金刚石刀具材料

金刚石是碳的同素异构体之一，是迄今为止自然界发现的最硬的一种材料。天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了，但由于资源的稀缺性，限制了其推广应用。自从出现了人工合成的金刚石，其在切削加工中才被人们广泛关注，并发展出了聚晶金刚石和涂层金刚石等刀具产品，并在金属与非金属加工中得以较为广泛的应用。近年来，随着数控机床的普遍应用和数控加工技术的迅速发展，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，金刚石刀具已成为现代数控加工中不可缺少的重要工具之一。

金刚石刀具的种类

金刚石刀具材料的性能特点如下：

1)极高的硬度和耐磨性。天然金刚石的显微硬度达10000HV,金刚石具有极高的耐磨性，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。加工高硬度材料时，金刚石刀具的寿命为硬质合金刀具的10~100倍，甚至高达几百倍。

2)各向异性的问题。单晶金刚石晶体不同晶面及晶向的硬度、耐磨性、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，必须正确选择晶体方向，对金刚石原料必须进行晶体定向。金刚石刀具的前、后面的选择是设计单晶金刚石刀具的一个重要问题。聚晶金刚石刀具材料可克服单晶金刚石的各向异性缺陷。

3)摩擦系数。金刚石刀具具有很小的摩擦系数。金刚石与一些有色金属之间的摩擦系数比其他刀具都小，约为硬质合金刀具的一半。通常在0.1~0.3之间。如金刚石与黄铜、铝和纯铜之间的摩擦系数分别为0.1、0.3和0.25。对于同一种加工材料，天然金刚石刀具的摩擦系数低于人造金刚石刀具。摩擦系数小，则切削加工变形小，可减小切削力。

4)切削刃非常锋利，加工表面粗糙度值很小。金刚石刀具的切削刃可以磨得非常锋利，切削刃钝圆半径r一般可达0.1~0.5μm。天然单晶金刚石刀具可高达0.002~0.008μm。因此，天然金刚石刀具能进行超薄切削和超精密加工。加工表面的表面粗糙度值可达Ra0.1~0.3μm,高的可达Ra0.001μm。

5)优异的导热性。金刚石具有很高的导热性。金刚石的热导率为硬质合金的1.5~9倍，为铜的2~6倍。由于热导率及热扩散率高，切削热容易散出，刀具切削区域温度低。

6)较低的热膨胀系数和较大的弹性模量。金刚石的热膨胀系数比硬质合金小，约为高速钢的1/10。因此金刚石刀具不会产生很大的热变形，即由切削热引起的刀具尺寸的变化很小，同时较大的弹性模量使切削刃不易变形，这对尺寸精度要求很高的精密和超精密加工来说尤为重要。