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刀具的未來: CVD金剛石塗層刀具

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  • 更新時間:2018-7-27 10:20:03
  • 出自:中國機械工業聯合會機經網

金剛石塗層刀具選擇應用的主要依據是工件材料的屬性及加工質量要求 化學氣相沉積(Chemical Vapor Deposition,簡稱CVD)金剛石塗層具有接近天然金剛石的高硬度、高導熱係數、低摩擦和低膨脹係數等諸多優異的性能,在加工石墨等脆性材料以及碳纖維複合材料時,已經成為切削刀具的表麵塗層,在提高刀具壽命和加工質量方麵,表現出卓越的性能。

金剛石塗層厚度的選擇問題,並不是“越厚越好”,耐磨性能的提高,金剛石塗層的品質作用要大於厚度的作用。 隨著3D玻璃市場全麵爆發,石墨材料在3D玻璃熱彎模具應用上的優良性能已經得到了業界的一致認可,而由於石墨材料的高磨蝕性、強韌性,石墨模具的加工環境要求非常嚴格,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節的重中之重,選用適合於高速加工的刀具,需要從提高耐用度、可靠性和安全性的角度,對刀具基體與塗層材料和刀具與工件材料匹配進行綜合考慮。

經過對各種刀具材料不斷實驗和驗證,CVD金剛石塗層刀具的使用壽命是硬質合金的8~10倍,CVD金剛石塗層刀具的允許切削速度比硬質合金刀具高2~3倍,切削刃鋒利且一致性好,摩擦因數低,可在高轉速和低進給下實現薄壁石墨模具的高速高精密加工,同時CVD金剛石塗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!

按晶粒尺寸大小,CVD金剛石塗層可分為微米金剛石塗層和納米金剛石塗層。微米金剛石塗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、表麵耐磨性好等優異特性,可以顯著降低刀具磨損速率,提高刀具壽命。然而,微米金剛石塗層的表麵較為粗糙(Ra值通常為幾百納米),塗層韌性及抗裂紋擴展能力較差,表麵裂紋容易沿晶界區域擴展引起塗層脫落,使得刀具表麵在沒有達到磨鈍標準之前,塗層已經脫落。納米金剛石塗層是由呈團簇狀分布的納米級金剛石晶粒構成,晶粒尺寸通常在100 nm以下,表麵光滑性好(Ra值小於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。納米金剛石塗層具有良好的抗裂紋擴展能力,然而,與微米金剛石相比,它與基體結合強度相對較低,加工過程中容易出現塗層脫落等非正常失效。

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金剛石塗層刀具選擇應用的主要依據是工件材料的屬性及加工質量要求。對於EDM石墨模具加工來說,銑削加工過程的實質類似於“磨削”過程,此時需要刀具表麵的“微刃口”數量多而且耐磨,應選擇晶粒較大的微米金剛石塗層。對於應用於陶瓷加工的模具來說,要求表麵光潔度高,應在精加工階段選用納米金剛石塗層。在鋁合金的加工中,“粘刀”現象的嚴重性高於刀具磨損,此時對刀具耐磨性的要求相對較低,應選擇摩擦係數低的納米金剛石塗層。對於碳纖維複合材料,由於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/納米複合金剛石塗層。


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