CVD金刚石刀具的应用及其前景
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数控刀具
摘要:介绍了CVD金刚石膜的主要性能指标,论述了它在机械加工方面的应用情况,并与PCD、单晶金刚石的应用相比较,对其应用前景进行分析与展望。
一、主要性能指标
1. 机械性能
2)>8000>8000密度(g/cm3)3.523.52杨氏模量(GPa)>1200>1000断裂性(J/M)1025摩擦系数0.1(相对于钢)0.1热导率(W/cm·K)25>20磨耗比(111方向)>40×104>30×104电阻率(Ω·cm)不导电1014~1016化学惰性常温下不溶于所有酸和碱表2 CVDD与PCD刀具比较特性PCDCVDD材质结构含Co粘结剂纯金刚石耐磨性随金刚石颗粒大小而变高于PCD2~10倍韧性(抗
冲击性)较好略差耐温性低于500℃,热导率低高于700℃,热导率高化学稳定性低高适用性粗加工、精加工
湿切
不适于加工有机复合材料精加、半精加、连续切削
湿切、干切
适于加工有机复合材料
2. CVDD、PCD刀具的性能比较
- CVDD刀具刀刃强度高,具有接近于单晶金刚石刀具的抗冲击性能,能制作具有各种尺寸的刀具;
- CVDD刀具耐磨性好,耐用度比硬质合金高100 倍以上;
- 用单晶金刚石刀具的研磨方法将刃部精细研磨抛光至Ra0.05 µm以下,工件表面可达到镜面;
- 热导率5~10W/cm·K在干切过程中,可将刀尖的热量及时扩散,减少对工件表面损伤,降低刀具使用温度以及提高刀具寿命。
二、CVDD刀具在机械加工中的应用
- CVDD普通刀具,高精度刀具;
- CVDD砂轮修整笔;
- CVDD拉丝模及成品模具;
- CVDD新型高压、水射流耐磨喷嘴;
- CVDD强化木地板加工工具;
- CVDD精密轴承支撑器及耐磨器件等。
1. CVDD刀具用于金属切削加工
- 代替硬质合金刀具,工效提高十几倍到百倍,降低了劳动强度,工件加工精度明显提高,表面粗糙度显著降低。
- 超硬材料和有机复合材料的理想加工刀具;
- 和PCD 刀具相比,CVDD刀具表面粗造度低,刃口好;
- 在一些领域可代替天然金刚石刀具。
- 刀具:CVDD车刀,刀尖修光刃L=1mm,前角8°,后角8°,主偏角60°,刃口粗糙度Ra0.1µm;
- 机床:CJ6125 ;
- 环境:精密加工实验室;
- 工件材料:含硅8%的硅铝合金,紫铜;
- 切削参数:n=1400r/min , f=4mm/min, ap=0.015mm/r
2. CVDD用于非金属加工
2O3强化木地板的性能优于三聚氢胺木地板,其耐磨层更坚硬,硬质合金刀具加工Al2O3强化木地板已无能为力,必须使用金刚石刀具。两年来的市场调查结果显示,CVDD是优质的木工刀具材料。
3. 高精度刀具
三、CVDD刀具的应用前景
- 据2000年De-Beers公司资料显示,新型的导电型的CVDD即将出现,故CVDD的加工工艺也会发生变化,可能用电加工方式代替传统的激光加工和磨削加工的方式,使其在复杂形状刀具、成形刀具方面广泛应用。另外,涂层金刚石工具的出现及使用,也将推动CVDD在机械加工方面的应用。如国内有上海交通大学的涂层刀具,国外有美国的SP3公司的P1-diamoiid涂层刀具等。
- 随着CVDD制作成本进一步降低(见附图)在各方面的应用将会越来越广泛。
CVDD膜的制造成本图
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