刀具的未来: CVD金刚石涂层刀具

发布时间:2018-07-26 15:39    来源:金工网
 

关键词:刀具 未来 CVD 金刚石涂层刀具

摘要:金刚石涂层刀具选择应用的主要依据是工件材料的属性及加工质量要求 化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,简称CVD)金刚石涂层具有接近天然金刚石的高硬度、高导热系数、低摩擦和低膨胀系数等诸多优异的性能,在加工石墨等脆性材料以及碳纤维复合材料时,已经成为切削刀具的表面涂层,在提高刀具寿命和加工质量方面,表现出卓越的性能。

  金刚石涂层刀具选择应用的主要依据是工件材料的属性及加工质量要求 化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,简称CVD)金刚石涂层具有接近天然金刚石的高硬度、高导热系数、低摩擦和低膨胀系数等诸多优异的性能,在加工石墨等脆性材料以及碳纤维复合材料时,已经成为切削刀具的表面涂层,在提高刀具寿命和加工质量方面,表现出卓越的性能。

  金刚石涂层厚度的选择问题,并不是“越厚越好”,耐磨性能的提高,金刚石涂层的品质作用要大于厚度的作用。 随着3D玻璃市场全面爆发,石墨材料在3D玻璃热弯模具应用上的优良性能已经得到了业界的一致认可,而由于石墨材料的高磨蚀性、强韧性,石墨模具的加工环境要求非常严格,为保证石墨模具拥有良好的精度,光洁度,稳定性,除了需要在安静,机身本身吸尘能力外,石墨加工刀具也成为加工环节的重中之重,选用适合于高速加工的刀具,需要从提高耐用度、可靠性和安全性的角度,对刀具基体与涂层材料和刀具与工件材料匹配进行综合考虑。

  经过对各种刀具材料不断实验和验证,CVD金刚石涂层刀具的使用寿命是硬质合金的8~10倍,CVD金刚石涂层刀具的允许切削速度比硬质合金刀具高2~3倍,切削刃锋利且一致性好,摩擦因数低,可在高转速和低进给下实现薄壁石墨模具的高速高精密加工,同时CVD金刚石涂层刀具的使用寿命在众多刀具材料中受到各石墨加工厂商的青睐!

  按晶粒尺寸大小,CVD金刚石涂层可分为微米金刚石涂层和纳米金刚石涂层。微米金刚石涂层的晶粒尺寸通常在500 nm到几微米之间,由柱状生长的金刚石晶粒竞争性生长形成,具有硬度高、表面耐磨性好等优异特性,可以显著降低刀具磨损速率,提高刀具寿命。然而,微米金刚石涂层的表面较为粗糙(Ra值通常为几百纳米),涂层韧性及抗裂纹扩展能力较差,表面裂纹容易沿晶界区域扩展引起涂层脱落,使得刀具表面在没有达到磨钝标准之前,涂层已经脱落。纳米金刚石涂层是由呈团簇状分布的纳米级金刚石晶粒构成,晶粒尺寸通常在100 nm以下,表面光滑性好(Ra值小于100纳米),在切削过程中可显著降低摩擦,从而降低切削力和切削热,提高刀具寿命。纳米金刚石涂层具有良好的抗裂纹扩展能力,然而,与微米金刚石相比,它与基体结合强度相对较低,加工过程中容易出现涂层脱落等非正常失效。

  

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  金刚石涂层刀具选择应用的主要依据是工件材料的属性及加工质量要求。对于EDM石墨模具加工来说,铣削加工过程的实质类似于“磨削”过程,此时需要刀具表面的“微刃口”数量多而且耐磨,应选择晶粒较大的微米金刚石涂层。对于应用于陶瓷加工的模具来说,要求表面光洁度高,应在精加工阶段选用纳米金刚石涂层。在铝合金的加工中,“粘刀”现象的严重性高于刀具磨损,此时对刀具耐磨性的要求相对较低,应选择摩擦系数低的纳米金刚石涂层。对于碳纤维复合材料,由于纤维材料本身具有强烈的磨蚀性能,既要求刀具具有很好的耐磨性能,又要降低加工过程的切削力和切削热,应采用微/纳米复合金刚石涂层。

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