提高数控加工中心切削效率的途径www.tool-tool.com

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数控加工作为现代制造业先进生产力的代表，在机械、航空航天和模具等行业发挥着极为重要的作用。90年代以来，欧、美、日各国竞相开发和应用新一代高速数控机床，加快了机床高速化发展步伐。高速主轴单元中电机主轴转速 15000～100000r/min，高速且高加/减速度的进给运动部件的快移速度60～120m/min，切削进给速度高达60m/min，高速加工中心进给速度可达80m/min，空运行速度可达100m/min左右。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m /min，快速为100m/min，主轴转速已达60000r/min。在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到 5μm，精密级加工中心则从3～5μm提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。而新一代高速数控机床特别是高速加工中心的开发应用与超高速切削紧密相关。

1.国内外加工中心切削水平的差异

目前先进国家的车削和铣削的切削速度已达到5000～8000m/min以上；机床主轴转数在30000r/min(有的高达10 万r/min)以上。例如：在铣削平面时，国外的切削速度一般大于1000～2000m/min，而国内只相当于国外的1/12～1/15，即国内干 12～15个小时的活相当于国外干1个小时。据调查，许多加工中心的实际切削时间不到工作时间的55%。因此，如何提高加工效率，降低废品率成了众多企业共同探讨的问题。对国内数控加工中心切削效率部分调查发现，普遍存在如刀具精度低、刀片跳动量大、加工光洁度低、工艺设备不配套等诸多问题。

2.提高切削效率的途径

（1）合理选择切削用量

当前以高速切削为代表的干切削、硬切削等新的切削工艺已经显示出很多的优点和强大的生命力，成为制造技术提高加工效率和质量、降低成本的主要途径。

实践证明，当切削速度提高10倍，进给速度提高20倍，远远超越传统的切削“禁区”后，切削机理发生了根本的变化。其结果是：单位功率的金属切除率提高了30%～40%，切削力降低了30%，刀具的切削寿命提高了70%，大幅度降低了留在工件上的切削热，切削振动几乎消失；切削加工发生了本质性的飞跃。根据目前机床的情况来看，要充分发挥先进刀具的高速加工能力，需采用高速加工，增大单位时间材料被切除的体积(材料切除率Q)。

在选择合理切削用量的同时，尽量选择密齿刀（在刀具每英寸直径上的刀齿数≥3），增加每齿进给量，提高生产率及刀具寿命。有关试验研究表明：当线速度为165m/min，每齿进给为0.04mm时，进给速度为341m/min，刀具寿命为30件。如果将切削速度提高到350m /min，每齿进给为0.18mm，进给速度则达到2785m/min，是原来加工效率的817%，而刀具寿命增加到了117件。

（2）选择性能好的刀具材料

在数控机床切削加工中，金属切削刀具的作用不亚于瓦特发明的蒸气机。制造刀具的材料必须具有很高的高温硬度和耐磨性，必要的抗弯强度、冲击韧性和化学惰性，良好的工艺性(切削加工、锻造和热处理等)，并不易变形。

目前国内外性能好的刀具材料主要有：金属陶瓷、硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶金刚石（PCD）和立方氮化硼（CBN）刀具等。它们各具特点，适应的工件材料和切削速度范围各不相同。CBN适用于切削高硬度淬硬钢和硬铸铁等，如加工高硬钢件 (50～67HRC)和冷硬铸铁时主要选用陶瓷刀具和CBN刀具，其中加工硬度60～65HRC以下的工件可用陶瓷刀具，而65HRC以上的工件则用 CBN刀具进行切削；PCD适用于切削不含铁的金属，及合金、塑料和玻璃钢等，加工铝合金件时,主要采用PCD和金刚石膜涂层刀具；碳素工具钢和合金工具钢现在只用作锉刀、板牙和丝锥等工具；硬质合金涂层刀具（如涂层TiN、TiC、TiCN、TiAIN等）虽然硬度较高，适于加工的工件范围广，但其抗氧化温度一般不高，所以切削速度的提高也受到限制，一般可在400～500m/min范围内加工钢铁件，而Al2O3涂层的高温硬度高，在高速范围内加工时，其耐磨性较TiC、TiN涂层都好。

此外，刀具切削部分的几何参数对切削效率的高低和加工质量有很大影响，高速切削时的刀具前角一般比普通切削时小10°，后角大5°～8°。为防止刀尖处的热磨损，主、副切削刃连接处应采用修圆刀尖或倒角刀尖，以增大局部刀尖角，增大刀尖附近切削刃的长度和刀具材料体积，以提高刀具刚性和减少刀具破损率。

（3）加快涂层技术的开发

刀具涂层技术自从问世以来，对刀具性能的改善和加工技术的进步起着非常重要的作用，涂层刀具已经成为现代刀具的标志，在刀具中所占比例已超过50%。在21世纪初，涂层刀具的比例将进一步增加，有望在技术上突破CBN涂层技术，使CBN的优良性能在更多的刀具和切削加工中得到应用 (包括精密复杂刀具和成形刀具)，这将全面提高加工黑色金属的切削水平。此外，纳米级超薄超多层和新型涂层材料的开发应用的速度将加快，涂层将成为改善刀具性能的主要途径。

（4）选择高精度刀片

刀片精度低，跳动量太大，面铣刀加工的平面光洁度将降低，甚至出现沟状。高精度数控机床上刀片的跳动量应控制在2～5μm。随着数控机床的发展，相应出现刀片的表面改性涂层处理（基体为高速钢、ＷCｏ类硬质合金、Ｔi基类金属陶瓷），很大程度上提高了刀片精度。与此同时，出现了各种新型可转位刀片结构，如用于车削的高效刮光刀片、形状复杂的带前角铣刀刀片、球头立铣刀刀片、防甩飞的高速铣刀刀片等。可转位刀片进入了材料、涂层、槽型综合开发的新阶段，可根据加工材料和加工工序合理组合材料、涂层、槽型的功能，开发出具有最佳加工效果的刀片，以满足高速、高寿命切削加工生产技术的不同要求。

（5）提高加工表面质量

在保持相同的切削效率(即相同Q值)下，提高切削速度可改善切屑形成过程和增加切削阻尼，抑制颤振，相应地减少每个刀齿的进给量能降低切削表面轨迹形成的残留高度，改善表面粗糙度，从而有利于精密零件和模具的加工。

歡迎來到Bewise Inc.的世界，首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力，我們是提供專業刀具製造商，應對客戶高品質的刀具需求，我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求，我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質，這是現有相關技術無法比擬的，我們成功的滿足了各行各業的要求，包括：精密HSS DIN切削刀具、協助客戶設計刀具流程、DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計、超高硬度的切削刀具、醫療配件刀具設計、複合式再研磨機、PCD地板專用企口鑽石組合刀具、粉末造粒成型機、主機版專用頂級電桿、PCD V-Cut刀、捨棄式圓鋸片組、粉末成型機、主機版專用頂級電感、’汽車業刀具設計、電子產業鑽石刀具、木工工業用圓鋸片、木工產業鑽石刀具、銑刀與切斷複合再研磨機、銑刀與鑽頭複合再研磨機、銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計；從微細刀具到大型刀具；從小型生產到大型量產；全自動整合；我們的技術可提供您連續生產的效能，我們整體的服務及卓越的技術，恭迎您親自體驗！！

BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.com skype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com / FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan

Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’POWDER FORMING MACHINE’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、Staple Cutter’PCD diamond cutter specialized in grooving floors’V-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’ PCD Diamond Tool’ Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

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弊社は各領域に供給できる内容は：

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（２）Carbide Cutting tools設計

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BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

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CVD生长法实现金刚石拉曼激光器www.tool-tool.com

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作者：Hassaun A. Jones-Bey

业界对工作在理想光谱区域和功率范围的紧凑型固态金刚石激光器的追求，以及众多其他的光电子应用，促进了全球对工业金刚石制造的研究和开发。得益于近年来化学气相沉积（CVD）法生长金刚石技术的进步，澳大利亚的一个研究小组最近报道了一种光泵浦外腔CVD金刚石拉曼激光器。
澳大利亚Macquarie大学的研究人员Richard Mildren表示：“长期以来，人们一直认为金刚石是非常好的拉曼材料。但是直到过去的几年，由于CVD生长方法能够以合理的价格重复制造这种材料，才使我们可以实际进行这方面的研究。”

图:原理验证拉曼激光器的谐振腔由输入耦合镜M1和端镜M2形成，内置一块以布儒斯特角（67.5o）放置的未镀膜单晶CVD金刚石。对于由上端的布儒斯特面反射的输出光束，一个短程滤波器（高透边界为540nm）用于从斯托克斯输出光中滤除残余的泵浦光。

金刚石的拉曼增益系数，比金属钨酸盐、硝酸钡以及硅等其他可替代的拉曼材料至少要高出40%。在所有的材料中，金刚石具有最大的拉曼频移以及最宽的透光范围，大约从紫外的225nm到远红外的100祄。而且在如此宽的范围内，有许多光谱区域是目前的激光技术无法很好做到的，如医学中使用的黄光，这也是目前金刚石拉曼激光器研究的主要推动力之一。此外，金刚石的热导率比其他大多数激光材料约高出两个数量级，这为高功率激光应用提供了巨大潜力。

金刚石光子器件

对硅基拉曼激光器的研究也引起了业界的巨大兴趣，因为依靠目前的半导体技术，硅基拉曼激光器有望被集成到电子集成光路中。尽管金刚石缺乏像硅那样制成集成光路的技术平台，但在过去的十年中，对集成单片金刚石光子器件的研究兴趣，使人们在实验室中实现了波导、光子晶体器件、辐射探测和光子源。总的来说，这些进步都是通过在硅基底上沉积金刚石薄膜的CVD技术实现的。
这项技术的一个研究目标是用热导率比纯硅更高的金刚石和硅的化合物晶圆，取代目前集成光路中使用的300mm直径的硅晶圆基底。其中的一种方法有望以可承受的价格来制造大尺寸单晶金刚石晶圆。在过去的五年中，表面积达25祄2的单晶金刚石薄膜、以及毫米尺寸的工业金刚石已实现商业化。
基于这些材料方面的进步，Macquarie大学构建了一款拉曼激光器，它是通过把一块尺寸约为5mm 5mm 1.47mm的未镀膜金刚石单晶，放置在由输入耦合镜和端镜组成的谐振腔内构成的。拉曼激光器的泵浦光是由调Q Nd: YAG激光器经过倍频输出的频率为10Hz、脉宽为10ns的532nm的激光。研究人员构建的这款外腔拉曼激光器，从输入的泵浦信号到573nm一阶斯托克斯输出光的总转换效率为13%。
Mildren认为，他们的原理验证演示是一个比较粗糙的实验，其中还有诸多可以改进的因素以提高效率，这些因素包括在晶体表面缺少减反射膜，在晶体生长过程中的残余应力双折射，以及晶体的长度较短。他补充说，他们正在对CVD技术进行的改进已经使后两项问题得到了解决，比如，2008年10月英国Element Six公司就发布了一种商用的激光用CVD金刚石，其双折射差小于10-5。

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高技术枪钻系列刀具技术及应用www.tool-tool.com

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高技术枪钻系列刀具技术及应用

一般钻削孔深与孔径之比大于10的孔，被称为深孔钻削。由于长径比较大，采用一般的麻花钻来钻削时，排屑、冷却、润滑和导向就成了难以解决的问题，孔的质量要求也很难达到。

单刃整体硬质合金枪钻：加工范围：Ф1.2-5.0mm,最大槽长300mm，几乎适用于所有材料加工。

单刃焊硬质合金刀头枪钻：加工范围：Ф2-40mm，总长最大达3000mm，几乎适用于所有材料加工。

双刃焊硬质合金刀头枪钻：加工范围：Ф6-27mm，总长最大达1000mm，适用于铸铁、铝和短铁屑非金属材料的加工。

一、枪钻的工作原理枪钻工作时，冷却液被高压泵通过循环冷却系统经钻杆内部送入切削部分，以冷却和润滑刀具，并依靠冷却液的压力再将切屑从孔的内壁与钻杆上的“V”型槽排出。工作时，枪钻可由机床主轴带动旋转加工，也可枪钻固定而工件旋转，工件旋转时加工出的孔的形位公差更好。

二、枪钻的结构枪钻由钻尖、钻杆和刀柄三部分组成。

钻尖钻尖部分是枪钻的最重要部分，它担负着重要的钻削工作，为了保证被加工孔的精度，在它的圆周部分设计有导向块，其在导向孔的引导下一次进刀就可以加工出高精度的孔。钻尖结构形式根据不同的加工条件有多种类型可供选取。钻尖材料则高品质DK460UF超细晶粒硬质合金，并涂以TiN、FIRE或MolyGlide涂层，具有非常高的硬度和韧性，极大地提高了枪钻的钻削性能和使用寿命。

钻杆钻杆通常呈“V”型结构设计，外径略小于钻尖，在保证钻杆足够的强度和刚度的前提下，钻杆的冷却液孔和排屑空间尽可能做到最大，以利于钻尖部分的冷却、润滑和排屑。钻杆采用与钻尖一体化硬质合金磨制而成。钻杆则采用高等级无缝钢管轧制而成。

，直接影响到枪钻的切削加工性能及被加工孔的精度，钴领公司结合自身二十多年制造枪钻的成功经验，优化了以下5种类型的钻尖外圆型式，并结合多种钻尖的不同角度磨削型式供用户选择，确保针对不同的工件材料及要求，总有一款适合您。

G型：通用型，适合加工各种材料，尤其适合加工孔公差范围较小的孔。

C型：标准型，适合加工难加工材料，如高合金钢等。

E型：专用型，适合加工各种材料，尤其适合加工孔公差范围较大的孔。

A型：专用型，适合在难以正确定位的状况下加工各种材料。

D型：专用型，特别适合加工灰铸铁。

四、枪钻的用途枪钻往往做成单刃刀头形式，它一般适用于加工Φ2-Φ20mm直径的小径深孔，长径比可达80倍，枪钻最长可达 3000mm，被加工工件的表面粗糙度为Ra0.4-1.6，孔径精度为IT7-9级，孔的直线性高,并且孔口无毛刺，精度的重复性好。广泛适用于汽车制造业、飞机船舶制造业和机床制造等行业，主要加工对象为：缸体、缸盖、曲轴和各种引擎零件等。

枪钻可应用于深孔加工专机、加工中心、车削中心等满足枪钻冷却及导向等要求的设备上对碳钢、不锈钢、铸铁、有色金属及木材、塑料等材料进行加工，可针对客户的机床状况，提供最优化的切削工艺参数，确保发挥枪钻最高的切削性能。为了使枪钻能长期稳定可靠地工作，枪钻匹配有小巧可靠的台式修磨枪钻系列装置：TBM116、TBV116；这两套修磨夹具结构紧凑，占地面积小，简便易用，通过短暂的培训，用户就可以用该夹具修磨出接近原刀的几何参数尺寸，确保修磨后的枪钻达到接近新刀的加工性能及质量。配套提供的粗、精磨一体化金钢石砂轮：DSS125，可以保证枪钻在一次装夹中完成粗、精修磨，极大地提高了修磨的效率及质量。配套的刀具附件：钻套、密封套和支撑座等，则为枪钻的顺利钻削保驾护航。

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Welcome to BW tool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’POWDER FORMING MACHINE’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、Staple Cutter’PCD diamond cutter specialized in grooving floors’V-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’ PCD Diamond Tool’ Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

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Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт www.tool-tool.com для получения большей информации.

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模具表面处理技术工艺选择趋势www.tool-tool.com

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模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，因此在模具使用之前，同时也是模具制造的最后阶段，通常要进行研磨与抛光处理，以提高模具表面质量。而在研磨与抛光处理后，有很多模具制造企业和模具使用企业还运用了表面处理技术，目的在于延长模具使用寿命，提高工件的加工品质，降低模具使用成本，提高生产效率。

目前，市场上有很多种表面处理技术，形成的表面涂层也是多种多样，我们按照表面处理技术的历史选择三类具有代表性的涂层，进行比较，如下：氮化钛膜类金刚石膜非晶金刚石膜TiNDLCta-C技术历史40年20年5年硬度HV24002000～60007000～8500成膜技术化学气相沉积化学气相沉积滤质阴极真空电弧成膜温度500℃500℃<80℃膜层厚度范围1～7μm0.5～4μm0.002～2μm表面摩擦系数0.550.150.08膜基结合力低低高工作环境最高温度600℃400～600℃600℃耐腐蚀性较好较好好装饰性好较好一般价格较低较高较高重要参数说明：>

1.成膜温度会影响原有钢材的质量，较高的温度使钢材产生退火或回火效应，降低基材的硬度和韧性。

2.成膜技术决定了膜层是否容易脱落，通常，较新的技术都采用离子注入法，使膜层嵌入基体表面，从而提高了膜基结合力。

3.膜层硬度决定了镀件的耐磨性能。

4.膜层表面摩擦系数低，有利于工件表面的润滑，也是提高耐磨性的一个因素。

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金刚石与立方氮化硼www.tool-tool.com

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来源：机械专家网

1前言

现代刀具材料高速钢、硬质合金、陶瓷的主要硬质成分是碳化物、氮化物、氧化物。例如，高速钢是加入了合金成份(W、Mo等)的碳化铁；硬质合金主要是碳化物、氮化物和碳氮化物：陶瓷则是氧化物和氮化物。这些化合物的硬度最高达3000HV，加上粘结物质其总体硬度在2000HV以下。对于现代工程材料的加工，在某些情况下，上述刀具材料的硬度已不敷使用，于是超硬刀具材料便应运而生，20世纪的后40年中有了较大的发展。超硬材料的化学成分及其形成硬度的规律与其他刀具材料不同，立方氮化硼是非金属的硼化物，晶体结构为面心立方体；而金刚石由碳元素转化而成，其晶体结构与立方氮化硼相似。它们的硬度大大高于其他物质。

在几千年前，人类就已经发现和使用天然金刚石；而人造金刚石的制造和应用则是上一个世纪中的事。氮化硼都是人造的。在20世纪后期，人造金刚石和立方氮化硼两种超硬材料得到了飞跃的发展。

人造金刚石以往多在高温、高压(热压法)条件下形成，称为PCD，后来又出现了其他制造方法。PCD人造金刚石的研究始于1940 年，1954年美国正式宣告此种金刚石研制成功，1957年开始工业生产。瑞典于1953年宣告成功，1962年开始工业生产。到1969年，全世界人造金刚石产量为4000万克拉(carat)；当时天然金刚石年产量为4400万克拉。1963年中国宣告PCD制造成功。1996年，中国人造金刚石产量达2.4亿克拉，出口6～8.5千万克拉。90年代末，中国年产量达5亿克拉，居全世界首位。最大的外国公司年产人造金刚石近年也达1亿克拉以上。

1957年，美国GE公司压出CBN(立方氮化硼)单晶粉，70年代初，制成聚晶的PCBN刀具。1972年，苏联亦制成PCBN刀具。1966年，中国研制成功单晶CBN。稍后，制成PCBN。

近年，又以化学气相沉积(CVD)法制成人造金刚石。

2超硬刀具材料的种类

超硬刀具材料，尤其是金刚石，其种类较多。

立方氮化硼有CBN单品粉，用于制作磨具；还有PCBN聚晶片及PCBN聚晶复合片，用于制作刀具及其他工具。立方氮化硼是人造的。

金刚石分天然金刚石(ND)与人造金刚石。人造金刚石有PCD单晶粉，用于制作磨具；PCD单晶粒，可做刀具；PCD聚晶片及聚晶复合片，用于制作刀具及其他工具；CVD金刚石薄膜及厚膜，可用于制作刀具、工具，并可作为光学、电子高科技原材料。

3超硬刀具材料的制造方法

人造超硬刀具材料的制造方法很多，这里主要介绍热压法和气相沉积法。

热压法制造金刚石和立方氮化硼所用的设备是六面顶或两面顶的液压机。压制单晶超硬材料．需将原料置于叶蜡石的腔体中。压制PCD单晶粉的原料是石墨片，石墨片与触媒剂Ni-Mn片层叠置于腔体中；压制PCD聚晶片的原料是PCD单晶粉，加入结合剂Ni、Si、Co等；压制CBN单晶粉的原料为六方氮化硼(HBN)粉；压制PCBN聚晶片的原料为CBN单晶粉，同时需分别置人触媒剂与结合剂。热压工艺示意图见图1、图2。其压力、温度及加压时间均列于图中。

加压过程中的压力与升压、终压有所不同，叶蜡石腔体中的压力与顶锤部的压力也不一样，图1、图2所示的压力是指顶锤部的压力。温度是腔温。时间是加热时间、保温时间与降温时间等过程的总和，对于各种压机，这些参数将有所不同，本文给出的数据只是一个大概的数字。

类似热压法制造PCD，还有“爆炸法”，在容器中利用炸药爆炸产生高温高压，而使石墨转化为金刚石。爆炸法的工艺和产品质量均不易控制，故很少正式使用。

CVD法是一种气相沉积法。属于这种工作原理在非金刚石基底上沉积金刚石的方法很多，如“热丝法CVD法”、“电子增强CVD法”、“微波 PCVD法”、“射频PCVD法”、“直流PCVD法”、“直流电弧PCVD法”、“直流等离子体喷射CVD法”、“电子回旋共振PCVD法”、“火焰燃烧法”、“准分子激光CVD法”等。“热丝CVD法”最为常用。

图3为热丝CVD金刚石厚膜生长沉积技术原理示意图。原料为乙醇(酒精)、氢气和甲烷，热丝为Ta丝或W丝。加热到2000～2500℃高温的热丝及在热丝和基体间施加电压而形成的等离子体，使氢分子与含碳气体分子离解，形成原子态氢和能够形成SP3键的碳氢基团。该基团在有原子氢的作用下在适当温度的基体表面经历吸附的化学过程，去氢而形成金刚石的碳结构。控制热丝的温度及施加电压和电流密度，特别是气体的组成、生长容器的压力和基体温度，即能有效地控制膜生长的速率和成膜质量。

在基体(衬底)上成厚膜后，需使膜与基体分离，并切割成一定形状的小块，再将小块钎焊在硬质合金上形成复合刀片或刀具，如图4所示。

若制造CVD薄膜金刚石刀具，则在刀具直接沉积金刚石薄膜即可，膜厚仅为10μm左右。而厚膜的厚度能达0.5～0.6mm以上。

4超硬刀具材料的性能

超硬材料具有优异的机械性能、物理性能和其他性能，其中有些性能很适合于刀具。

4.1具有很高的硬度

天然金刚石的硬度达10000HV；CBN的硬度达7500HV。与其他硬物质相比，SiC硬度为3000～3500HV，A12O3为 2700HV，TiC为2900～3200HV，WC为2000HV，Si3N4为2700～3200HV；作为刀具材料用的硬质合金，其硬度仅为 1100～1800HV。

4.2具有很好的导热性

人然金刚石的热导率达2000W?m-1?K-1，CBN的热导率达1300W?m-1?K-1。紫铜的导热性很好，其热导率仅为 393W?m-1?K-1；纯铝为226W?m-1?K-1，故金刚石与CBN的热导率分别是紫铜的5倍和3.5倍，是纯铝的8倍和5倍。硬质合金的热导率仅为35～75W?m-1?K-1。

4.3具有很高的杨氏模量

天然金刚石的杨氏模量达1000GPa，CBN的杨氏模量在720GPa。而SiC、Al2O3、WC、TiC的杨氏模量仅分别为390、350、650、330GPa。物质的杨氏模量大就是刚性好。

4.4具有很小的热膨胀

天然金刚石的线膨胀系数为1×10-6/K，CBN的线膨胀系数为(2.1～2.3)×10-6/K。而硬质合金的线膨胀系数为(5～7)×10-6/K。

4.5具有较小的密度

天然金刚石的密度为3.52g/cm3，CBN的密度为3.48g/cm3。与Al2O3、Si3N4的密度接近。

4.6具有较低的断裂韧性

天然金刚石的断裂韧性为3.4MPa?m0.5,CBN与之接近。陶瓷刀具材料的断裂韧性在各种刀具材料中是属于较低者，然尚能达7～9MPa?m0.5。故金刚石与CBN性脆，是其弱点。

4.7化学性质

CBN热稳定性好，在大气中达1300～1500℃不分解。对铁族元素呈惰性；在酸中不受渗蚀，在碱中约300℃时即受浸蚀；与过热的水蒸汽也能起作用。金刚石在常温下化学性质稳定；在氧气中约660℃开始石墨化，铁族元素特别是铁元素能催进石墨化；在酸、碱中都不受浸蚀。

4.8电学性质

纯净的不含杂质的金刚石是绝缘体，室温下电阻率在1016Ω?cm以上。只有掺人了其他元素后，才显出半导体特性。同Si、Ce、As等半导体材料相比，金刚石具有非常宽的禁带，小的介电常数，高的载电子迁移率，大的电击穿强度，说明金刚石是一种性能优良的宽禁带高温(>500℃)半导体材料。天然金刚石无磁性；人造金刚石中若含有Ni、Co、Fe等触媒杂质，则具有磁性，杂质越多，磁性越强。

4.9光学性质

金刚石具有很高的折射率和强的散光性，还具有优良的透光性能，能透过很宽的波段。某些金刚石在紫外区、可见区直至远红外区的大部波段(O.22～2.5μm)都是透明的。

以上超硬材料所具备的优异或特异的性能和性质，决定了它们有着广阔用途。

与天然金刚石(ND)相比，人造聚晶金刚石(PCD)的硬度、杨氏模量和热导率稍低，断裂韧性、热膨胀率稍高。人造CVD金刚石的各种性能则介于ND与PCD之间，更接近于天然金刚石。例如，天然金刚石的硬度达10000HV，PCD约为8000HV，CVD金刚石可达9000HV。

5超硬刀具材料的应用范围

立方氮化硼具有高硬度、高热稳定性，对铁族元素呈惰性，故最适合制作切削下列材料的刀具：

切削各种淬硬钢，包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、轴承钢、模具钢等；

切削各种铁基、镍基、钴基和其他热喷涂(焊)零件。

金刚石具有更高的硬度及其他优异性能用，它所制作的刀具，应用范围更为广泛，可以加工各种难加工材料、非难加工材料；

对有色金属，主要对铜、铝及其合金，进行超精密切削加工；因为金刚石刀具，尤其是天然金刚石刀具，其切削刃可以磨得十分锋利，可以研磨出纳米级的钝圆半径；

切削纯钨、纯钼；

切削工程陶瓷、硬质合金、工业玻璃；

切削石墨、各种塑料；

切削各种复合材料，包括金属基与非金属基的、纤维加强和颗粒加强的；

用于牙科、骨科所用的各种医疗器械工具；

用于各种木材加工刀具和石材加工工具；

……

金刚石和立方氮化硼单晶粉大量用于制作磨料、磨具、磨膏、砂布、砂纸。

金刚石还大量用于制作拉丝模、砂轮修正器和石油、地矿部门的钻探钻头。还用于各种耐磨件。

大部分能用金刚石刀具切削的难加工材料，如硬质合金、陶瓷、玻璃、复合材料等，立方氮化硼刀具也能胜任，但一般立方氮化硼刀具的使用寿命低于金刚石刀具。而金刚石刀具不能加工铁基材料。

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Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

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