金剛石工具在
有色金屬和
耐磨材料的加工應(yīng)用中，有出色的適應(yīng)性。
在工具材料中，金剛石是最硬的。在合適的加工條件下，金剛石比高速鋼、硬質(zhì)
合金、
陶瓷以及聚晶立方氮化硼的使用壽命都長。它也有不足之處，就是：一般不適用于黑色
金屬材料的加工。但在高速大批量生產(chǎn)中，加工諸如
鋁和石墨等材料，金剛石往往是最有效的工具。
在使用金剛石工具時(shí)，用戶可以有兩種選擇：一種是聚晶金剛石（PCD），另一種是較新的
化學(xué)氣相沉積（CVD）金剛石。
使用性能早經(jīng)證實(shí)
聚晶金剛石具有天然金剛石的
硬度、
強(qiáng)度和抗磨性，但沒有天然金剛石對破損的敏感性。它是在高溫、高壓下，由人造金剛石顆粒聚合而成。在工藝過程中，形成聚晶的顆粒同時(shí)被整體
粘接到一塊硬質(zhì)合金
基體上，以提高
機(jī)械強(qiáng)度和
抗沖擊性能。
按照GE公司超級
磨料部的說法，PCD很適用于鋁的高速
切削，特別適于須達(dá)到良好表面粗糙主的場合，它在加工高
耐磨性材料時(shí)，也表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。通常，PCD推薦用于切削高硅
鋁合金，也用于黃銅、紫銅、青銅以及
碳化物的加工。使用的工序包括車、鏜、仿形、切槽、銑和孔加工等。
由于金剛石和鐵之間化學(xué)作用，一般來說PCD不適用于加工黑色
金屬材料。但是它能對付雙金屬材料的加工，包括鋁和
鑄鐵的組合在內(nèi)。例如：某汽車零件供應(yīng)商在加工鋁和鑄鐵雙金屬汽缸體時(shí)，使用直徑305mm的刀夾式面
銑刀，刀尖圓弧2.36mm，帶修光刀，切削速度304.8m/min，進(jìn)給0.10mm/齒，切深5mm，加工達(dá)5000個(gè)汽缸體后，刀片才需轉(zhuǎn)位一次。
GE公司的應(yīng)用規(guī)劃經(jīng)理認(rèn)為PCD的應(yīng)用，受到了大批量生產(chǎn)工業(yè)界，主要是汽車工業(yè)日益提高鋁件加工速度的推動。
與此同時(shí)，汽車制造商為了減輕重量和降低費(fèi)用，正在就采用金屬基體的
復(fù)合材料進(jìn)行評估，而這類材料都要用PCD來加工。他說：“這類材料不能用硬質(zhì)合金刀具加工。”
聚晶產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)理稱，盡管PCD的發(fā)展成就已給人以十分深刻的印象，但GE公司超級磨料部仍持續(xù)不斷地工作，以求進(jìn)一步改善其抗磨性。
PCD工具在應(yīng)用范圍和生產(chǎn)效率方面，都為加工過程帶來諸多好處。盡管金剛石在現(xiàn)有材料中是最硬的，其材料特性和
韌性等問題仍須進(jìn)一步研究。改善PCD韌性的一個(gè)因素是，加鈷元素使其進(jìn)入隨機(jī)不定向排列的金剛石晶粒之間。此外，硬質(zhì)合金基體對金剛石磨料層也能起機(jī)械支承作用，從而增加了抗沖擊能力，并在工具制造中便于釬焊。
PCD的另一個(gè)好處是，現(xiàn)有的各種牌號系列已能滿足任何有色金屬加工使用的需要。一般說來，細(xì)顆粒金剛石用于被加工材料的耐磨性較低而
表面粗糙度要求非常高的場合；中顆粒金剛石一般作為機(jī)械加工的通用牌號；粗顆粒金剛石用于粗加工特別抗磨的材料，但表面粗糙度要求不高之處。
PCD工具使用中降低成本和提高性能的實(shí)例
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使用場合汽車進(jìn)氣管
銑削
材料4227鋁（含硅5.5%~7%）
工序精銑法蘭面
刀具參數(shù)銑刀直徑175mm；PCD刀片：12.7mm方形，10片；+5°前角，刀片后角11。原用WC硬質(zhì)合金，+20°前角，刀片后角25°
加工參數(shù)速度670m/min，進(jìn)給0.18mm/齒，切深0.76mm，有
冷卻
刀具費(fèi)用PCD80美元，WC6美元
刀具壽命PCD250000件，WC800件
其他好處無加工毛刺，生產(chǎn)率提高15%，輔助時(shí)間減少刀具費(fèi)用分?jǐn)偟矫總�(gè)工件，降低85%
金剛石族的新成員
化學(xué)氣相沉積（VCD）金剛石，是一種高抗磨性的純金剛
石材料，不含
粘接劑。
金剛石沉積分為兩種形式：一種是厚膜金剛石，沉積成整體的、單獨(dú)的薄片，然后
切割成所需尺寸；另一種是
薄膜金剛石，沉積在硬質(zhì)合金刀片或回轉(zhuǎn)式刀具上。
迄今為止，CVD金剛石最有前景的用途是加工石墨。但是，NortonDiamondFilm公司卻正在出售各種用途的CVD金剛石用于加工有色金屬、
塑料和復(fù)合材料。Norton公司的應(yīng)用技術(shù)經(jīng)理認(rèn)為，CVD金剛石幾乎適用于全部有色金屬。在高硅鋁合金的斷續(xù)切削以及預(yù)
燒結(jié)硬質(zhì)合金、黃銅、紫銅和
碳纖維材料的加工中，正在取得良好的結(jié)果。Norton公司還相信：CVD金剛石在加工很寬范圍的鋁合金材料（包括6061及其他）時(shí)，能夠和PCD旗鼓相當(dāng)。
Norton公司應(yīng)用技術(shù)經(jīng)理還認(rèn)為，CVD金剛石和PCD相比，主要優(yōu)點(diǎn)在切削刃的品質(zhì)。雖然CVD也是聚晶，但它不含鈷
粘結(jié)劑，是純金剛石，所以切削刃是連續(xù)的。這樣就能采用有較高的切削速度并獲得較好的表面粗糙度，因?yàn)榈毒卟灰鬃儫帷Ｋ�堅(jiān)信，積屑瘤對CVD金剛石不構(gòu)成問題。
按Norton公司的資料，CVD金剛石的
導(dǎo)熱性比PCD高50%。其原因是CVD刀片為整體金剛石，可以立即把熱量導(dǎo)出。而PCD刀片的
熱傳導(dǎo)要穿過鈷-金剛石復(fù)合體，
導(dǎo)熱性就差一些。
CVD金剛石還具有較低的
摩擦系數(shù)。硬質(zhì)合金和PCD都會粘結(jié)工件材料，CVD金剛石則不粘。與此同時(shí)，低摩擦系數(shù)還使CVD金剛石刀具能承受較大的切削負(fù)荷，從而使切削更快速、更有效。
CVD金剛石在使用中呈現(xiàn)
熱穩(wěn)定性和
化學(xué)穩(wěn)定性。而PCD和硬質(zhì)合金在這方面就受到含有金屬成分粘結(jié)劑的影響。把CVD金剛石放進(jìn)鹽酸里，什么都不會發(fā)生。但若把PCD金剛石放進(jìn)去，酸會吃掉鈷結(jié)合劑。這就意味著CVD金剛石能經(jīng)受住某些材料在加工中生成酸的侵襲，例如
酚醛樹脂、尿脘
橡膠、降碳酸酯等。
雖然所有形態(tài)的金剛石（包括PCD）在高溫時(shí)都要和黑色金屬或超級合金中的一些成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但是眾所周知，對多數(shù)材料而言金剛石仍具有化學(xué)惰性。
PCD和硬質(zhì)合金因?yàn)楹锈捊Y(jié)合劑，切削溫度高時(shí)會發(fā)生化學(xué)
穩(wěn)定性降低現(xiàn)象。CVD金剛石不含結(jié)合劑，就避開了這種現(xiàn)象。此外，CVD金剛石還有良好的
潤滑性和導(dǎo)熱性，使它具備了在高速和干式切削中使用的關(guān)鍵優(yōu)勢。
CVD金剛石最后一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是：即使在切削溫度很高時(shí)，仍保持高硬度和耐磨性。Norton公司的應(yīng)用技術(shù)經(jīng)理Nagy指出：“因?yàn)闆]有松軟的鈷包著金剛石，所以刀片硬度均勻一致。”
光明的前景
GE公司超級磨料部和NortonDiamondFilm公司都認(rèn)為：目前很多生產(chǎn)現(xiàn)場沒有充分發(fā)揮金剛石的優(yōu)勢。原因是現(xiàn)在很多
機(jī)床的速度和扭矩，都不足以保證刀具高效率運(yùn)轉(zhuǎn)。
除了機(jī)械方面的問題以外，還有一個(gè)困難問題是要說服生產(chǎn)工廠的人們，不要光盯著金剛石（PCD或CVD金剛石）的初置價(jià)格，而要看到它帶來的成本節(jié)約和性能改善的好處。你可以讓金剛石比常規(guī)刀具在更高的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行（視機(jī)床性能而定），從而提高產(chǎn)出量。同時(shí)，換刀次數(shù)也較少。假定金剛石比硬質(zhì)合金壽命高50倍~100倍，你就不經(jīng)常停機(jī)了。
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