2.2 超精密切削加工机理

金刚石刀具的超精密切削机理与一般金属切削有较大的差别。因为采用金刚石刀具切削时，其背吃刀量、进给量很小，一般切削厚度在1μm以下，属微量切削加工。由于背吃刀量小于材料的晶粒尺寸，超精密切削是在晶粒内进行。因此，切削力一定要超过晶体内部非常大的原子、分子结合力，刀刃要承受极大的剪切应力。同时由于产生很大的热量，刀刃切削处的温度将极高，因此，要求刀刃要有很高的高温强度和高温硬度。超精密切削加工中，各种因素对金刚石刀具磨损的影响、最小切削厚度、积屑瘤的生存规律等有一定的特殊性。研究这些问题对提高切削加工表面质量、减少变质层和减少表面残留应力等有直接影响。

2.2.1 切削变形和切削力

1.切削变形

（1）过渡切削

为了研究微量切削过程的切削机理，了解切削过程中的各种现象，首先分析过渡切削过程。以回转刀具的切削情况为例，分析在过渡切削过程中刀具切削刃与工件表面的接触情况及工件材料的变形情况。

图2-1所示为单刃回转刀具铣削平面的切削过程，为了反映整个工艺系统的弹性特性，假设刀具支持在具有一定弹性模量的支撑中刃上。

图2-1（b）所示为切削剖面的情况，从刀具切削刃和工件接触开始，刀具在工件上滑动一定的距离，工件表面仅产生弹性变形，在切削刃移开之后，工件表面仍能恢复到原来的状态。切削刃在工件表面上的这种滑动称为弹性滑动。随着刀具的继续回转，切削刃上的切削深度不断增大，在工件表面上开始产生塑性变形，在此塑性变形区内，切削刃的工件表面滑过之后，工件表面被刺划出沟痕，但此时并没有真正切除材料。切削刃在工件表面上的这种滑动称为塑性滑动。在塑性滑动之后，随着刀具切入深度的增加，前刀面上产生了切屑，开始了切削过程。图2-1（b）中的点画线为切削刃的运动轨迹，实线为被加工表面上的轮廓线。由于工件表面上产生了弹塑性变形，所以，切削刃的运动轨迹与被加工表面上形成的轮廓线不重合。

通过改变刀具的切入角 λg，可以依次改变刀具与工件的最大干涉深度，从而可以得到如图2-1（a）所示的曲线。当切削刃的最大干涉深度很小时，即切入角 λg很小时，便是图2-1（a）中的（1）的切削状态。此时，刀具仅在工件表面滑过，工件表面没有刀具切入的痕迹，在刀具和被加工表面的全部接触长度上处于弹性变形区域。当刀具与工件的最大干涉深度达到一定的数值时，形成图2-1（a）中的（2）的切削状态。在切削开始的一段长度内为弹性滑动区域，然后进入塑性变形区，在切削刃滑动过去后，在塑性变形区域内将留下沟痕，但并不产生切屑。继续增大刀具与工件的最大干涉深度，便形成图2-1 中的（3）的切削状态。在切削刃和工件表面的接触初期为弹性滑动区域，随着切削深度的增大，之后为塑性滑动区域，再之后为切削区域，在工件表面上有塑性变形和去除切屑所形成的沟槽。随着切入深度的减小，之后又过渡到塑性变形区和弹性变形区。

综上所述，在刀具切削刃和工件表面的第（1）种接触状态时，在接触区内只有弹性滑动过程，在第（2）种接触状态时，进入接触区之后，首先形成弹性滑动，之后为塑性滑动，接触区的最后为弹性滑动，第（3）种接触状态，首先是弹性滑动区，之后依次为塑性滑动区，切削区、塑性滑动区，最后力弹性滑动区。

另外，应当指出，在弹性滑动区域内，仅仅存在工件的弹性变形过程；在塑性滑动区域内存在塑性变形的同时，也存在弹性变形；而在朴切削区域内则既存在切削过程，也存在塑性变形过程和弹性变形过程。

（2）最小切入深度

零件的最终工序的最小切入深度应等于或小于零件的加工精度（允许的加工误差）。因此最小切入深度反映了它的精加工能力。根据过渡切削过程的分析可知，当切入深度太小时，切削刃对工作表面的作用只是弹性滑动或塑性滑动，并没有产生切屑，因此，最小切入深度要受到一些因素的限制。

以车削过程为例，对最小切入深度问题进行分析。车削过程能够成立，主要应满足下列条件：

① 切削过程应当是连续的、稳定的。

② 应当保持有较高的加工精度和表面质量。

③ 刀具应有较长的使用寿命。

在精密切削中，采用的是微量切削方法，切入深度较小，切削功能主要由刀具切削刃的刃口圆弧承担，能否从被加工材料上切下切屑，主要取决于刀具刃口圆弧处被加工材料质点受力情况。如图2-2所示，可分析在正交切削条件下，切削刃口圆弧处任一质点i的受力情况。由于是正交切削，质点i仅有两个方向的切削力，即垂直力PYi和水平力PZi，水平力PZi使被切削材料质点向前移动，经过挤压形成切屑，而垂直力PYi则将被切削材料压向被切削零件本体，不能构成切屑形成条件。最终能否形成切屑，取决于作用在此质点上的切削力PYi和PZi的比值。

根据材料的最大剪切应力理论可知，最大剪切应力应发生在与切削合力Pi 成45°的方向上。此时，若切削合力Pi 的方向与切削运动方向成45°，即PYi=PZi则作用在材料质点i上的最大剪应力与切削运动方向一致，该质点i处材料被刀具推向前方，形成切屑，而质点i处位置以下的材料不能形成切屑，只产生弹性、塑性变形。因此，当 PZi＞PYi时，材料质点被推向切削运动方向，形成切屑；当 PZi＜PYi时，材料质点被压向零件本体，被加工材料表面形成挤压过程，无切屑产生。PZi=PYi时所对应的切入深度Δ便是最小切入深度。

这时质点i对应的角度为

φ=45°-φ

对应的最小切入深度Δ可表示为

Δ=ρ-h=ρ（1-c o sφ）

可见，影响刀具的最小切入深度的主要因素是刀具的锋利性，即刀具的刃口半径。刀具材料的表面结合能决定了刀具的锋利性，用表面结合能较大的材料制作的刀具可以刃磨出锋利的刃口，在使用过程中能够持久地保持其锋利性，即保持其较小的刃口半径。

（3）毛刺与堆积

微量切削过程中，在刀具刃口圆弧附近的材料；一部分形成切屑被排除；另一部分材料经过弹性变形和塑性变形，绕过圆弧刃口形成被加工表面；还有一部分材料沿着切削刃向两侧作侧向流动形成凸峰，或称毛刺，如图2-3所示。研究表明，由这种侧向流动造成的表面不平可占表面粗糙度的30%。

在切削过程中，工件材料在切削力的作用下，在切削刃附近被挤压而形成流动，在刀具移过之后，工件表面上有沟槽产生，同时形成隆起，称为堆积。堆积现象既影响切削过程，也影响加工表面的质量，它与加工条件、刀具参数及被加工零件材料等密切相关。

在刀具接近工件终端面时，由于终端部支撑刚度较小，在刀尖的斜下方将产生负剪切区域，称为第Ⅳ变形区，如图2-4所示。

当第Ⅰ变形区占主导地位时，被切削层金属将沿OA方向滑移，形成切削方向毛刺；当第Ⅳ变形区占主导地位时，被切削层金属将沿OE方向滑移，这将致使工件端部形成切削方向亏缺。

刀具前角γ0将直接影响切削力的大小和方向，从而影响工件终端的最终形状。

（4）微量切削的碾压过程

微量切削采用了极小的切削深度，切削过程中有其特殊的切削现象。

首先分析刃口圆弧处的碾压现象，如图2-5所示。在刃口圆弧处，不同的切削深度，刀具的实际前角是变化的。如果Δ＜ρ，则实际前角变为负前角。当切削深度很小时，实际前角为较大的负前角，在刀具刃口圆弧处将产生很大的挤压摩擦作用，称为碾压效应。这时，被加工表面通常将产生残余压应力。

再分析刀尖圆弧处的碾压，如图2-6所示。在精密车削加工中，加工余量很小，切削刃的直线部分可能不参加切削，而只是部分圆弧刃参加切削。这时，刀尖圆弧上各点上的主偏角χ是变化的，且小于名义值。

刀尖圆弧处的副偏角也是如此。另外，在刀尖圆弧上各点的切削厚度也是变化值，最大厚度为 am，最小厚度为零。当切削厚度逐渐变小，切削深度达到最小切削深度时，将不会产生切削作用，仅有弹性变形和塑性变形，这时该处仅有碾压作用。由于图2-6中有剖面线的部分作为切屑被除去之后，由刀尖圆弧在被加工零件上留下的圆弧形表面并非全部留下形成加工表面，其中大部分将在后续的加工中被切除，仅在刀尖附近留下的圆弧形轮廓才成为最终的加工表面，因此，在形成加工表面的刀尖处所对应的切屑有极小的厚度，甚至接近零。由此可知，在被加工表面形成过程中伴随的碾压作用占很大的比例，即被加工表面的质量在很大程度上受碾压效果的影响。

2.切削力

（1）切削力的来源

切削力的来源有两个方面：一是切削层金属、切屑和工件表面层金属的弹性变形、塑性变形所产生的抗力；二是刀具与切屑同工件表面间的摩擦阻力。

如图2-7所示，切削时作用在刀具上的力，有变形抗力分别作用在前、后刀面，有摩擦力分别作用在前、后刀面。对于锐利的刀具，作用在前刀面上的力是主要的，作用在后刀面上的力很小，分析时可以忽略不计。上述各力的总合形成作用在刀具上的合力（同标为F）。即作用在刀具上的总切削力。切削时，合力F作用在近切削刃空间某方向，其大小与方向都不易确定，因此，为便于测量、计算和实际应用，常将合力F分解成三个互相垂直的分力。

如图2-7所示车削外圆时的切削合力与分力，三个互相垂直的分力分别为主切削力Fc、背向力Fp及进给力Ff。

Fc——主切削力或切向力。垂直于水平面，通常与切削速度的方向一致，在一般切削情况下，该分力最大。

Fp——切削抗力或背向力、径向力。在基面内，并与进给方向相垂直。

FN——沿切削深度方向上的分力，不做功，但能使工件变形或造成振动，对工件加工精度和表面粗糙度影响较大。

Ff——进给力或轴向力。在基面内，并与进给方向相平行。

（2）影响切削力的因素

1）切削速度

实际生产中一般都要采用切削液来消除积屑瘤对加工的影响。不考虑积屑瘤的存在，采用硬质合金车刀和采用天然金刚石车刀进行精密切削，切削速度对切削力的影响规律是不一样的。用硬质合金车刀进行精密切削时，切削速度对切削力的影响不明显。这是因为在微量切削时，前刀面前的切削区的变形及摩擦在整个切削中所占比例较小，如图2-8（a）所示。因此当v增加时，这部分变形及摩擦减小很不明显；同时由于硬质合金车刀切削刃刃口半径ρ较大，刃口圆弧部分对加工面所产生的挤压所占的比例较大，切削速度的增加，对其影响很小，因此用硬质合金车刀精密切削时，切削速度对切削力的影响不明显。可是用天然金刚石车刀时，情况就不一样，它的刃口圆弧半径比硬质合金小很多，虽然切削量相同，切下的切屑要从前刀面流出，如图2-8（b）所示。但因前刀面的切削区的变形及摩擦所占的比例加大，当切削速度增加时，这部分变形及摩擦要减少，所以用天然金刚石车刀精密切削时，切削力随切削速度的增加而下降。

若考虑积屑瘤的影响，情况有所不同。低速时切削力随切削速度增加，切削力急剧下降。到200～300m/min后，切削力基本保持不变，规律和积屑瘤高度随切削速度的变化规律一致，即积屑瘤高时切削力大，积屑瘤小时切削力也小，这和普通切削时规律正好相反。原因是积屑瘤的存在，使刀具的刃口半径增大；积屑瘤呈鼻形并自切削刃前伸出，这导致实际切削厚度超过名义值许多；积屑瘤代替刀具进行切削，积屑瘤和切屑及已加工表面之间的摩擦比刀具和它们之间的摩擦要严重许多。这些因素都将使切削力增加。

2）进给量

进给量和切削深度决定着切削面积的大小，因而是影响切削力的重要因素。进给量对切削力的影响的试验结果见表2-2。

当进给量小于一定值时，Fp＞Fc，这是精密切削时切削力变化的特殊规律，掌握这一规律，有利于合理设计刀具。用天然金刚石车刀进行精密切削试验，其试验结果见表2-3。

从表2-3可以清楚地看到，用天然金刚石车刀进行精密切削时，Fc＞Fp。

3）切削深度

切削深度对切削力影响的试验结果见表2-4和表2-5。

从表2-4 中可知，使用硬质合金车刀时，切削深度对切削力有明显的影响，对 Fc的影响大于对 Fp的影响。切削深度小于一定值时，则 Fp＞Fc。从表2-5 中可知，使用天然金刚石车刀时，Fc仍然大于Fp。原因是切削用量直接影响Fc的大小。切削刃口半径的大小决定后刀面上正压力大小，直接影响着Fp的大小。当切削用量减小时，Fc随之减小。由于切削刃口半径是一固定值，所以当切削用量减小到一定值之后，Fp才能大于 Fc，但是由于天然金刚石车刀可以磨得很锋利，切削刃口半径可以比硬质合金的小许多倍，因此由刃口圆弧部分产生的挤压小，后刀面上的正压力小，从而Fp小，虽然是微量切削，Fc仍然大于Fp。

由以上可知，一般切削时，Fc与 Fp的比值总是大于1，而精密切削时情况不一定是这样的，它取决于切削用量（f、ap）同刀具刃口半径的比值。当切削用量同刃口半径之比值达到一定数值时，Fc与Fp的比值可以小于1。

另外，在一般切削时，切削深度 ap对切削力的影响大于进给量 f 对切削力的影响。在精密切削时则恰恰相反，进给量对切削力的影响大于切削深度的影响。这与精密切削时通常采用进给量f大于切削深度ap的切削方式有关。

4）刀具材料

天然金刚石对切屑的摩擦因数比其他刀具材料要小很多，而且天然金刚石能刃磨出极小的刃口半径，所以在精密切削时，采用天然金刚石刀具所产生的切削要比其他材料刀具小。

其他有关刀具几何角度、切削液等对切削力的影响同一般切削相似，故不再赘述。

2.2.2 切削热和切削液

切削热是金属切削过程中产生的重要现象之一。热变形是影响加工机械精度的主要因素，它将使机械本身的精度降低。对于被加工工件来讲，热变形将直接影响其精度和表面质量。

1.切削热

使工艺系统（加工机械、工具、工件）产生热变形的热源，有来自加工机械本身的所谓内部热源和来自外部的热源。

内部主要热源如下：

① 由电动机、电器及其他伴随有能量转换而引起的能量损失而产生的热。

② 加工机械的回转运动、滑动和其他运动而产生的摩擦热。

③ 伴随着加工现象而产生的热，即切削热。

外部热源主要是由外界的热，因辐射、对流、传导等带给工艺系统的热。

内部热源和外部热源产生的热量都将使工艺系统发生变形。如果加工机械的温升分布均匀的话，则只对被加工件的尺寸精度产生影响。如果温升分布不均匀，就不只是影响尺寸精度，同时也影响形位精度。加工机械、工具和工件，在受到各种热源的影响时，其温度会逐渐上升。与此同时，它们也将通过各种热的传导方式，将热向工艺系统内部和空间散发。当单位时间内热源传入工艺系统的热量与其向空间散发的热量基本相等时，则认为工艺系统达到了热平衡状态。由于工艺系统的大小、结构不同，以及加工方法、温度控制的条件和能力的不同，工艺系统达到热平衡状态所需要的时间也不同。例如，一台中等尺寸的精密磨床达到热平衡状态所需要的时间大约为6～8h。当达到热平衡状态时，其温度将保持一定的数值，而热变形也相对稳定。这时所造成的加工误差是有规律的，可以认为是系统常值误差，可以通过工艺措施或微机补偿予以消除切削中所消耗的能量绝大部分转变为切削热。

切削热对精密加工影响很大。切削热不但直接传到工件上，使工件的温度升高，而且还传到切削液中，使切削液温度上升，高温切削液反过来也会使工件的温度升高。切削热来自三个切削变形区的金属弹性变形、塑性变形和摩擦。

① 变形所消耗的功转变为热。变形所消耗的功包括弹性变形所消耗的功和塑性变形所消耗的功。前者占的比例很小，而后者较大。

② 摩擦所消耗的功转变为热。摩擦所消耗的功包括前刀面与切屑摩擦所产生的热和后刀面与工件加工表面摩擦所产生的热。

随着工件材料、切削用量、刀具几何角度等具体条件的不同，各个热源产生的热量比例地有所不同。

切削热通过改变切削温度来影响切削过程。切削温度一般是指切屑、工件和刀具接触表面上的平均温度。刀具刀尖附近的温度最高，对切削过程的影响最大。切削温度的高低决定于切削时切削热产生的多少和散热条件。

切削时大量的切削热是由切屑、工件、刀具和周围介质传导的。各部分所传出热量的比例，随工件材料、切削用量、刀具材料及刀具几何角度、加工情况等的变化而有所不同。通常情况下，切屑传出的热量最多，其余依次为刀具、工件及周围介质。

目前，减小切削热对精密加工影响的主要措施是采用切削液浇注工件的方法。为了使工件充分冷却、切削液的浇注方式可以采用浇注加淋浴式，若将大量的这种切削液喷射到工件上，使整个工件被包围在恒温油内，工件温度便可控制在（20±0.5）℃的范围内。切削液的冷却方式可通过在切削液箱内设置螺旋形铜管，管内通以自来水，使切削液冷却，通过控制水的流量来达到控制切削液温度的目的。必要时还可以在冷却水箱中放入冰块，通过冰水混合液能可靠地把切削温度控制在所要求的范围内。另外，通过优化刀具几何角度，切削用量也可以达到减小切削热的目的。

就精密切削而言，当切削单位从数微米缩小到小于lμm以下时，刀具的刀尖部分会受到很大的应力作用，在单位面积上会产生很大的热量，使刀尖局部区域产生极高的温度。通常情况下，金属材料是由数微米到数百微米的微细晶粒组成，在晶粒内部，一般情况下lμm左右的间隔内就有一个位错缺陷。当切削单位较大时，在切削力作用下，工件材料不是整个晶体的滑移面上的原子一起产生位移，而是通过位错运动形成滑移，所以实际剪切强度远远小于理论剪切强度，刀具刀尖部分受到的平均应力并不很大。当切削单位小于位错缺陷平均间隔lμm时，在这狭窄区域内是不会发生由于位错线移动而产生的材料滑移变形的，因此也就使其剪切强度接近理论剪切强度，这时，刀具刀尖部分受到的平均应力将很大，从而导致前面指出的现象。因此，采用微量切削方法进行精密切削时，需要采用耐热性高、耐磨性强，有较好的高温硬度和高温强度的刀具材料。

2.切削液

切削液对精密加工影响很大。图2-9的曲线是在SI-l25精密车床上用金刚石刀具切削铝合金时，干切削与使用切削液的切削对比，其中，试件Ⅰ和Ⅱ施加切削液，试件Ⅲ为干切削。从图2-9中可知，干切削后的粗糙度比用切削液时的粗糙度差1～1.5个小级，甚至差1个大级。

图2-9所示为我国研究人员使用不同配方的切削液做的试验对比图，试验条件：刀具材料：天然金刚石车刀；工件材料：LY12-CZ硬铝；切削用量：ap=0.002mm，f=0.01mm/r，v=68m/min；机床：CGM6125。从图2-10 中可知，30%的豆油加70%的混合油效果最好。20%的氯化石蜡加1%的二烷基二硫化磷酸锌和79%的混合油的效果同它接近。20%氯化石蜡加80%的混合油效果次之。而混合油的效果最差。

切削液通过渗透到接触面上，湿润刀具表面，并牢固地附着在刀具表面上形成一层润滑膜，达到减少刀具与工件材料之间摩擦的效果。表面吸附可分为物理吸附和化学吸附。试验结果表明，由混合油分子形成一层物理吸附薄膜的效果最差。由氯化物形成的化学膜效果较好。由氯化物、硫化物形成的化学吸附膜效果更好。加入少量豆油而形成的物理厚膜效果最好，能获得最小的表面粗糙度。一般情况下，化学吸附膜比物理吸附膜能耐更高的温度及应力。按理说，润滑效果更好，能获得更小的表面粗糙度，但是形成的化学膜是硫或氮同刀具表面的化学成分形成的硫化物或氯化物，这些化合物在切削过程中会脱落，影响刀具表面的粗糙度，从而影响到工件表面的粗糙度。而物理吸附厚膜即使脱落也不会影响刀具表面的粗糙度，因此物理吸附厚膜比化学吸附膜效果好，能获得更小的表面粗糙度。

在精密切削中，使用切削液还可产生如下作用：

① 抑制积屑瘤的生成。精密切削中，积屑瘤会严重影响加工表面粗糙度，抑制积屑瘤对提高精密切削的加工表面质量具有很好的效果。

② 降低加工区域温度，稳定加工精度。

③ 减少切削力。切削液可使刀具与切屑及工件加工表面之间的摩擦减少。

④ 减小刀具磨损，提高刀具耐用度。

2.2.3 刀具磨损、破损及耐用度

金刚石具有许多独特的优点，它作为刀具材料在精密切削中得到广泛的应用，因此，我们着重分析金刚石刀具磨损、破损及其耐用度问题。

1.金刚石刀具的磨损及破损

（1）金刚石刀具的磨损形式

刀具磨损形式有机械磨损、黏结磨损、相变磨损、扩散磨损、破损和炭化磨损等。金刚石刀具的磨损可分为机械磨损、破损和炭化磨损。常见的磨损形式为机械磨损和破损，炭化磨损较少见。

1）机械磨损

机械磨损是由于机械摩擦所造成的磨损。在刀具开始切削的初磨阶段，刀具和工件、切屑的接触表面高低不平，形成犬牙交错现象，在相对运动中，双方的高峰都逐渐被磨平。最普遍的机械磨损现象是由于切屑或工件表面有一些微小的硬质点，如炭化物等，在刀具前刀面上划出沟纹而造成的磨料磨损。

金刚石刀具使用一段时间后，在前、后刀面上出现细长而光滑的磨损带，刀棱逐渐变成圆滑过渡的圆弧，随着加工的继续会形成较大的圆弧或者发展成前面和后面之间的斜面。随着切削距离的增长，副后刀面上磨损增大，并出现两段不同的磨损部分，这两部分的长度相同，等于走刀量。直线刃刀具的磨损情况如图2-11 所示。右边的磨损部分磨损量很大，称为第Ⅰ磨损区，主要是因为由这段切削刃去除加工余量。左边磨损部分的磨损量较小，称为第Ⅰ磨损区，这是因为右边部分的切削刃出现了硬损伤，使左边部分切削刃参加切削，切去Ⅰ区残留的余量，因此Ⅱ 区的切削刃也产生了一定的磨损。但由于Ⅰ区切削刃切削的深度远远大于Ⅱ 区切削刃切削深度，两个磨损区的磨损量大不相同，即形成了阶梯形磨损。

前刀面上的磨损是切屑流过前刀面引起的，在切屑的摩擦下，通常形成一条凹槽形的磨损带。磨损凹槽的形状和刀具形状有关。图2-12所示是刀尖半径为2μm的切削刃前刀面上出现的磨损凹槽的形状。

前刀面上的磨损是切屑流过前刀面引起的，在切屑的摩擦下，通常形成一条凹槽形的磨损带。磨损凹槽的形状和刀具形状有关。

金刚石刀具的这种机械磨损量非常微小，刀具后刀面的磨损区及前刀面的磨损凹槽表面非常平滑，使用这种磨损的刀具进行加工不会显著地影响加工表面质量。

这种机械磨损主要产生在用金刚石刀具加工铝、铜、尼龙等物质材料时。加工这些材料时，切削过程稳定，无冲击振动。

2）刀具的破损

金刚石刀具破损的原因如下：

① 裂纹。结构缺陷可产生裂纹，另外当切屑经过刀具表面时，金刚石受到循环应力的作用也可产生裂纹，刀具表面研磨应力也会产生裂纹。这些裂纹在切削过程中会加剧，进而造成刀具的严重破损。

② 碎裂。由于金刚石材料较脆，在切削过程中受到冲击和振动都会使金刚石切削刃产生微细的解理，形成碎裂。刀具的碎裂会降低切削刃的表面质量，影响加工质量，甚至会形成较大范围的解理。

③ 解理。当垂直于金刚石（111）晶面的拉力超过某特定值时，两相邻的（111）面分离，产生解理劈开。如果金刚石晶面方向选择不当，切削力容易引起金刚石的解理，使刀具寿命急剧下降，尤其是在有冲击振动、切削不稳定的条件下，更容易产生解理。最新研究表明，为了增加切削刃的微观强度，减小破损概率，应选用微观强度最高的（110）晶面作为金刚石刀具的前后刀面。

另外，金刚石在650℃就能发生碳化，在850℃时就会燃烧。在微量切削过程中，虽然金刚石刀具有很好的导热性能，但金刚石刀具与零件的实际接触面积很小，单位面积上的平均负荷是相当大的，从而产生切削热，切削温度上升。当金刚石刀具接触质点的温度达到碳化温度时就形成金刚石的碳化过程，当达到燃烧温度时，接触质点就可能被烧掉，就会使刀刃钝化。

（2）刀具磨损对加工质量的影响

刀具的磨损形式在很大程度上取决于工件材料性质、金刚石特性的利用及机床的动态性能。特别是金刚石的特性与磨损有很大关系，合理地使用金刚石刀具，可以在较长时间内保持较高的加工质量。

2.刀具的耐用度

刀具磨损到一定程度就不能继续使用，否则将降低加工零件的尺寸精度和加工表面质量，同时也增加刀具的消耗，增加加工成本。刀具的磨损过程一般可以划分为三个阶段：① 初期磨损；② 正常磨损阶段；③ 急剧磨损阶段。

天然单晶金刚石是精密切削中最重要的刀具材料，它是目前已知的最硬的材料，金刚石刀具的磨损及耐用度具有特殊性。用天然单晶金刚石刀具对有色金属进行精密切削，如切削条件正常，刀具无意外损伤，刀具磨损极慢，刀具耐用度极高。

天然单晶金刚石刀具用于精密切削，其破损或磨损而不能继续使用的标志是加工表面粗糙度超过规定值。金刚石刀具的耐用度平时以其切削距离的长度表示，如切削条件正常，金刚石刀具的耐用度可达数百千米。

实际使用中，由于切削时的振动或切削刃的碰撞，切削刃会产生微小崩刃而不能继续使用，金刚石刀具的耐用度达不到上述指标。因此，天然单晶金刚石刀具只能在机床主轴转动非常平稳的高精度机床上使用，否则，由于振动会使金刚石刀具很快产生切削刃微观崩刃，不能继续使用。金刚石刀具要求使用维护极其小心，不允许在有振动的机床上使用。在刀具设计时，应正确选择金刚石晶体方向，以保证切削刃具有较高的微观强度，减少解理破损的产生概率。通过这些措施，可提高金刚石刀具的耐用度。