料无法达到的境界,长久以来被应用在制作超精密加工的金刚石刀具,抛光工具和耐磨耗元件。

  属于IIa型金刚石型单结晶合成金刚石之一,氮[N]1 ppm,[B] 0.05 ppm,CVD合成单晶金刚石的制程环境是在氢碳之混合气的腔体中,利用化学气相沉积法(CVD)来合成出来。

  这是一种超高技术所合成出来的高质量单晶金刚石,可做到完全无色透明,几乎没有任何杂质,拥有更高的耐磨耗和更好热传导系数,更能够使被加工物拥有更高质量的加工表面,同时如果在生长过程中有选择性的通入掺杂气体,便可以制备出多种有色金刚石。

  是利用天然或人工合成的金刚石粉末与结合剂(其中含钴、镍等金属)按一定比例,在高温(1000~2000℃)、高压(5~10万个大气压)下烧结而成固定直径和厚度的PCD复合片,之后经过切割,焊接、刃磨等工艺,制成PCD刀具,广泛用于汽车、航空航天、3C等行业。

  通常情况下,PCD复合片的层厚约为0.3~1.0mm。可制成PCD刀片,PCD车刀,PCD铣刀,PCD铰刀,PCD钻头等结构形式。

  。是在含碳气体和氧气的混合物在高温和低于标准大气压的压力下被激发分解,形成活性金刚石碳原子,并在基体上沉积交互生长成聚晶金刚石,不含任何金属或非金属添加剂,其性能与天然金刚石十分接近。CVD金刚石刀具有CVD金刚石薄膜涂层刀具和CVD厚膜刀具之分,其中CVD金刚石薄膜涂层可沉积在任何形状的基体上,因此CVD金刚石薄膜易于制造复杂型面刀具,如钻头、立铣刀、带断屑槽的金刚石刀片等。

  CVD金刚石厚膜刀具是采用等离子体时流CVD法在Mo基体上沉积金刚石膜,获得独立的金刚石厚膜(0.3-1.3mm),之后通过焊接工艺,将CVD金刚石厚膜焊接到硬质合金或其他材质的基体上,从而形成CVD金刚石厚膜刀具或刀片,具体成型工艺如下图:

  车刀、铣刀、铰刀、钻头、涂层刀具及其他非标成型刀等,以常用的刀具结构种类为例:(1)

  金刚石车刀刀片:单晶金刚石刀片主要用于单点金刚石车床或其他精密车床。加工有色金属时表面粗糙度可达Rz0.1-0.05μm。PCD刀片一般用于车床,加工中心等,主要以车,镗为主。相对于的传统的合金刀片,可以采用更高的进给,线速度。刀具寿命相比硬质合金刀片也有非常大的提升;同时,PCD加工的工件表面,光洁度最佳可达Ra0.2。

  2)金刚石铣刀:PCD铣刀片,搭配铣刀盘或铣刀杆,一般用来铣削平面和台阶。使用线m/min,相比硬质合金刀片,刀具寿命提高5-10倍,是汽车铝合金缸盖、摩托车箱体、模具平面等有色金属面铣加工的选择!性价比很合适。金刚石杆状铣刀分为单晶金刚石铣刀和PCD铣刀。PCD杆状铣刀分两种,一种是过中心的铣刀,使用时可沿轴线垂直扎入工件工件表面,对于铣削凹坑类的工件,效率会提升很多。另一种是不过中心的铣刀,此种铣刀一般都是沿径向切入工件,通过CNC编程走轨迹,铣削凸台,台阶,面等部位。

  )金刚石(PCD)铰刀,一般根据直径大小,采用合金基体或者钢制基体。刃数为2刃或2刃以上。此类刀具主要用于加工公差要求比较严格,光洁度要求比较高的孔,通孔盲孔均可加工。此类刀具加工的孔,光洁度最高可达Ra0.1以内。

  ) 金刚石(PCD)钻头,一般根据直径大小,采用合金基体或者钢制基体。金刚石(PCD)钻头是直接在工件上钻孔,本身工件上面是没有孔的,对精度要求不高。PCD钻头必须适用于加工中心。金刚石(PCD)钻头主要包括:PCD扩孔钻头、PCD阶梯钻头、PCD麻花钻头、PCD平底钻等。

  (1)单晶金刚石刀具具有极高的硬度(10000HV),从而获得良好的耐磨性;

  (2)单晶金刚石刀具的切削刃可以磨得非常锋利,切削时不宜粘刀和产生积屑瘤,可进行超薄切削和超精密加工;

  (4)刃口在800倍Nomarski(尼康)显微镜下观察无缺陷,加工有色金属时表面粗糙度可达Rz0.1~0.05μm, 被加工工件的形状精度控制50nm以下;

  (5)采用精选的单晶金刚石刀具颗粒,一致性好,使用寿命是硬质合金刀具的100倍,甚至几百倍。

  (2)PCD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;

  (3)PCD的磨擦系数一般仅为0.1~0.3(硬质合金的磨擦系数为0.4~1),因此PCD刀具可显著减小切削力;

  (4)PCD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;

  (5)PCD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。

  (8)各种纤维和颗粒加强复合材料、橡胶和各种耐磨木材(尤其是实心木和胶合板、MDF等复合材料)。

  :(1)光学行业:如光学透镜,(非)球面透镜,光学玻璃,光学模仁,反射镜等;

  (4)3C行业:手机外圆镜面/按键镜面/电筒外圆镜面,计算机硬盘基片等;

  PCD刀具最适合加工铝和其他韧性较好的非铁合金(如铜、黄铜和青铜),以及具有高磨蚀性的复合材料(如石墨、碳—碳材料、加碳酚醛、玻璃纤维和多孔密封材料)。

  单晶金刚石几乎专用于高精密的精加工,其极薄切削能力可确保获得极高的尺寸精度。PCD和CVD金刚石可用于许多相同的加工领域,但PCD更适合用于粗加工以及对刀具断裂韧性要求较高的加工场合。CVD金刚石更擅长精加工、半精加工和连续车削加工,这是因为其具有优异的耐磨性和高硬度,可以加工出更精密的工件。在需要复杂刀具几何形状的加工中,CVD金刚石也是最佳选择,而PCD毛坯只能制成较简单的刀具形状。

  目前单晶金刚石刀具和PCD应用最为广泛,CVD厚膜刀具目前由于磨削工艺限制了其推广使用。”--资料来源 河南超硬材料研究所,2015年。

  金刚石材料刀具具有极高的硬度和耐磨性,能有效地加工铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、末烧结的硬质合金、各种纤维和颗粒加强的复合材料等。金刚石俗称“金刚钻儿”,也就是我们常说的钻石。天然金刚石矿藏都是史前就已经形成的,且无生长规律可循。“人造金刚石主要应用于军工业和航空航天业。因为它耐高温、高压,宇航员的头盔膜、航空飞船的隔热板、高铁的轨枕等都需要它。人造金刚石还广泛应用于先进制造业和现代加工业,从牙科的修牙镶牙刀、整容医院的磨骨刀,到汽车的轴承、电子元件都用得到它。而人造金刚石镶嵌的大型波纹片,可用来切割巨大的石料和公路水泥,在地质勘探和石油开采中也发挥了重要的作用。

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