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金剛石刀具

天然金剛石(ND)刀具:
        天然金剛石是目前已知礦物中最硬的物質(zhì),主要用于制備刀具車刀。天然金剛石刀具精細(xì)研磨后刃口半徑可達(dá)0.01~0.002μm。其中天然單晶金剛石刀具切削刃部位經(jīng)高倍放大1500倍任然觀察到刀刃光滑。天然單晶金剛石車削鋁制活塞時Ra為15a~50μm。采用天然單晶金剛石刀具配合精密車床進(jìn)行精密和超精密加工,可獲得鏡面表面。
聚晶金剛石(PCD)刀具
PCD是高溫超高壓條件下通過鈷等金屬結(jié)合劑將金剛石微粉聚集燒結(jié)合成的多晶體材料,又稱燒結(jié)金剛石。聚晶金剛石刀具整體燒結(jié)成銑刀,用于銑削加工,PCD晶粒呈無序排列狀態(tài),屬各向同性,硬度均勻,石墨化溫度為550℃。刀具具有高硬度,高導(dǎo)熱性、低熱脹系數(shù)、高彈性模量和低摩擦系數(shù)。刀刃非常鋒利等特點(diǎn)。

人造聚晶金剛石復(fù)合片(PDC)刀具
        為提高PCD刀片的韌性和可焊性,常將PCD與硬質(zhì)合金刀體做成人造聚晶金剛石復(fù)合刀片(PCD)。即在硬質(zhì)合金基底其表面壓制一層0.5~1mm厚的PCD燒結(jié)而成。復(fù)合刀片的抗彎硬度與硬質(zhì)合金基本一致,硬度接近PCD,故可以替代PCD使用。
CVD金剛石厚膜(TDF)焊接刀具
        金剛石厚膜焊接刀具是把激光切割好CVD金剛石厚膜一次焊接至基體(通常為K類硬質(zhì)合金)上,形成復(fù)合片,然后拋光復(fù)合片,二次焊接至導(dǎo)體上,刃磨成需要的形狀和刃口。金剛石厚膜(金剛石膜厚度達(dá)30μm),具有硬度高,耐磨損、摩擦系數(shù)小等特點(diǎn),是制造切削有色金屬和非金屬材料刀具的理想材料。
金剛石涂層刀具
        金剛石涂層刀具是用CVD法直接在硬質(zhì)合金(K類硬質(zhì)合金)或陶瓷等基體上層積一層1~25μm金剛石薄膜,無解理面各向同性。薄膜涂層刀具硬度達(dá)9800~10000HV。熱導(dǎo)率高,室溫下導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)2000W/m?k,而硬質(zhì)合金刀具導(dǎo)熱系數(shù)僅為80~100W/m?k。CVD方法金剛石可以涂層刀任何復(fù)雜形狀的刀具上,這是聚晶金剛石無法擁有的最顯著的優(yōu)勢。
由以上幾種金剛石刀具不難看出

        優(yōu)點(diǎn):金剛石刀具的彈性模量大,斷裂強(qiáng)度高(比氧化鋁高3倍),切削刃鈍圓半徑值可以磨得很小,不易斷裂,能長期保持切削刃的鋒利程度;金剛石刀具的熱膨脹系數(shù)小,熱變形小。
        缺點(diǎn):PCD及人造聚晶金剛石復(fù)合片(PCD)刀具的刃口鋒利性和加工的工件表面質(zhì)量低于ND,同時其可加工性很差,磨削比小,難以根據(jù)刀頭的幾何形狀任意成型。因此目前利用人造聚晶金剛石復(fù)合片只能制備車刀,至今還不能制造帶斷屑槽的可轉(zhuǎn)位刀片和曲面幾何形狀銑刀。又由于金剛石焊接過程工藝復(fù)雜,CVD金剛石厚膜(TDF)焊接刀具也尚未大批量應(yīng)用。此外,金剛石不是碳的穩(wěn)定狀態(tài),遇熱易氧化和石墨化,開始氧化的溫度為900-1000K,開始石墨化的溫度為1800K,故用金剛石刀具進(jìn)行切削時須對切削區(qū)進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷或進(jìn)行酒精噴霧冷卻務(wù)實(shí)刀尖溫度降至650℃以下。同時,由于金剛石是由碳原子組成的,它與鐵族元素的親和力大,故不能用金剛石刀具切削鋼鐵材料。

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