单晶金刚石刀具的设计与应用

单晶金刚石刀具的设计与应用

金刚石是单一碳原子的结晶体,其晶体结构属原子密度最高的等轴

面心立方晶系。金刚石晶体中碳原子间的连接键为sp3杂化共价键，具有极强的结合力、稳定性和方向性。金刚石独特的晶体结构使其具有自然界最高的硬度、刚性、折射率和导热系数，以及极高的抗磨损性、抗腐蚀性及化学稳定性。

单晶金刚石的优良特性可以满足精密及超精密切削对刀具材料的大多数要求，是理想的精密切削刀具材料。金刚石无内部晶界的均匀晶体结构使刀具刃口在理论上可以达到原子级的平直度与锋利度，切削时切薄能力强、精度高、切削力小；其高硬度及良好的抗磨损性、抗腐蚀性和化学稳定性可保证刀具具有超长寿命，从而能进行长时间的持续切削，并可减小因刀具磨损对零件精度的影响；其高导热系数可降低切削温度和零件的热变形。

单晶金刚石刀具在机械加工领域具有重要地位，广泛应用于诸如反射镜、导弹和火箭的导航陀螺、计算机硬盘基片、加速器电子枪等超精密镜面零件的加工。单晶金刚石还可用于制造眼科、脑外科手术刀、超薄生物切片刀等医用刀具。此外，单晶金刚石刀具在民用产品加工中的应用也日趋广泛，从手表零件、铝活塞、首饰等的加工到制笔、

高光标牌及有色金属镜面装饰零件的加工，其应用已进入机械加工的多种领域。

本文重点讨论单晶金刚石刀具的设计原则及使用技术。

1.单晶金刚石刀具镜面加工机理

切削加工后的残留面积高度h=f/(ctgkr+ctgkr’)即为已加工表面的理

论粗糙度值，它随进给量f、刀具主偏角kr和副偏角kr’的减小而减小。由于主偏角kr的减小会使Fy力迅速增大而引起刀具振动，减小进给量f则会影响切削效率，所以一般通过减小副偏角kr’来降低表面粗糙度值。

常规切削用刀具表面较粗糙，刀刃平整性差，若选用的副偏角过小，一方面副切削刃的不平整会复映到已加工表面上；另一方面还会加剧副后刀面与已加工表面的摩擦，将已加工表面“拉毛”。所以在常规切削中，副偏角约为2°时加工表面粗糙度值最小，进一步减小副偏角则会使已加工表面质量恶化。

单晶金刚石刀具的表面粗糙度值可小于Ra0.01μm，刀刃质量至少可达到在100倍显微镜下观察无缺陷，加之摩擦系数极小，所以其副偏角极限值可减小至0～2’，从而可使加工表面粗糙度理论值接近

或等于零，实际表面粗糙度值可达到镜面或超光滑表面的要求。

由此可见，就刀具本身而言，单晶金刚石刀具的镜面加工机理是通过刀具的超光洁表面和无缺陷的副切削刃(修光刃)的作用，使加工表面粗糙度理论值接近于零来获得镜面加工效果。

2单晶金刚石刀具的设计

设计单晶金刚石刀具时需要考虑的主要因素有：①被加工零件精度要求；②实际加工条件；③金刚石材料的特性。

设计单晶金刚石刀具时，应遵循以下原则：①由于单晶金刚石硬度高、加工困难，因此刀具的形状应尽可能简单；②根据单晶金刚石脆性大、抗冲击能力差的特点，应结合实际加工条件，通过对刀具几何形状的优化，提高刀头的抗冲击能力；③根据被加工零件的精度要求设计修光刃长度，同时应考虑刀具的切薄能力。

下面以几种常用刀具为例，讨论单晶金刚石刀具的设计方案。

计算机硬盘基片车刀

计算机硬盘基片用于信息的存储，其材料为铝或铝合金，基片表面

粗糙度值越低，存储密度越大，因此降低其加工表面粗糙度值十分关键。同时由于基片厚度小于0.9mm，为防止其变形，应尽量减小加工时的切削力和挤压。

硬盘基片的切削采用具有良好刚性和稳定性的超高精度磁盘车床。切削深度约为0.01～0.02mm,进给量约为0.5mm。

硬盘基片单晶金刚石车刀的刀头形状如图1所示。刀头有两个主切削刃，加工时可以左右进刀。较长的修光刃可保证左右两个方向加工时修光刃后刀面的磨损不会互相干涉。两个主前刀面在进给方向下倾5°，从而得到约2.5°的负前角，使切屑流向待加工表面，以避免切屑划伤已加工表面。金刚石车刀非常锋利，刀刃圆弧半径小于100nm，5°的后角已可充分减小后刀面与已加工表面的挤压和摩擦。

该刀具的关键质量要求是刀刃及刀尖在500倍显微镜下观察无缺陷。其设计原则同样适用于其它超精密镜面加工刀具。

首饰批花刀

首饰批花刀用于在金、银首饰上铣削出树叶形的花纹图案，实际上是一种成型铣刀，其刀头形状如图2所示。刀尖角在110°～

150°之间，以适应不同大小及深度的花纹加工。由于批花机床结构简单、刚性差、振动大，加之采用断续干切削，加工条件很差，因此批花刀刀头需要具有较强的抗冲击能力。5°的负前角和

1°～1.5°的后角可有效增加刀刃强度，同时较小的后角还可使刀具与工件之间适当挤靠，使切削不至于“发虚”，防止切削振动在已加工表面形成“振纹”。

首饰批花刀与加工表壳及一些高光装饰零件用刀具的设计原则大致相同，该类刀具要求刀刃在200～500倍显微镜下观察无崩口。

隐形眼镜车刀

隐形眼镜所用材料非常柔软，且有一定的抗拉强度，一般材料刀具由于刀刃圆弧过大，很难对其进行切削加工。由于车削加工后还有一道研磨工序，因此车削加工的表面粗糙度只要求达到Ra0.1μm，车削加工的主要目的是得到具有一定形状精度的凹凸圆弧面，对刀具的主要要求是刀刃的锋利性。隐形眼镜车刀的刀头形状如图3所示。为满足切削凹圆弧面的需要，采用15°的后角，要求刀刃在100倍显微镜下观察无崩口。

3单晶金刚石刀具的使用与维护

单晶金刚石刀具脆性大，加之刀刃非常锋利，受到冲击时容易产生崩刃，因此应尽可能在平稳、无振动的工作条件下使用；同时还应尽可能提高工件和刀具的装卡刚性及整个系统的刚性，增加其抗振能力。切削用量以不超过0.1mm为宜。

较高的切削速度可减小切削力，而低速切削则会增大切削力，从而加速刀具崩刃失效，因此采用金刚石刀具加工时切削速度不宜过低。

应避免在静止状态下使金刚石刀具与工件或其它硬物接触，以防止碰伤刀具刃口。操作人员的指甲和指纹中容易夹带砂粒等硬质物，用指甲或手指直接刮擦刀刃也可能损坏金刚石刀刃。金刚石刀具的检测和调刀应采用光学仪器等非接触式测量方法。

应采用脱脂棉加适量酒精或丙酮清洗金刚石刀具。刀具不使用时应套上橡胶或塑料保护套，并放置于单独的刀盒中。

使用直线修光刃金刚石刀具进行镜面切削时，要求副偏角小于几分，而刀具在安装过程中可能产生达1°的安装误差，所以加工前需要对刀具进行对刀，通过调整刀具修光刃与进给方向的平行度，以获得最佳的加工表面粗糙度。对刀方法如下：首先在工件上加工出一小段表面，然后在10～30倍显微镜下调整刀具，使修光刃与其在新加工表面中的镜像平行。由于平行度要求较高，因此必须进行耐心而精

细的反复调整。应注意：拧动刀杆夹紧螺钉时可能使刀具产生微小转动而导致对刀失败。

由于直线修光刃刀具的对刀过程费时费力，因此对于一些精度要求稍低的镜面切削可采用半径为10～30mm的圆弧刃刀具代替直线修光刃刀具。这种圆弧刃刀具的形状与隐形眼镜车刀类似，只是减小了后角，增大了刀尖圆弧半径。使用这种刀具不但可简化对刀过程，而且当一段圆弧磨损后，稍微转动刀具后还可使用另一段新圆弧，从而增加了刀具寿命。高精度的单晶金刚石圆弧刀具也是加工凹面反射镜的必备刀具。

超薄天然石材复合板分类及优势分析

一、概述

超薄石材复合板由两种及以上不同板材用胶粘剂粘接而成。面材为天然石材，基材为瓷砖、石材、玻璃或铝蜂窝等。

二、分类

1）按基材分类分为：

①石材- 铝蜂窝复合板

②石材-硬质基材复合板

a) 石材- 瓷砖复合板b) 石材- 石材复合板c) 石材- 玻璃复合板d）石材-聚氨酯（保温材料）

2）按形状分为：

①普型板

②圆弧板

3）按面材表面加工程度分为：

①镜面板

②亚光面板

③粗面板

4）按等级分为：

①优等品

②一等品

③合格品

三、执行标准

JC/T 1049-2007《超薄天然石材型复合板》

四、优势

重量轻：大理石复合板最薄可以只有5mm厚(与铝塑板复合)。常用的复合瓷砖或花岗岩，也只有12mm厚左右，仅运输方面就节省了许多成本，对大楼有载重限制的情况下它是最佳选择。

强度高：大理石与瓷砖、花岗岩、铝蜂窝板等复合后，其抗弯、抗折、抗剪切的强度明显得到提高，大大降低了运输、安装、使用过程中的破损率。

抗污染能力提高：普通大理石原板(通体板)在安装过程中或以后使用过程中，如用水泥湿贴，很有可能半年或一年后，大理石表面出现各种不同的变色和污渍，非常难以去除。复合板因其底板更加坚硬致密，

同时还有一层薄薄的胶层，就避免了这种情况发生。

更易控制色差：因大理石复合板是用1m2的原板(通体板)切成3片或4片变成了3m2或4m2，而其花纹、颜色几乎与原板材100%相同，因而更易保证大面积使用。

安装方便：因具备以上特点，在安装过程中，无论重量、易破碎(强度等)或分色拼接都大大提高了安装效率和安全，同时也降低了安装成本。

突破禁区：大理石的装饰部位，无论内外墙、地面、窗台、门廊、桌面等等，普通的原板(通体板)都不存在问题，唯独天花板无论是大理石或是花岗岩，任何一家装饰公司都不敢也不可能冒这个险。而大理石与铝塑板、铝蜂窝粘合后的复合板就突破了这个石材装饰的禁区。因为它非常轻盈，重量只有通体板的1/5至1/10。要想用石材装饰天花板非它莫属。

隔音、防潮：用铝蜂窝板与大理石做成的复合板，因其用等边六边型做成的中空铝蜂芯拥有隔音、防潮、隔热、防寒的性能。因而，这些特点就远远超越了通体板所不具备的性能特点。

节能、降耗：石材铝蜂窝复合板因其有隔音、防潮、保温的性能，因而，在室内外安装后可较大降低电能和热能的消耗。

降低成本：因石材复合材较薄较轻，在运输安装上就节省了一部份成本，而且对于较贵的石材品种，做成复合板后都不同程度地比原板的成品板价格成本低廉。

大理石复合板既有天然石材的性能特点优势，又有实用中的性能比

较优势，这也决定了其未来市场的可持续发展态势。国际市场上愈来愈多的国家和地区的广泛使用，也验证了大理石复合板的市场发展趋势。

PCD刀具重要的制造技术

PCD刀具重要的制造技术 1、聚晶金刚石刀具（PCD）的制造过程主要包括两个阶段：①PCD复合片的制造：PCD复合片是由天然或人工合成的金刚石粉末与结合剂（其中含钴、镍等金属）按一定比例在高温（1000～2000℃）、高压（5～10万个大气压）下烧结而成。 在烧结过程中，由于结合剂的加入，使金刚石晶体间形成以TiC、SiC、Fe、Co、Ni等为主要成分的结合桥，金刚石晶体以共价键形式镶嵌于结合桥的骨架中。通常将复合片制成固定直径和厚度的圆盘，还需对烧结成的复合片进行研磨抛光及其它相应的物理、化学处理。②PCD刀片的加工：PCD刀片的加工主要包括复合片的切割、刀片的焊接、刀片刃磨等步骤。 2、PCD复合片的切割工艺 由于PCD复合片具有很高的硬度及耐磨性，因此必须采用特殊的加工工艺。目前，加工PCD复合片主要采用电火花线切割、激光加工、超声波加工、高压水射流等几种工艺方法，其工艺特点的比较如下。 PCD复合片切割工艺的比较： 工艺方法－工艺特点 电火花加工－高度集中的脉冲放电能量、强大的放电爆炸力使PCD材料中的金属融化，部分金刚石石墨化和氧化，部分金刚石脱落，工艺性好、效率高 超声波加工－加工效率低，金刚石微粉消耗大，粉尘污染大 激光加工－非接触加工，效率高、加工变形小、工艺性差 在上述加工方法中，电火花加工效果较佳。PCD中结合桥的存在使电火花加工复合片成为可能。在有工作液的条件下，利用脉冲电压使靠近电极金属处的工作液形成放电通道，并在局部产生放电火花，瞬间高温可使聚晶金刚石熔化、脱落，从而形成所要求的三角形、长方形或正方形的刀头毛坯。电火花加工PCD 复合片的效率及表面质量受到切削速度、PCD粒度、层厚和电极质量等因素的影响，其中切削速度的合理选择十分关键，实验表明，增大切削速度会降低加工表面质量，而切削速度过低则会产生“拱丝”现象，并降低切割效率。增加金刚石刀具（PCD）刀片厚度也会降低切割速度。 3、PCD刀片的焊接工艺 PCD复合片与刀体的结合方式除采用机械夹固和粘接方法外，大多是通过钎焊方式将PCD复合片压制在硬质合金基体上。焊接方法主要有激光焊接、真空扩散焊接、真空钎焊、高频感应钎焊等。目前，投资少、成本低的高频感应加热钎焊在PCD刀片焊接中得到广泛应用。在刀片焊接过程中，焊接温度、焊剂和焊接合金的选择将直接影响焊后刀具的性能。在焊接过程中，焊接温度的控制十分重要，如焊接温度过低，则焊接强度不够；如焊接温度过高，PCD容易石墨化，并可能导致“过烧”，影响PCD复合片与硬质合金基体的结合。 在实际加工过程中，可根据保温时间和PCD变红的深浅程度来控制焊接温度（一般应低于700℃）。国外的高频焊接多采用自动焊接工艺，焊接效率高、质量好，可实现连续生产；国内则多采用手工焊接，生产效率较低，质量也不够理想。 4、PCD刀片的刃磨工艺 PCD的高硬度使其材料去除率极低（甚至只有硬质合金去除率的万分之一）。目前，聚晶金刚石刀具（PCD）刃磨工艺主要采用树脂结合剂金刚石砂轮进行磨削。由于砂轮磨料与PCD之间的磨削是两种硬度相近的材料间的相互作用，因此其磨削规律比较复杂。对于高粒度、低转速砂轮，采用水溶性冷却液可

单晶金刚石刀具项目策划方案

单晶金刚石刀具项目 策划方案 规划设计/投资方案/产业运营

单晶金刚石刀具项目策划方案 单晶金刚石刀具切削时不易黏刀及产生积屑瘤，加工表面质量好，是 超精密加工用具。单晶金刚石刀具的特殊性能使其在超精密切削加工中具 有不可替代的作用，其中的单晶金刚石尖刀刀具已广泛用于F-theta透镜、光纤接头的V型槽结构、透镜、光柵等光学自由曲面和复杂微结构功能表 面的超精加工中。 该单晶金刚石刀具项目计划总投资16223.06万元，其中：固定资产投 资12323.30万元，占项目总投资的75.96%；流动资金3899.76万元，占项目总投资的24.04%。 达产年营业收入34133.00万元，总成本费用26983.78万元，税金及 附加291.03万元，利润总额7149.22万元，利税总额8426.35万元，税后 净利润5361.91万元，达产年纳税总额3064.44万元；达产年投资利润率44.07%，投资利税率51.94%，投资回报率33.05%，全部投资回收期4.53年，提供就业职位717个。 提供初步了解项目建设区域范围、面积、工程地质状况、外围基础设 施等条件，对项目建设条件进行分析，提出项目工程建设方案，内容包括：场址选择、总图布置、土建工程、辅助工程、配套公用工程、环境保护工 程及安全卫生、消防工程等。

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单晶金刚石刀具项目策划方案目录 第一章申报单位及项目概况 一、项目申报单位概况 二、项目概况 第二章发展规划、产业政策和行业准入分析 一、发展规划分析 二、产业政策分析 三、行业准入分析 第三章资源开发及综合利用分析 一、资源开发方案。 二、资源利用方案 三、资源节约措施 第四章节能方案分析 一、用能标准和节能规范。 二、能耗状况和能耗指标分析 三、节能措施和节能效果分析 第五章建设用地、征地拆迁及移民安置分析 一、项目选址及用地方案

金刚石刀具的选用

金刚石刀具的种类与选用 摘要:简要介绍了金刚石材料的的主要性能特点?并对近几年来正在迅速发展的金刚石切削刀具的特点、性能、种类及其选用方法作了较为详细的叙述。 关键词：天然金刚石聚晶金刚石PCI刀具CVD刀具切削性能刀具寿命 目前世界上金刚石的年耗量大约以8%——10%的速度增长?有人预言21世纪将是金刚石全面应用的时代，我国对人造金刚石的研究与应用始于20世纪70年代，并于1969年在贵阳建造了第1个人造金刚石及其制品的专业生产厂——第六砂轮厂。从1970——1990年，人造金刚石年产量从46万克拉增至3500万克拉。20世纪90年代前后，从国外引进了先进设备及金刚石生产技术，产量迅速增，1997年我国人造金刚石年产量已达到5亿克拉左，生产量位居世界首位。 金刚石是碳的同素异形体，是目前已知的最硬物质?其显微硬度可达HV10000，作为刀具材料，也是目前最硬的，并已得到广泛应用。在合适的切削加工条件下，金刚石刀具比高速钢、硬质合金、陶瓷和聚晶立方氮化硼等刀具的使用寿命都要长。特别是用金刚石刀具切削加工铜、铝等有色金属和非金属耐磨材料时特别有效?其切削速度可比硬质合金刀具高一个数量级，例如铣削铝合金的切削速度为3000——4000m/min，甚至可达到7000m/min，且这时的金刚石刀具使用寿命也比硬质合金刀具高几十、甚至几百倍。 金刚石刀具不但可用于一般的车、镗、铣削，还成功地用于精密孔的加工前保证光刻胶线宽与设计一致，并且在需要电铸的部位光刻胶显影干净，在电铸时调整电铸条件和参数得到最佳的电铸效果?只有满足以上工艺要求制备的微弹簧才能获得较好的力学性能。当微弹簧所受拉力增大，便脱离弹性阶段，此时拉力-伸长曲线进入第2段，变为非线形 金刚石刀具的种类较多，可分为：单晶金刚石刀具、聚晶金刚石（PCD)、聚晶金刚石复合片（PCD)、CVD金刚石刀具和电镀金刚石刀具。 单晶金刚石刀具 单晶金刚石有天然的（ND)和人工合成的2种(单晶金刚石用作切削刀具必须是大颗粒的，一般其质量要大于0.1g其最小直径和长度均不得小于3mm，单晶金刚石刀具主要用于对表面粗糙度、几何形状精度和尺寸精度有较高要求的精密加工领域。 天然单晶金刚石是金刚石中最耐磨的材料(它本身质地细密，经过精细研磨，切削刃的刃口圆弧半径可小到0.010——0.002um。但天然单晶金刚石较脆，其结晶各向异性，不同晶面或同一晶面不同方向的晶体硬度均有差异，在进行刃磨和使用时必须选择合适的方向，使用条件较为苛刻，且资源有限，价格十分昂贵(天然单晶金刚石刀具主要用于某些有色金属的超精密切削加工或用于黄金首饰的生产加工中。 人工合成单晶金刚石的尺寸、形状和性能都具有良好的一致性，目前由于高温、高压技术日趋成熟，能够制备一定尺寸的人工合成单晶金刚石，南非DC Boors公司和美国生产的合成单晶金刚石颗粒尺寸可达9——10mm，使人工合成单晶金刚石的应用在工业生产中得到了迅速的发展。尤其在加工高耐磨的层状木板时，其切削性能要优于PCD金刚石,不会引起刃口的过早钝化。 聚晶金刚石及其复合刀片（PCD/CC） PCD是在高温、高压下，利用钴等金属结合剂将许多金刚石单晶粉聚晶成多晶体材料。其硬度虽然稍低于单晶金刚石，但它是随机取向的金刚石晶粒的聚合，属各向同性，用作切

超硬刀具主要包括金刚石刀具和立方氮化硼刀具

1 概述 超硬刀具主要包括金刚石刀具和立方氮化硼刀具，其中以人造金刚石复合片(PCD)刀具及立方氮化硼复合片(PCBN)刀具占主导地位。随着现代制造业（尤其是汽车制造业）的快速发展，超硬 刀具的生产及应用也逐年快速增长。图1、图2分别为PCD刀具和PCBN 刀具近十几年来全球销售额的增长情况。至1997 年，PCD刀具年销售额已达2.3亿美元，PCBN刀具年销售额为1.7亿美元。 超硬刀具大部分用于汽车零部件的切削加工。图3、图4分别为1995年全球PCD刀具和PCBN 刀具在各应用领域的销量份额。其中，PCD刀具的60%用于汽车制造业，近30%用于木工刀具 (至九十年代末期PCD木工刀具的份额已占到40%)；PCBN 刀具的1/2用于汽车制造业，约 20%用于重型设备(如轧辊等)的加工。 近年来，随着CNC加工技术的迅猛发展以及数控机床的普遍使用，可实现高效率、高稳定性、 长寿命加工的超硬刀具的应用也日渐普及，同时引入了许多先进的切削加工概念，如高速切削、硬态加工、高稳定性加工、以车代磨、干式切削等。超硬刀具已成为现代切削加工中不可缺少的重要手段。 2 超硬刀具的主要品种及特点 (1) PCD金属切削刀具 PCD金属切削刀具可利用PCD材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。此类刀具从结构上主要可分为焊接式PCD刀具和可转位式PCD刀片。 近年来焊接式PCD刀具中发展较快的品种是带标准刀柄的PCD刀具，如带柄PCD铣刀、PCD镗刀、PCD铰刀等，刀柄型式主要为圆柱柄、锥柄和HSK柄。这种刀具（尤其是多齿刀具）的特点是切削刃对刀柄的跳动小（如刃长为30mm的HSK柄PCD铣刀的切削刃跳动仅为0.002mm），尤其适合于对各种有色金属零件的成形面、孔、阶梯孔等进行大批量高速加工。例如，采用铝基体刀盘的PCD高速铣刀（六刃，直径100mm），最高转速可达20,000R/MIN, 以上，切削速度可达7,000M/MIN，适合于汽车零部件的成形面加工。https://www.wendangku.net/doc/8010221881.html, 非标工装夹具设计CNC精密零件加工焊接工装夹具制

金刚石刀具

金刚石刀具 金刚石刀具具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨胀系数，以及与非铁金属亲和力小等优点。可以用于非金属硬脆材料如石墨、高耐磨材料、复合材料、高硅铝合金及其它韧性有色金属材料的精密加工。金刚石刀具类型繁多，性能差异显著，不同类型金刚石刀具的结构、制备方法和应用领域有较大区别。 天然金刚石刀具目前主要用于紫铜及铜合金和金、银、铑等贵重有色金属，以及特殊零件的超精密镜面加工，如录相机磁盘、光学平面镜、多面镜和二次曲面镜等。但其结晶各向异性，刀具价格昂贵。PCD的性能取决于金刚石晶粒及钴的含量，刀具寿命为硬质合金(WC基体)刀具的10～500倍。主要用于车削加工各种有色金属如铝、铜、镁及其合金、硬质合金和耐磨性极强的纤维增塑材料、金属基复合材料、木材等非金属材料。切削加工时切削速度、进给速度和切削深度加工条件取决于工件材料以及硬度。人造聚晶金刚石复合片(PDC)性能和应用接近PCD刀具，主要用在有色金属、硬质合金、陶瓷、非金属材料(塑料、硬质橡胶、碳棒、木材、水泥制品等)、复合材料等切削加工，逐渐替代硬质合金刀具。由于金刚石颗粒问有部分残余粘结金属和石墨，其中粘结金属以聚结态或呈叶脉状分布会减低刀具耐磨性和寿命。此外存在溶媒金属残留量，溶媒金属与金刚石表面直接接触。降低(PDC)的抗氧化能力和刀具耐热温度，故刀具切削性能不够稳定。金刚石厚膜刀具制备过程复杂，因金刚石与低熔点金属及其合金之间具有很高的界面能。金刚石很难被一般的低熔点焊料合金所浸润。可焊性极差，难以制作复杂几何形状刀具，故TDF焊接刀具不能应用在高速铣削中。金刚石涂层刀具可以应用于高速加工，原因是除了金刚石涂层刀具具有优良的机械性能外，金刚石涂层工艺能够制备任意复杂形状铣刀，用于高速加工如铝钛合金航空材料和难加工非金属材料如石墨电极等。显示为纯金刚石。ND是目前已知矿物中最硬的物质，主要用于制备刀具车刀。天然金刚石刀具精细研磨后刃口半径可达0.01～0.002µm。其中天然单晶金刚石(Single Crystalline Diamond，SCD)刀具切削刃部位经高倍放大1500倍仍然观察到刀刃

金刚石刀具知识点分析

刀具基础知识一、刀具材料应具备的性能； A，高的硬度和高耐磨性 1.硬度是刀具材料应具备的基本特性 2.耐磨性是指材料抵抗磨损的能力。 B，足够的强度和韧性 1.强度是刀具材料抵抗破坏的能力 2，韧性是指材料发生断裂时外界做功的大小。 3.高的耐热性和热传性 4.良好的工艺性和经济性 1）切削性能 目前刀具材料分四大类：工具钢、硬质合金、陶瓷及超硬刀具材料等。

常用的刀具材料 一、工具钢 1. 碳素工具钢 碳素工具钢是含碳量为0.65％～1.3％的优质碳素钢。常用的钢号有T7A、T8A等。 耐热温度：200℃～300℃。 2. 合金工具钢 1868年，英国的穆舍特制成含钨的合金工具钢。在碳素工具钢中加入适当的元素铬（Cr）、硅常用的合金工具钢有9CrSi，CrWMn等（Si）、锰（Mn）、钒（V）、钨（W）等炼成的。 耐热温度：325℃～400℃。 主要用于制造细长的或截面积大、刃形复杂的刀具。 二，高速钢 高速钢是一种富含钨（W）、铬（Cr）、钼（Mo）、钒（V）等元素的高合金工具钢。 美国的F.W.泰勒和M.怀特于1898年创制的。含碳量一般在0.70～1.65％之间。 耐热温度：500℃～650℃。 高速钢的抗弯强度是硬质合金的3～5倍，冲击韧性是硬质合金的6～10倍 1.普通高速钢（HSS） 2.钨系高速钢：W18Cr4V (W18) 3.具有较好的综合性能，可制造复杂刃型的刀具。但由于钨是稀有金属，现在很少使用。 4.钨钼系高速钢：W6Mo5Cr4V2 (M2) 5.M2的碳化物颗粒小，分布均匀，具有较高的抗弯强度、塑性、韧性和耐磨性。又因为钼的存在，使其热塑性非常好。 2. 高性能高速钢（HSS-E）

金刚石刀具的磨损机理

金刚石刀具的磨损机理 引言：由于金刚石材料的高硬度和各向同性使其磨损非常缓慢。是一种理想的刀具材料。为了充分发挥PCD刀具的切削性能，世界各国先后投入大量人力物力对PCD刀具进行研究。 1、金刚石刀具的磨损形态 金刚石刀具的磨损形态常见于前刀面磨损、后刀面磨损和刃口崩裂。 1、金刚石刀具的磨损机理 金刚石刀具的磨损机理比较复杂，可分为宏观磨损与微观磨损。前者以机械磨损为主，后者以热化学磨损为主。宏观磨损的基本规律如图，早期磨损迅速，正常磨损十分缓慢。通过高倍显微镜观察，刃口质量越差及锯齿度越大，早期磨损就越明显。这是因为金刚石刀刃圆弧采用机械方法研磨时，实际得到的是不规则折线如图，在切削力作用下，单位折线上压力迅速增大，导致刀刃磨损加快。另一个原因是，当金刚石刀具的刃磨压力过大或刃磨速度过高，及温度超过某一临界值时，金刚石刀具表面就会发生氧化与石墨化，使金刚石刀具表面的硬度降低，形成硬度软化层。在切削力作用下，软化层迅速磨损。由此可见，金刚石刀具刃磨质量的高低会严重影响它的使用寿命与尺寸精度的一致性。 当宏观磨损处于正常磨损阶段，金刚石刀具的磨损十分缓慢，实践证明，在金刚石的结晶方向上的磨损更是缓慢。随着切削时间的延长，刀具仍有几十至几百纳米的磨损，这就是微观磨损。通过高倍显微镜长期观察以及用光谱与衍射分析后，金刚石刀具的微观磨损原因可能有以下3个： 1随着切削时间的不断延长，切削区域能量不断积聚，温度不断升高，当达到热化学反应温度时，就会在刀具表面形成新的变质层。变质层大多是强度甚差的氧化物与碳化物，不断形成，不断随切屑消失，逐渐形成磨损表面。

2金刚石晶体在切削力特别是承受交变脉冲载荷持续作用下，一个又一个C原子获得足够的能量后从晶格中逸出，造成晶体缺陷，原子间引力减弱，在外力作用下晶格之间发生剪切与剥落，逐渐形成晶格层面的磨损，达到一定数量的晶格层面磨损后就会逐渐形成刀具的磨损表面。 3金刚石刀具在高速切削有色金属及其合金时，在长时间的高温高压作用下，当金刚石晶体与工件的金属晶格达到分子甚至原子之间距离时，引起原子之间相互渗透。改变了金刚石晶体的表面成分，使得金刚石刀具表面的硬度与耐磨性降低，这种现象称为金刚石的溶解。金刚石刀具的磨损程度与磨损速度则取决于金刚石原子在有色金属或在其它非金属材料原子中的溶解率。实践证明，金刚 石刀具在切削不同的材料时，有不同的溶解率，也就是说金刚石刀具在不同切削条件下切削不同的工件材料，磨损速度与程度是不相同的，溶解率越大，金刚石刀具磨损就越快。 2、金刚石刀具的化学磨损 微切削加工用来制作具有光学表面质量的零件,目前只限于少数材料。属于这一类的材料主要有高纯度铜、无硅铝合金和含磷量约为12%的非电流析出镍。工业上很重要的铁基材料则由于单晶金刚石刀具的严重磨损而无法加工。解决这一问题主要有三种可能的途径,也就是说,通过改进切削加工工艺、刀具材料和被加工材料。金刚石刀具沉积硬质材料涂层则属于改进刀具材料。涂层应能阻止金刚石与被加工材料的直接接触。 为了确定适宜的硬质材料涂层,首先应研究切削加工过程中刀具与工件之间存在的界面的相互作用。切削加工Fe、Ni、Cr、Ti等(门捷列夫元素周期表第-族过渡金属)金属材料时,金刚石刀具则出现严重的化学磨损。解释化学磨损的一种假设是过渡金属中存在非配对d电子。过渡金属倾向于通过其d轨道与碳的p轨道

单晶金刚石刀具刃磨特点

单晶金刚石刀具刃磨特点 1引言 在超精密加工中，保证加工表面质量的主要因素除了高精度的机床、超稳定的加工环境外，高质量的刀具也是很重要的一个方面。天然金刚石具有硬度高、耐磨性好、强度高、导热性好、与有色金属摩擦系数低、抗黏结性好以及优良的抗腐蚀性和化学稳定性，可以刃磨出极其锋利的刀刃，被认为是最理想的超精密切削用刀具材料，在机械加工领域尤其是超精密加工领域有着重要地位并得到广泛应用。 2单晶金刚石的物理特性 金刚石是单一碳原子的结晶体，其晶体结构属于等轴面心立方晶系(一种原子密度最高的晶系)。由于金刚石中碳原子间的连接键为sp3杂化共价键，因此具有很强的结合力、稳定性和方向性。它是目前自然界已知的最硬物质，其显微硬度可达10000HV，其它物理特性见下表。 表金刚石的物理性能 物理性能-数值 硬度-60000～100000MPa，随晶体方向和温度而定 抗弯强度-210～490MPa 抗压强度-1500～2500MPa 弹性模量-(9～10.5)×10的12次方MPa 热导率-8.4～16.7J/cm·s·℃ 质量热容-0.156J/(g·℃)(常温) 开始氧化温度-900～1000K 开始石墨化温度-1800K(在惰性气体中) 和铝合金、黄铜间的摩擦系数-0.05～0.07(在常温下) 二十世纪七十年代后期，在激光核融合技术的研究中，需要大量加工高精度软质金属反射镜，要求软质金属表面粗糙度和形状精度达到超精密水平。如采用传统的研磨、抛光加工方法，不仅加工时间长、费用高、操作难度大，而且不易达到要求的精度。因此，亟需开发新的加工方法。在现实需求的推动下，单晶金刚石超精密切削技术得以迅速发展。由于单晶金刚石本身的物理特性，切削时不易黏刀及产生积屑瘤，加工表面质量好，加工有色金属时，表面粗糙度可达Rz0.1～0.05μm。金刚石还能有效地加工非铁金属材料和非金属材料，如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、未烧结硬质合金、各种纤维和颗粒加强复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨木材(尤其是实心木和胶合板、MDF等复合材料)。 3天然单晶金刚石刀具的刃磨特点 超精密加工中，单晶金刚石刀具的两个基本精度是刀刃轮廓精度和刃口的钝圆半径。要求加工非球面透镜用的圆弧刀具刃口的圆度为0.05μm以下,加工多面体反射镜用的刀刃直线度为0.02μm;刀具刃口的钝圆半径(ρ值)表示了刀具刃口的锋利程度，为了适应各种加工要求，刀刃刃口半径范围从20nm～1μm。 3.1单晶金刚石刀具的晶面选择

金刚石刀具

金刚石的刀具发展与技术 侯文文0840202211 摘要：本文主要对金刚石刀具的分类、加工方法、金刚石刀具的发展现状及应用领域作了简单的介绍，对聚晶金刚石刀具的刃磨技术作了详细的研究分析。 1、引言：随着现代加工制造业对高速切削加工的要求不断提高，对于各种难切削复合材料、工程陶瓷材料等，传统的切削加工刀具已不能满足高速切削的需要，而超硬切削刀具是解决以上问题的有效手段，其中，金刚石刀具的应用较为广泛。金刚石具有极高的硬度、良好的耐磨性和导热性、低摩擦系数和热膨胀系数，在现代切削加工中体现出难以替代的优越性，被誉为当代提高生产率最有希望的刀具材料之一。目前，金刚石刀具在机械加工中的应用日渐普及，已成为现代材料加工中不可或缺的重要工具。 2、金刚石刀具的基本介绍 2.1 天然金刚石(ND)刀具 为天然金刚石拉蔓峰谱，具有以下特征： (1)1332尖锋处显示存在金刚石。 (2)波型幅度(FWHM)为4.1cm-1 显示为纯金刚石。ND是目前已知矿物中最硬的物质，主要用于制备刀具车刀。天然金刚石刀具精细研磨后刃口半径可达0.01～0.002µm。其中天然单晶金刚石(Single Crystalline Diamond，SCD)刀具切削刃部位经高倍放大1500倍仍然观察到刀刃光滑。SCD

车削铝制活塞时Ra可达到4µm，而在同样切削条件下用PCD 刀具加工时的表面粗糙时的Ra为15～50µm。故采用SCD刀具配合精密车床进行精密和超精密加工，可获得镜面表面。 2.2 聚晶金刚石(PCD)刀具 PCD是高温超高压条件下通过钴等金属结合剂将金刚石微粉聚集烧结合成的多晶体材料，又称烧结金刚石。聚晶金刚石刀具整体烧结成铣刀，用于铣削加工，PCD晶粒呈无序排列状态，属各向同性，硬度均匀，石墨化温度为550℃。刀具具有高硬度、高导热性、低热胀系数、高弹性模量和低摩擦系数。刀刃非常锋利等特点。 2.3 人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具 为提高PCD刀片的韧性和可焊性，常将PCD与硬质合金刀体做成人造聚晶金刚石复合刀片(PDc)。即在硬质合金基底其表面压制一层0.5～1mm厚的PCD烧结而成。复合刀片的抗弯强度与硬质合金基本一致，硬度接近PCD，故可以替代PCD使用。PCD及人造聚晶金刚石复合片(PDC)刀具的刃口锋利性和加工的工件表面质量低于ND。同时其可加工性很差，磨削比小，难以根据刀头的几何形状任意成形。目前利用人造聚晶金刚石复合片只能制备车刀，至今还不能制造带断屑槽的可转位刀片和复杂三维曲面几何形状的铣刀。 2.4 CVD金刚石厚膜(TDF)焊接刀具 金刚石厚膜焊接刀具是把激光切割好CVD金刚石厚膜一次焊接至基体(通常为K类硬质合金)上，形成复合片，然后抛光复合片，二次焊接至刀体上，刃磨成需要的形状和刃口。如图3(a)所示，为CVD

单晶金刚石

由于各类金刚石在适应面上的互补性，金刚石刀具可加工范围有所扩展，人工合成金刚石替代天然金刚石，CVD金刚石替代PCD金刚石的趋势也日渐明显。切削加工也由此而进入了一个可实现高效、经济加工的新时期，其替代程度决定于技术和经济两方面因素，尤其是刀片的成型、刃磨和焊的难易程度将直接影响金刚石刀具的价格和性能。 通常PCD刀具适合于粗加工和要求刀具有较高断裂韧性的生产中，CVD厚膜和单晶金刚石刀具多用於高速精加工和半精加工。 在企业经营过程中手持刷卡机，危机非但无法避免，甚至可以形容为危机四伏。 对待危机，很多企业的应激反应就是：裁员。其实裁员只是并不能让危机远离，反而让危机更大、更猛、更久。 这里分享一个大家并不陌生的案例：威罗比·马柯米克先生经营的马柯米克公司是一家著名的香料公司，因为种种原因陷入危机，此时只有降低所有职员10%的薪水才可以达到收支平衡，渡过危机。而就在这个时候，威电动二通阀罗比先生撒手人寰。其侄子查理斯·马柯米克先生出任公司董事长伊始，非但没有降低所有职员10%的薪水，反而每人加了10% 的薪水，职员们为之鼓舞，齐心协力很快就扭转危局，转危为安。 首先，危机来袭，企业最需要的是凝聚人心，团结一致的克服困难，裁员的结果只能让人心惶惶，最终危机还没来你就已经败得一塌糊涂了公交刷卡机 。此时，为了得到更多的支持，你虽然不必加薪，但更不能以减薪或裁员来应对。因为节省下来的是杯水车薪，不足以抵抗危机，反而让大家人人自危。俗话说：人心齐泰山移。只要队伍不散，人心不散，一切困难都可以克服。目前，单晶金刚石、PCD（或PCD/CC）、以及CVD金刚石均成功用作车刀、镗刀、钻头、铰刀、铣刀、成形刀和切齿刀具等切削部分的制作材料。 金刚石材料的品种必须根据所加工材料的性质和加工要求来选择，除满足技术要求外，还应满足经济和环保性能的要求。 PCD和PCD/CC材料 PCD和PCD/CC是生产中最常用的金刚石材料，它不仅适用通常机械加工领域，还广泛地应用在汽车、摩托车、高速列车、石油、化工、建筑、木材加工以及航空航天等工业部门。在汽车和摩托车领域中，PCD和PCD/CC适用于加工发动机铝合金活塞的裙部、销孔、汽缸体、变速箱、化油器等耐磨零部件。而这些零部件大多是含矽量较高（Si>12%）的铝基复合材料，其内高硬度的硬质颗粒（如SiC的硬度高达3000~3500HV）分布在铝合金基

CVD金刚石刀具的研究与应用

泉州师范学院 毕业论文（设计） 题目CVD金刚石刀具的研究与应用 物理与信息工程学院物理学专业10 级学生姓名陆雯冰学号100302027 指导教师陈永红职称讲师 完成日期2014年4月24日 教务处制

CVD金刚石刀具的研究与应用 物理与信息工程学院物理专业100302027 陆雯冰 指导老师陈永红讲师 【摘要】化学气相沉积金刚石与天然金刚石很相似,它是一种新型刀具材料。CVD金刚石刀具又分成一种是CVD 金刚石厚膜焊接刀具，另一种是CVD薄膜涂层刀具，物本文主要对CVD刀具的研究与应用现状进行阐述【关键词】薄膜;厚膜;金刚石;化学气相沉积;刀具 The research and application of CVD diamond cutting tools 100302027 Lu Wenbing physics and information engineering college physics major The instructor Chen Yonghong Lecturer 【abstract】Chemical vapor deposition of diamond and natural diamond are similar, it is a new kind of cutting tool materials.CVD diamond tool and is divided into a CVD diamond thick film welding tool, the other is a CVD thin film coated tools, this article mainly elaborates the research and application status of the cutting tool. 【key words】Film;thick film;diamond;chemical vapor deposition;cutting tool 引言 世界在不断地发展，科技在不断地进步，汽车、航天和航空工业也在快速地发展，对材料的轻质量化、高强度的要求迅速提高，一些新材料在工业中广泛应用，比如说石墨、陶瓷、有色金属以及合金等，然而，一般的高速钢和硬质合金刀具难以对这些物质进行切削加工。此外，现代尖端科技产品的机械加工，都要求得到高的加工精度和超光滑的加工表面，研究出能长时间恒定地进行加工，且耐磨性能优异的超硬材料刀具是金刚石刀具的发展方向。 金刚石是加工石墨、陶瓷、有色金属以及合金的理想刀具材料，其具有良好的导热性、硬度、耐磨性和化学惰性，低的摩擦系数、热膨胀系数等性质。金刚石刀具大致可分为天然金刚石刀具、化学气相沉积（CVD）金刚石刀具、聚晶金刚石（PCD）刀具等。因为天然金刚石价格高，所以天然金刚石刀具没有在工业上得到广泛的应用。聚晶金刚石（PCD）刀具有很好的切削性能，能对难加工的非金属材料进行加工,但该刀具中加入的粘结剂会使得它的耐磨性和硬度低于天然金刚石刀具，此外，聚晶金刚石刀具无法制造复杂的形状，切削工件难以保证高精度。20世纪80时年代，伴随着化学气相沉积（CVD）金刚石的出现，CVD金刚石刀具也随之诞生，CVD金刚石刀具没有添加任何金属结合剂，其性能与PCD 刀具很类似，且与PCD刀具对比，CVD刀具不仅造价低，而且还可以制造复杂形状的刀具。

金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用

金刚石刀具材料的种类、性能和特点及刀具应用金刚石是碳的同素异构体，它是自然界已经发现的最硬的一种材料。金刚石刀具具有高硬度、高耐磨性和高导热性能，在有色金属和非金属材料加工中得到广泛的应用。尤其在铝和硅铝合金高速切削加工中，金刚石刀具是难以替代的主要切削刀具品种。可实现高效率、高稳定性、长寿命加工的金刚石刀具是现代数控加工中不可缺少的重要工具。 ⑴金刚石刀具的种类 ①天然金刚石刀具：天然金刚石作为切削刀具已有上百年的历史了，天然单晶金刚石刀具经过精细研磨，刃口能磨得极其锋利，刃口半径可达0.002μm，能实现超薄切削，可以加工出极高的工件精度和极低的表面粗糙度，是公认的、理想的和不能代替的超精密加工刀具。 ②PCD金刚石刀具：天然金刚石价格昂贵，金刚石广泛应用于切削加工的还是聚晶金刚石(PCD)，自20世纪70年代初，采用高温高压合成技术制备的聚晶金刚石(Polycrystauine diamond，简称PCD刀片研制成功以后，在很多场合下天然金刚石刀具已经被人造聚晶金刚石所代替。PCD原料来源丰富，其价格只有天然金刚石的几十分之一至十几分之一。 PCD刀具无法磨出极其锋利的刃口，加工的工件表面质量也不如天然金刚石，现在工业中还不能方便地制造带有断屑槽的PCD刀片。因此，PCD只能用于有色金属和非金属的精切，很难达到超精密镜面切削。

③CVD金刚石刀具：自从20世纪70年代末至80年代初，CVD金刚石技术在日本出现。 CVD金刚石是指用化学气相沉积法(CVD)在异质基体(如硬质合金、陶瓷等)上合成金刚石膜，CVD金刚石具有与天然金刚石完全相同的结构和特性。 CVD金刚石的性能与天然金刚石相比十分接近，兼有天然单晶金刚石和聚晶金刚石(PCD)的优点，在一定程度上又克服了它们的不足。 ⑵金刚石刀具的性能特点： ①极高的硬度和耐磨性：天然金刚石是自然界已经发现的最硬的物质。金刚石具有极高的耐磨性，加工高硬度材料时，金刚石刀具的寿命为硬质合金刀具的lO～100倍，甚至高达几百倍。 ②具有很低的摩擦系数：金刚石与一些有色金属之间的摩擦系数比其他刀具都低，摩擦系数低，加工时变形小，可减小切削力。 ③切削刃非常锋利：金刚石刀具的切削刃可以磨得非常锋利，天然单晶金刚石刀具可高达0.002～0.008μm，能进行超薄切削和超精密加工。 ④具有很高的导热性能：金刚石的导热系数及热扩散率高，切削热容易散出，刀具切削部分温度低。 ⑤具有较低的热膨胀系数：金刚石的热膨胀系数比硬质合金小几倍，由切削热引起的刀具尺寸的变化很小，这对尺寸精度要求很高的精密和超精密加工来说尤为重要。 ⑶金刚石刀具的应用。 金刚石刀具多用于在高速下对有色金属及非金属材料进行精细

超精密切削论文切削加工技术论文

超精密切削论文切削加工技术论文 超精密切削加工技术探析 摘要：超精密切削加工主要是由高精度的机床和单晶金刚石刀具进行的,故一般称为金刚石刀具具切削或SPDT。对超精密切削加工技术及其机理进行介绍和总结,希望对超精密加工行业同事有所指导。 关键词：超精密切削；金刚石；机床 通常,按加工精度划分,可将机械加工分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。加工精度在0.1～1μm,加工表面粗糙度在Ra0.02～0.1μm之间的加工方法称为精密加工；精度高于0.1μm,表面粗糙度小于Ra0.01μm之间的称为超精密加工。因此,如果从去除单位尺寸将切削加工加以区别的话,以微米级的去除,才属于超精密加工。 1 金刚石刀具切削的机理 超精密切削加工主要是由高精度的机床和单晶金刚石刀具进行的,故一般称为金刚石刀具切削或SPDT(Single Point Diamond Turning)。金刚石刀具的超精密切削加工虽有很多优点,但要使金刚石刀具超精密切削达到预期的效果,并不是很简单的事,许多因素都对它有影响。 1.1 切削厚度与材料切应力的关系 金刚石刀具超精密切削属微量切削,其机理和普通切削有较大差别。精密切削时要达到0.1微米的加工精度和Ra0.01微米的表面粗糙

度,刀具必须具有切除亚微米级以下金属层厚度的能力。由于切深一般小于材料晶格尺寸,切削是将金属晶体一部分一部分地去除。因此,精密切削在切除多余材料时,刀具切削要克服的是晶体内部非常大的原子结合力,于是刀具上的切应力就急剧增大,刀刃必须能够承受这个比普通加工大得多的切应力。 切削厚度与切应力成反比,切削厚度越小,切应力越大。当进行切深为0.1微米的普通车削时,其切应力只有500MPa；当进行切深为0.8微米的精密切削时,切应力约为10000MPa。因此精密切削时,刀具的尖端将会产生根大的应力和很大的热量,尖端温度极高,处于高应力高温的工作状态,这对于一般刀具材料是无法承受的。因为普通材料的刀具,其刀刃的刃口不可能刃磨得非常锐利,平刃性也不可能足够好,这样在高应力和高温下会快速磨损和软化,不能得到真正的镜面切削表面。而金刚石刀具却有很好的高温强度和高温硬度,能保持很好的切削性能,而不被软化和磨损。 1.2 材料缺陷及其对超精密切削的影响 金刚石刀具超精密车削是一种原子、分子级加工单位的去除(分离)加工方法,要从工件上去除材料,需要相当大的能量,这种能量可用临界加工能量密度δ(J/cm3)和单位体积切削能量ω(J/cm3)来表示。临界加工能量密度就是当应力超过材料弹性极限时,在切削相应的空间内,由于材料缺陷而产生破坏时的加工能量密度；单位体积切削能量则是指在产生该加工单位切削时,消耗在单位体积上的加工能量。

超精密切削加工主要指金刚石刀具的超精密切削

超精密切削加工主要指金刚石刀具的超精密切削。 超精密切削的工作机理： 普通的切削的切削深度一般远大于材料晶粒的尺寸，切削加工以数十计的晶粒团为加工单位，在切削力的作用下从基体上去除金属。而超精密加工的切削层很薄或尺寸很小，切削深度和进给量必然很小，特别是亚微米和纳米级的超精密切削，切削深度通常小于材料晶粒直径，使的切削只能在晶粒内部进行。 超精密切削时的切削力的特征为：切削力微小，单位切削力很大，切削力随着切削深度的减小而增大，而在切深很小时切削力却急剧上升。 超精密切削加工的特点与应用 （1）单位切削力大实现纳米级的超精密加工的物理实质是切断材料的分子、原子间的结合，实现原子或者分子的去除，因此切削力必须超过晶体内部的分子、原子结合力。 （2）切削温度由于超精密切削的切削用量极小以及金刚石刀具和工件材料具有的高导热性，因此超精密切削温度相当低。 （3）刀刃圆弧半径对最小切削厚度的限制刀具刃口半径限制了其最小的切削厚度，刀具刃口越小，允许的最小切削厚度也越小。 超精密切削的应用

超精密加工主要用于加工软金属材料以及光学玻璃、大理石和碳素纤维板等非金属材料，主要加工对象是精度要求很高的镜面零件。（下图是超精密切削球面镜的加工原理图） 球面镜的加工原理 1-主轴；2-凹面镜；3-刀具轴 超精密磨削 超精密磨削是当代能达到最低磨削表面粗糙度值和最高加工精度的磨削方法。超精密磨削去除量最薄，采用较小修整导程和吃刀量来修整砂轮，是靠超微细磨粒等高微刃磨削作用，并采用较小的磨削用量磨削。超精密磨削要求严格消除振动，并保证恒温及超净的工作环境。超精密磨削的光磨微细摩擦作用带有一定的研抛作用性质。 1.超精密砂轮磨削的磨削 超精密砂轮磨削机理： ( 1 ) 超微量切除超精密磨削是一种极薄切削，切屑厚度极小，磨削深度可能小于晶粒的大小，磨削就在晶粒内进行，因此磨削力一定要超过晶体内部非常大的原子、分子结合力，从而磨粒上所承受的切应力就急速地增加并变得非常大，可能接近被磨削材料的剪切强度的极限。同时，磨粒切削刃处受到高温和高压作用，要求磨粒材料有很高的高温强度和高温硬度