单晶金刚石刀具的优异性能及应用特点

金刚石是碳的同素异构体，它是自然界中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，能精密切削有色金属、合金及高硬度的耐磨材料，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。

1.金刚石刀具材料性能

（1）具有极高的硬度和耐磨性 天然金刚石的显微硬度高达10000HV，其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。

（2）具有很低的摩擦因数 金刚石与一些有色金属之间的摩擦因数很低，通常在0.1～0.3之间。摩擦因数低，导致加工时变形小，切削力减小。

（3）具有很高的锋刃性 金刚石刀具的切削刃可以磨得非常锋利，一般刀尖圆弧半径可达0.1～0.5μm。天然单晶金刚石刀具刀尖圆弧半径可达0.002～0.008μm。因此，能进行超薄切削和超精密加工。

（4）具有较低的热膨胀系数 金刚石的热膨胀系数约为高速钢的1/10，因此金刚石刀具不会产生很大的热变形，这种特性在精密和超精密加工中尤为重要。

（5）具有很高的导热性 金刚石的热导率可达到硬质合金的9倍，由于热导率高，切削热容易散出，刀具切削部分温度低。

2.金刚石刀具材料的种类

目前，金刚石刀具有两种，即单晶金刚石刀具和多晶金刚石刀具。多晶金刚石刀具包括聚晶金刚石（PCD）刀具和化学气相沉积（CVD）金刚石刀具。三种金刚石刀具都有各自的特点，见表1-6。(www.xing528.com)

表1-6 单晶金刚石、聚晶金刚石和化学气相沉积金刚石刀具特性比较

3.金刚石刀具几何角度的选择

以PCD刀具为例，其几何角度应根据加工材料的不同按以下要求确定：

（1）前角γ_o 粗车高硬度材料时，一般采用较大的前角，其大小为-10°～-5°，当硬度较低时可采用较小的负前角；精车时一般采用0°前角，甚至采用0°～10°的正前角。

（2）后角α_o 当工件材料硬度较高时，可采用8°～12°的后角；当工件材料硬度较低时，可采用10°～12°的后角。

（3）刃倾角λ_s 粗车时一般采用较小的刃倾角，以增加切削刃强度；精车时一般采用较大的刃倾角，以减小径向切削力。

（4）主偏角κ_r 主偏角一般采用75°～90°，当粗车高硬度材料时，主偏角可取90°，以保证刀具具有较好的抗冲击性能。当加工细长工件时，可选用较大的主偏角，以减小径向切削力；精车时，可采用较小的主偏角，以提高加工表面质量。