將單晶金剛石刀頭牢固、可靠地裝卡在刀桿上，是制造金剛石刀具的關(guān)鍵步驟，其裝卡質(zhì)量直接影響金剛石刀具的使用性能。目前常用的裝卡方法主要有三種，即粘結(jié)法、鑲嵌法和釬焊法。

1．粘結(jié)法

　　粘結(jié)法是采用環(huán)氧樹脂或502膠等有機(jī)粘結(jié)劑，將金剛石刀頭粘結(jié)在刀桿上與金剛石刀頭大小相匹配的凹槽中。這種方法操作簡(jiǎn)便，不需要專用設(shè)備與夾具，可獲得一定的粘結(jié)強(qiáng)度。但由于有機(jī)粘結(jié)劑的耐溫性一般不超過(guò)200℃，研磨刀頭時(shí)或采用較大切削用量進(jìn)行切削加工時(shí)產(chǎn)生的高溫均可能使粘結(jié)劑失效，所以粘結(jié)式金剛石刀具只適用于切削用量較小的超精密加工，且不能在刀桿上直接研磨金剛石刀頭。當(dāng)?shù)毒咝枰�修磨時(shí)，需要用丙酮等溶劑先將粘結(jié)膠化開，對(duì)金剛石刀頭進(jìn)行修磨后再重新粘結(jié)到刀桿上。此外，粘結(jié)過(guò)程中金剛石刀頭的位置精度較難保證。

2．鑲嵌法

　　鑲嵌法是首先將金剛石刀頭與金屬粉末一起燒結(jié)，再通過(guò)壓板將金剛石刀頭機(jī)械地固定在刀桿上。鑲嵌法是目前應(yīng)用最為廣泛的金剛石刀具裝卡方法，其工藝過(guò)程如下：

　�。�1）將金剛石粗磨成上大下小的形狀，并確定刀刃及后刀面的位置。

　　（2）將金剛石大面朝下放置在如圖1所示的鑄鐵模具中，在其周圍填充適量的銅基金屬粉末（如663銅粉），然后插入上柱塞，稍加壓力壓實(shí)金屬粉末。

圖1　鑲嵌模具

　�。�3）采用高頻感應(yīng)裝置緩慢加熱模具的同時(shí)，不斷增加上下兩柱塞之間的壓力，直至溫度與壓力分別達(dá)到750℃和5.5kg/mm²。冷卻后取出燒結(jié)塊及其中的金剛石刀頭，在燒結(jié)塊上即可得到與金剛石刀頭形狀和大小相一致的窩孔。

　�。�4）根據(jù)設(shè)計(jì)的刀刃與刀桿的相對(duì)位置，去除燒結(jié)塊上的多余部分。然后將加工好的燒結(jié)塊用較低溫度的銅釬料釬焊在刀桿的正確位置上，并精確修磨刀桿的后角及其它部分。

　�。�5）將精磨好的金剛石刀頭放入燒結(jié)塊的窩孔中并加蓋合適的壓板，即完成了金剛石刀具的裝卡。裝卡好的金剛石刀頭（如圖2所示）只露出刀具的后刀面和1mm左右的前刀面。

圖2　裝夾好的金剛石刀具

　　鑲嵌法可以牢靠地固定金剛石刀頭，耐高溫性也較好，可以在裝卡后直接研磨刀頭的后刀面，從而達(dá)到較高的角度精度。修磨時(shí)只需打開壓板，取出金剛石刀頭，修磨合格后再重新裝配，十分方便。

　　鑲嵌法的缺點(diǎn)是工藝過(guò)程較復(fù)雜，同時(shí)金剛石刀頭只能露出少部分前刀面，其后部的壓板會(huì)妨礙切屑流出，容易使切屑堵塞在刀刃附近而破壞已加工表面。由于鑲嵌法裝卡的金剛石與燒結(jié)塊窩孔面之間無(wú)化學(xué)鍵連接，僅靠壓力壓緊，在加工中有可能產(chǎn)生微小位移，因此不太適合超精加工刀具的要求。此外，鑲嵌法要求金剛石具有較大體積，這一方面導(dǎo)致金剛石的利用率較低，另一方面難以制作用于小孔加工的小直徑刀具。

3．釬焊法

　　用釬焊法直接焊接金剛石刀具一直是一個(gè)頗受關(guān)注的問(wèn)題。由于金剛石具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，很難與其它金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)焊接，因此，如何可靠地實(shí)現(xiàn)金剛石與金屬的牢固連接，成為金剛石工具制造業(yè)的技術(shù)難點(diǎn)和亟待解決的研究課題。

　　實(shí)現(xiàn)金剛石刀具的釬焊需要解決以下問(wèn)題：

　�。�1）潤(rùn)濕性能：釬焊時(shí)，釬料必須潤(rùn)濕被焊材料才能保證焊接部位無(wú)缺陷。由于金剛石的表面能很高，潤(rùn)濕性差，因此找到對(duì)于金剛石和金屬基體表面均具有良好潤(rùn)濕性的釬料是釬焊成功的關(guān)鍵。

　�。�2）粘結(jié)性能：釬料不僅應(yīng)具有良好的潤(rùn)濕性，還要能與被焊材料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵連接，才能實(shí)現(xiàn)具有足夠粘結(jié)力的焊接。

　�。�3）殘余應(yīng)力：金剛石與金屬的熱膨脹系數(shù)相差近十倍，在焊接后的冷卻過(guò)程中會(huì)形成很大的殘余應(yīng)力，從而影響焊接強(qiáng)度甚至損壞金剛石。

　�。�4）金剛石的腐蝕：金剛石在高溫下會(huì)氧化或石墨化，某些金屬對(duì)金剛石還具有侵蝕作用，因此必須選擇合適的工作環(huán)境與釬料，將金剛石的腐蝕現(xiàn)象減小到最低程度。

　　大量研究發(fā)現(xiàn)，含有鈦、鋯、鈮、鉭等活性元素的釬料在真空中可以直接潤(rùn)濕金剛石表面，這些活性元素還能與金剛石表面的碳原子反應(yīng)生成穩(wěn)定的碳化物，形成化學(xué)鍵連接。金屬鉬或鈷基硬質(zhì)合金與金剛石有較為相近的熱膨脹系數(shù)，用作焊接基體既可以不損壞金剛石又能保證釬焊強(qiáng)度。在此研究基礎(chǔ)上開發(fā)了真空條件下的金剛石釬焊技術(shù)。近年來(lái)又進(jìn)一步開發(fā)了在保護(hù)氣體氛圍中釬焊金剛石的新技術(shù)。與真空釬焊技術(shù)相比，保護(hù)氣體釬焊技術(shù)具有設(shè)備成本低，操作簡(jiǎn)便，工藝周期短等優(yōu)點(diǎn)，并保持了與真空釬焊相當(dāng)?shù)暮附訌?qiáng)度。這一技術(shù)的出現(xiàn)較圓滿地解決了長(zhǎng)期存在的金剛石釬焊技術(shù)難題。

　　保護(hù)氣體釬焊金剛石所用釬料為銀銅鈦合金，合金中銀、銅、鈦的成份比例分別為

68.8%、26.7%和4.5%。保護(hù)氣體為氬（95％）與氫（5％）的混合氣體。焊接在如圖3所示的半開放式腔體中進(jìn)行。釬焊工藝過(guò)程如下：

　　（1）充分清除金剛石和金屬基體表面上的氧化物；

　�。�2）在保護(hù)氣氛中加熱基體及釬料，直至釬料熔化并均勻散布于基體的指定位置，然后冷卻；

　　（3）在基體的正確部位放置需焊接的金剛石，充入保護(hù)氣體后重新加熱至釬料熔化溫度，再緩慢冷卻至室溫。

圖3　釬焊裝置示意圖

　　采用釬焊法裝卡金剛石刀頭具有以下優(yōu)點(diǎn)：焊接強(qiáng)度高，焊接面的剪切強(qiáng)度可達(dá)340MPa，可將重量?jī)H為0.02克拉的金剛石刀頭牢固地焊接在刀桿上；可在釬焊后對(duì)金剛石刀頭再進(jìn)行精磨，以保證刀具幾何角度的加工精度；可使刀具前刀面高于刀桿，從而保證切屑排出順暢，使切削過(guò)程及工件表面質(zhì)量更加穩(wěn)定可靠；可大幅度提高金剛石刀具的系統(tǒng)剛性。