近日，3C金剛石刀具在河南省（下稱：黃河旋風(fēng)）產(chǎn)品研發(fā)取得成功。黃河旋風(fēng)耗資引入法國.美國等優(yōu)秀的高端制造設(shè)備，自主研發(fā)技術(shù)性加工工藝，生產(chǎn)了配套的PCD刀具：刀口輪廊精度最大崩口可以達(dá)到2um；獨(dú)特的刀具設(shè)計(jì)方案，避免了應(yīng)用時(shí)的震刀；跳動精度做到3 um之內(nèi)，復(fù)雜輪廊精度低于0.01mm。為智能手機(jī)等消費(fèi)性電子設(shè)備輪廊成形給予了總體合理的解決方法。

  近些年，伴隨著電子器件.車輛.和國防建設(shè)的迅猛發(fā)展，對材料的原料及生產(chǎn)加工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)日益提升。開發(fā)設(shè)計(jì)新式耐磨損且平穩(wěn)的超硬刀具是很多高等院校和科研單位的科研課題。金剛石以諸多的優(yōu)良特性變成了生產(chǎn)制造刀具的滿意原材料。

  應(yīng)用純天然單晶體金剛石刀具對高精密超高精密零件進(jìn)行加工，起源于50年后期?，F(xiàn)階段，純天然單晶體金剛石刀具的應(yīng)用早已十分完善，可是因?yàn)槠渖a(chǎn)量低，價(jià)格比較貴，再加上人工合成金剛石的發(fā)生，純天然單晶體金剛石刀具在精密機(jī)械加工行業(yè)的需求量的提升發(fā)展趨勢有一定的變?nèi)酰瑤最惾斯ず铣山饎偸云鋬?yōu)良的性價(jià)比和逐漸完善的應(yīng)用技術(shù)，早已逐漸攻占了要求相對較低的精密機(jī)械加工銷售市場。

  金剛石刀具的適用范疇

  1 .生產(chǎn)加工難處理的稀有金屬

  在生產(chǎn)加工銅.鋅.鋁等稀有金屬以及鋁合金時(shí)，這種原材料黏附刀具，加工難度高。運(yùn)用金剛石的摩擦阻力低.與稀有金屬親和力小而制作的金剛石刀具可避免金屬材料與刀具粘接在一起。因?yàn)榻饎偸膹椥阅Ａ啃?，在鉆削時(shí)刃部形變小，對所鉆削稀有金屬擠壓形變小，使鉆削全過程在小形變下進(jìn)行，能夠提升鉆削的表面品質(zhì)。

  2 .生產(chǎn)加工難處理的非金屬材質(zhì)

  生產(chǎn)加工帶有很多高韌性簡諧運(yùn)動的難生產(chǎn)加工的非金屬材質(zhì)，如短纖維彈性體材料.填光伏材料.硬質(zhì)的碳纖維材料/環(huán)氧樹脂膠復(fù)合材質(zhì)時(shí)，原材料的硬簡諧運(yùn)動使刀具的損壞比較嚴(yán)重，用硬質(zhì)合金刀具刀具無法生產(chǎn)加工，而金剛石刀具的高強(qiáng)度以及高耐磨性，因而生產(chǎn)加工高效率。

  3.超精密機(jī)械加工

  伴隨著當(dāng)代集成化技術(shù)的面世，機(jī)械加工向高精度方位發(fā)展趨勢明顯，對刀具特性提出了非常高的要求。因?yàn)榻饎偸Σ磷枇π?線膨脹系數(shù)低.導(dǎo)熱率高，切削非常容易排出，與其材料的粘著力小，不容易造成加工硬化，熱值小，導(dǎo)熱率高，能夠防止發(fā)熱量對刃口和物品的危害，因而刃口不容易鈍化，鉆削形變小，能夠得到較高品質(zhì)的表面。

  金剛石刀具的生產(chǎn)制造方式

  1.塑料薄膜鍍層刀具

  塑料薄膜鍍層刀具是在高壓及高溫條件下在原材料上根據(jù)有機(jī)化學(xué)液相堆積法(CVD)堆積金剛石塑料薄膜做成的刀具。因?yàn)镾iN4系瓷器.WC Co系硬質(zhì)合金刀具及其金屬材料W的熱變形系與金剛石貼近，制膜時(shí)造成的內(nèi)應(yīng)力小，因而可做為刀體的基材原材料。WC Co系硬質(zhì)合金刀具中，粘接相Co的存有易使金剛石塑料薄膜與基材中間產(chǎn)生高純石墨而減少粘附抗壓強(qiáng)度，在堆積前需采樣以清除Co的危害(一般通過酸浸蝕去Co)。

  有機(jī)化學(xué)液相堆積法是選用一定的辦法把帶有C源的汽體激話，在非常低的氣體壓強(qiáng)下，使碳原子在一定地區(qū)堆積出來，碳原子再凝結(jié).堆積全過程中產(chǎn)生金剛石相?，F(xiàn)階段用以堆積金剛石的CVD法關(guān)鍵包含：微波加熱.熱鎢絲.直流電源弧噴涌法等。

  金剛石塑料薄膜的特點(diǎn)是可使用于各種各樣幾何圖形的刀具，如含有車刀的刀頭.端面車刀.絞刀及麻花鉆；能夠用于鉆削很多非金屬材質(zhì)，鉆削時(shí)切削速度小.形變小.工作中穩(wěn)定.損壞慢.產(chǎn)品工件不容易形變，適用產(chǎn)品工件材料好.尺寸公差小的深度加工。關(guān)鍵缺陷是金剛石塑料薄膜與基材的粘接力較弱，金剛石塑料薄膜刀具不具備重磨性。

  2 .厚膜金剛石電焊焊接刀具

  金剛石厚膜電焊焊接刀具的制作過程一般包含：大規(guī)模的金剛石膜的制取；將金剛石膜切割成刀具必須的尺寸；金剛石厚膜與刀具基材原材料進(jìn)行焊接；金剛石厚膜刀具鉆削刃的碾磨與打磨拋光。

  常見的制取金剛石厚膜的加工工藝方式是直流電等離子水射流CVD法。將金剛石堆積到WC Co鋁合金(表面進(jìn)行鏡面加工)上，在基材的制冷全過程中，金剛石膜全自動掉下來。此方式堆積速度更快(最大可以達(dá)到930μm/h)，晶格常數(shù)中間融合更加密切，可是生長發(fā)育表面較為不光滑。金剛石膜強(qiáng)度高.耐磨損.不導(dǎo)電性決定了它的激光切割方式。激光切割可在氣體.O2和亞氣的條件中進(jìn)行)。選用光纖激光切割不但能將金剛石厚膜切成所須要的外觀和規(guī)格，還能夠切出刀具的前角，具備割縫窄.高效率等優(yōu)勢。

  金剛石與一般的金屬材料以及鋁合金中間具備很高的表面性，導(dǎo)致金剛石不可以被一般的鑄造鋅合金所侵潤，可鍛性偏差。現(xiàn)階段關(guān)鍵根據(jù)在銅銀合金焊接材料中加上強(qiáng)滲碳體產(chǎn)生原素或根據(jù)對金剛石表面開展鍍覆解決來提升金剛石與金屬材料間的焊接性。

  焊接材料一般用含Ti的銅銀合金，不用助溶液在稀有氣體或真空泵中電焊焊接。常見的焊料成份Ag=68.8wt%，Cu=26.7wt%，Ti=4.5wt%，常見的制取方式是電孤冶煉法和粉未冶金法。Ti做為活力原素在電焊焊接全過程中與C體現(xiàn)轉(zhuǎn)化成TiC，可提升金剛石與焊接材料的潤滑性和粘接抗壓強(qiáng)度。加溫溫度一般為850℃，隔熱保溫10分鐘，緩冷以減少熱應(yīng)力。

  金剛石表面的鍍覆是根據(jù)表面解決技術(shù)性在金剛石表面鍍覆金屬材料，使其表面具備金屬材料或類金屬的特性。一般是在金剛石的表面鍍Ti，Ti與C反映轉(zhuǎn)化成TiC，TiC 與Ag-Cu鋁合金焊料有不錯(cuò)的潤滑性和融合抗壓強(qiáng)度?，F(xiàn)階段較常用的pvd涂層方式有：真空泵物理學(xué)液相堆積(PVD，關(guān)鍵包含真空蒸發(fā)鍍.真空泵磁控濺射鍍.真空泵等離子噴涂等)，有機(jī)化學(xué)液相鍍和粉末狀遮蓋煅燒。PVD法一次鍍覆量低，鍍覆全過程中金剛石的環(huán)境溫度小于500℃，涂層與金剛石中間是物理學(xué)粘附.無有機(jī)化學(xué)冶金工業(yè)。CVD法Ti與金剛石產(chǎn)生化學(xué)變化產(chǎn)生超強(qiáng)力冶金工業(yè)融合，反映溫度高，危害金剛石。

  厚膜金剛石刀具的修磨金剛石厚膜刀具的生產(chǎn)加工方式有：機(jī)械設(shè)備磨削，熱金屬材料盤碾磨，電子束.激光和等離子離子注入等。

  3.金剛石煅燒體刀具

  將金剛石厚膜用擠壓成型碾磨毀壞的方式制作成均值粒度分布為32～37μm的金剛石晶體或立即運(yùn)用超高壓高溫法得到金剛石晶體，把晶體粉末狀堆積到WC-16wt%Co 鋁合金上，隨后用Ta箔將其防護(hù)，在5.5GPa.1500℃情況下煅燒60分鐘，做成金剛石煅燒體，用此煅燒體系成的車刀具有很高的耐磨性能。

  4. 單晶體金剛石刀具

  單晶體金剛石刀具一般是將金剛石單晶體固定不動在車刀頭上，車頭用螺絲或銷釘穩(wěn)固在車床車刀鏜刀上。金剛石在刀頭頂?shù)墓潭ú粍愚k法具體有：機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)加固法(將金剛石底邊和充壓面磨去，用銷釘充壓固定在刀頭上)；粉未冶金法(將金剛石放到合金粉末中，經(jīng)充壓在真空泵中煅燒，使金剛石固定在刀頭上)；粘接和纖焊法(應(yīng)用無機(jī)物粘接劑或多種粘接劑固定金剛石)。因?yàn)榻饎偸c基材的線膨脹系數(shù)相差太大，金剛石易松脫，掉下來。

  金剛石刀具磨削的加工工藝特性：

  金剛石刀具的磨削有其本身的加工工藝特性，非常明顯的特性為是原材料強(qiáng)度高，造成沙輪片在磨削全過程中耗損過快，規(guī)格不穩(wěn)定；其二，金剛石刀具大部分為車床車刀或刀頭， 其磨削位置相對于數(shù)控車床的部位是不知道的（如刀頭薄厚的轉(zhuǎn)變），造成磨削點(diǎn)的轉(zhuǎn)變。 其三，磨削抵抗力大，使沙輪片.刀具.夾具和數(shù)控車床結(jié)構(gòu)的技術(shù)系統(tǒng)造成非常大的彈性變形，進(jìn)而產(chǎn)生非常大的“讓刀”狀況。

  這三個(gè)特性是完成自動化技術(shù)磨削的三只“擋道虎”，危害刀具的模削后的尺寸精度。如果不妥善處理，必定造成磨削精度和表面粗糙度一致性差，磨削高效率低，不宜批量生產(chǎn)。 超聲波控制技術(shù)在金剛石數(shù)控磨床上的應(yīng)用，能高效地處理這一三個(gè)難題。

  最優(yōu)控制技術(shù)在精磨時(shí)的運(yùn)用：

  精磨金剛石的首要目標(biāo)是：提升磨削高效率，也就是盡量避免地設(shè)置間距，降低“磨削”氣體的時(shí)間；在數(shù)控機(jī)床剛特性承擔(dān)的范疇內(nèi)， 盡早地除去磨削容量；盡快地發(fā)覺磨削容量早已除去（標(biāo)示是磨削抵抗力降低到最少）。

  砂輪片與金剛石刀具磨擦造成激烈的聲波頻率在加工工藝的運(yùn)用，對聲波頻率的監(jiān)管能確切地體現(xiàn)出磨削情況，如刀具與砂輪片是不是觸碰，刀具與沙輪片中間的工作壓力（即磨削抵抗力）是不是清除等。假如自動控制系統(tǒng)能即時(shí)收集這種信息內(nèi)容并做好剖析，使數(shù)控機(jī)床自動控制系統(tǒng)與之相一致，這相當(dāng)于給數(shù)控車床安裝上一只靈巧的耳朵，使數(shù)控機(jī)床控制板變成一個(gè)更加智能化的響應(yīng)式系統(tǒng)軟件。實(shí)際上，該體系的產(chǎn)品研發(fā)也受現(xiàn)場職工磨刀技巧的啟迪。

  一切正常磨削的情況下，有這兩種狀況聲音頻率是有顯著特點(diǎn)，一是刀具和砂輪片觸碰的一瞬間，二是磨削刀最后尺寸（磨削抵抗力降低為最少）時(shí)，這很難了解。前面一種能夠做為迅速走刀完畢，逐漸磨削走刀的交界線；后面一種則能夠做為磨削進(jìn)行的標(biāo)示。

  就算是在刀具與砂輪片“密切觸碰”的環(huán)節(jié)中，聲音頻率的轉(zhuǎn)變也可以體現(xiàn)出刀具與砂輪片中間的抵抗力，將這信息內(nèi)容反饋給數(shù)控機(jī)床控制板，調(diào)節(jié)伺服電機(jī)的走刀速率，使磨削在相對穩(wěn)定的抵抗力下進(jìn)行，針對提升磨削效率，增加數(shù)控機(jī)床使用壽命具有較大的實(shí)際意義。

  “對刀磨法”在精拋上的運(yùn)用：

  金剛石精拋的首要目標(biāo)是：精確而平穩(wěn)地操縱磨削的最后精度。砂輪片損壞，刃尖磨削點(diǎn)的精確精準(zhǔn)定位和磨削抵抗力最后都是會危害生產(chǎn)加工精度，這種要素與數(shù)控機(jī)床的本身精度不相干，反而是相關(guān)何時(shí)逐漸磨（即對數(shù)控刀點(diǎn)），磨到啥子水平完畢等難題，和磨削情況的檢測是息息相關(guān)的。

  雖然砂輪片磨損率無法精確測量，而刀頭相對高度（其危害磨削點(diǎn)部位）在一定區(qū)域內(nèi)也是無法精確測量的，含有聲音控制設(shè)備的自動控制系統(tǒng)總是能隨便地紀(jì)錄下尖刀和沙輪片面觸碰一瞬間的精確部位。為此做為起始點(diǎn)，進(jìn)行相對走刀就能精確地操縱尺寸精度，大伙兒把這叫“對刀磨法”。自然，“對刀磨法”的先決條件是上道工藝過程有確切的標(biāo)準(zhǔn)， 或能對磨削前的大小進(jìn)行精確測量，這用CCD系統(tǒng)軟件自動測量系統(tǒng)就能保證。在用手動式數(shù)控機(jī)床磨刀時(shí)，PCD刀具的第一前角（也就修光刃）的磨削加工工藝為：在精磨的尺寸基礎(chǔ)上再向下磨0.02~0.03mm，以產(chǎn)生0.05~0.1mm的刃帶。 這和“對刀磨法”也是如出一轍的。

  在磨削全過程中， 砂輪片仍在不斷損壞， 系統(tǒng)軟件能及時(shí)處理這類損壞并進(jìn)行補(bǔ)償，將磨削的時(shí)間縮短為貼近為零，大大的地增強(qiáng)了磨削高效率。

  聲音控制技術(shù)在磨削領(lǐng)域擁有普遍的運(yùn)用，是由于這類工藝能解決磨削中存在的分歧。這類分歧在金剛石的磨削中是尤其突顯的。