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金剛石刀具在復合材料，鋁合金，石墨等領域的應用
閱讀：596 發(fā)布時間：2022-6-29
金剛石涂層厚度的選擇問題，并不是“越厚越好”，耐磨性能的提高，金剛石涂層的品質(zhì)作用要大于厚度的作用。隨著3D玻璃市場全面爆發(fā)，石墨材料在3D玻璃熱彎模具應用上的優(yōu)良性能已經(jīng)得到了業(yè)界的一致認可，而由于石墨材料的高磨蝕性、強韌性，石墨模具的加工環(huán)境要求非常嚴格，為保證石墨模具擁有良好的精度，光潔度，穩(wěn)定性，除了需要在安靜，機身本身吸塵能力外，石墨加工刀具也成為加工環(huán)節(jié)的重中之重，選用適合于高速加工的刀具，需要從提高耐用度、可靠性和安全性的角度，對刀具基體與涂層材料和刀具與工件材料匹配進行綜合考慮。
經(jīng)過對各種刀具材料不斷實驗和驗證，CVD金剛石涂層刀具的使用壽命是硬質(zhì)合金的8～10倍，CVD金剛石涂層刀具的允許切削速度比硬質(zhì)合金刀具高2～3倍，切削刃鋒利且一致性好，摩擦因數(shù)低，可在高轉(zhuǎn)速和低進給下實現(xiàn)薄壁石墨模具的高速高精密加工，同時CVD金剛石涂層刀具的使用壽命在眾多刀具材料中受到各石墨加工廠商的青睞！
化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition，簡稱CVD)金剛石涂層具有接近天然金剛石的高硬度、高導熱系數(shù)、低摩擦和低膨脹系數(shù)等諸多優(yōu)異的性能，在加工石墨等脆性材料以及碳纖維復合材料時，已經(jīng)成為切削刀具的表面涂層，在提高刀具壽命和加工質(zhì)量方面，表現(xiàn)出的性能。
按晶粒尺寸大小，CVD金剛石涂層可分為微米金剛石涂層和納米金剛石涂層。微米金剛石涂層的晶粒尺寸通常在500 nm到幾微米之間，由柱狀生長的金剛石晶粒競爭性生長形成，具有硬度高、表面耐磨性好等優(yōu)異特性，可以顯著降低刀具磨損速率，提高刀具壽命。然而，微米金剛石涂層的表面較為粗糙(Ra值通常為幾百納米)，涂層韌性及抗裂紋擴展能力較差，表面裂紋容易沿晶界區(qū)域擴展引起涂層脫落，使得刀具表面在沒有達到磨鈍標準之前，涂層已經(jīng)脫落。納米金剛石涂層是由呈團簇狀分布的納米級金剛石晶粒構(gòu)成，晶粒尺寸通常在100 nm以下，表面光滑性好(Ra值小于100納米)，在切削過程中可顯著降低摩擦，從而降低切削力和切削熱，提高刀具壽命。納米金剛石涂層具有良好的抗裂紋擴展能力，然而，與微米金剛石相比，它與基體結(jié)合強度相對較低，加工過程中容易出現(xiàn)涂層脫落等非正常失效。
金剛石涂層刀具選擇應用的主要依據(jù)是工件材料的屬性及加工質(zhì)量要求。對于EDM石墨模具加工來說，銑削加工過程的實質(zhì)類似于“磨削”過程，此時需要刀具表面的“微刃口”數(shù)量多而且耐磨，應選擇晶粒較大的微米金剛石涂層。對于應用于陶瓷加工的模具來說，要求表面光潔度高，應在精加工階段選用納米金剛石涂層。在鋁合金的加工中，“粘刀”現(xiàn)象的嚴重性高于刀具磨損，此時對刀具耐磨性的要求相對較低，應選擇摩擦系數(shù)低的納米金剛石涂層。對于碳纖維復合材料，由于纖維材料本身具有強烈的磨蝕性能，既要求刀具具有很好的耐磨性能，又要降低加工過程的切削力和切削熱，應采用微/納米復合金剛石涂層。特別說明一下，金剛石涂層厚度的選擇問題，并不是“越厚越好”，耐磨性能的提高，金剛石涂層的品質(zhì)作用要大于厚度的作用。