金剛石是碳的同素異構(gòu)體之一，是迄今為止自然界發(fā)現(xiàn)的最硬的一種材料。天然金剛石作為切削刀具已有上百年的歷史了，但由于資源的稀缺性，限制了其推廣應(yīng)用。自從出現(xiàn)了人工合成的金剛石，其在切削加工中才被人們廣泛關(guān)注，并發(fā)展出了聚晶金剛石和涂層金剛石等刀具產(chǎn)品，并在金屬與非金屬加工中得以較為廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著數(shù)控機床的普遍應(yīng)用和數(shù)控加工技術(shù)的迅速發(fā)展，可實現(xiàn)高效率、高穩(wěn)定性、長壽命加工的金剛石刀具的應(yīng)用日漸普及，金剛石刀具已成為現(xiàn)代數(shù)控加工中不可缺少的重要工具之一。

金剛石刀具的種類

金剛石刀具材料的性能特點如下：

1)極高的硬度和耐磨性。天然金剛石的顯微硬度達10000HV,金剛石具有極高的耐磨性，天然金剛石的耐磨性為硬質(zhì)合金的80~120倍，人造金剛石的耐磨性為硬質(zhì)合金的60~80倍。加工高硬度材料時，金剛石刀具的壽命為硬質(zhì)合金刀具的10~100倍，甚至高達幾百倍。

2)各向異性的問題。單晶金剛石晶體不同晶面及晶向的硬度、耐磨性、微觀強度、研磨加工的難易程度以及與工件材料之間的摩擦系數(shù)等相差很大，因此，設(shè)計和制造單晶金剛石刀具時，必須正確選擇晶體方向，對金剛石原料必須進行晶體定向。金剛石刀具的前、后面的選擇是設(shè)計單晶金剛石刀具的一個重要問題。聚晶金剛石刀具材料可克服單晶金剛石的各向異性缺陷。

3)摩擦系數(shù)。金剛石刀具具有很小的摩擦系數(shù)。金剛石與一些有色金屬之間的摩擦系數(shù)比其他刀具都小，約為硬質(zhì)合金刀具的一半。通常在0.1~0.3之間。如金剛石與黃銅、鋁和純銅之間的摩擦系數(shù)分別為0.1、0.3和0.25。對于同一種加工材料，天然金剛石刀具的摩擦系數(shù)低于人造金剛石刀具。摩擦系數(shù)小，則切削加工變形小，可減小切削力。

4)切削刃非常鋒利，加工表面粗糙度值很小。金剛石刀具的切削刃可以磨得非常鋒利，切削刃鈍圓半徑r一般可達0.1~0.5μm。天然單晶金剛石刀具可高達0.002~0.008μm。因此，天然金剛石刀具能進行超薄切削和超精密加工。加工表面的表面粗糙度值可達Ra0.1~0.3μm,高的可達Ra0.001μm。

5)優(yōu)異的導熱性。金剛石具有很高的導熱性。金剛石的熱導率為硬質(zhì)合金的1.5~9倍，為銅的2~6倍。由于熱導率及熱擴散率高，切削熱容易散出，刀具切削區(qū)域溫度低。

6)較低的熱膨脹系數(shù)和較大的彈性模量。金剛石的熱膨脹系數(shù)比硬質(zhì)合金小，約為高速鋼的1/10。因此金剛石刀具不會產(chǎn)生很大的熱變形，即由切削熱引起的刀具尺寸的變化很小，同時較大的彈性模量使切削刃不易變形，這對尺寸精度要求很高的精密和超精密加工來說尤為重要。