化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）金刚石涂层刀具是采用CVD法在具有高强度和韧性的硬质合金基体上沉积金刚石薄膜获得的一种新型高效高性能加工刀具。该类型刀具表面的金刚石薄膜具有接近天然金刚石的优异性能，在航空航天、汽车、模具和医疗等加工行业有着非常广泛的应用前景。热丝CVD（HotFilamentCVD）法因其设备简单，沉积参数易于控制，并且能够实现大面积沉积等优点在金刚石涂层刀具的产业化制备中被广泛使用。对于切削加工中大量使用的复杂形状刀具的金刚石涂层沉积，HFCVD法有着其独特的优势。然而生长的薄膜质量和厚度不一致一直是批量产业化制备复杂形状金刚石涂层刀具尚未解决的关键问题。已有大量的实验和理论研究表明，HFCVD基体表面的温度场和热丝及衬底附近的气体流场对沉积金刚石薄膜时形核速率、生长速度以及成膜质量起着关键作用，批量制备金刚石涂层刀具要求所有刀具涂层具有质量一致性，进而要求了更大沉积范围内的基体表面温度场及基体附近流场的均匀性。因此对HFCVD法批量制备复杂形状金刚石涂层刀具沉积过程中基体温度场和腔体内部流场研究及优化有着重要的理论意义和实用价值。本文以普通麻花钻为例，借助计算流体动力学（ComputationalFluidDynamics,CFD）仿真软件，通过有限容积法对HFCVD法沉积金刚石涂层钻头过程进行了仿真模型的建立和仿真方法的选取。为了验证仿真的正确性，进行了大量的测温验证试验，进一步对普通刃长钻头和长刃钻头分别探讨了一系列热丝参数对于基体表面温度场的影响，并对之进行了优化，在此基础上对HFCVD设备的进气和出气形式分别进行了热丝和刀具附近流场均匀性的优化。最后对优化条件下制备的复杂形状金刚石涂层刀具涂层的质量、均匀性以及切削性能进行了全面表征评价试验。本文主要完成的研究工作内容可以概括如下：1.利用有限容积法，综合考虑热辐射、热传导和热对流三大传热机制进行了仿真模型的建立和仿真条件的确定。为了验证仿真方法的正确性，建立了多点实时测温平台，在大批量、单列和单行模型下改变热丝参数进行了测温仿真对比试验。试验结果表明仿真结果与测温结果基本保持一致，反映了实际批量制备金刚石涂层钻头时基体温度场的分布趋势，因此能够使用该仿真方法对一系列参数进行分析和优化。2.分别就普通刃长钻头和长刃钻头进行了热丝布置方式的仿真研究，研究结果表明对于普通刃长钻头可以在刀具上方布置单层热丝就能满足批量制备高质量的金刚石涂层钻头的温度要求，而对于长刃钻头则需要布置双层热丝才能保证刃部温度处在适宜生长金刚石的温度。在传统等间距布置热丝方式下进行了大批量制备普通刃长钻头时的一系列参数（主要包括热丝长度、热丝直径、热丝间距、热丝高度、热丝温度、支撑块材料和冷却水流量）对基体温度数值和温度场均匀性影响的研究，并进行了逐一优化，提出了一种新型不等距布丝方法获得了更加均匀的温度场，进一步改善了基体温度场的均匀性。对于长刃钻头，先从单排开始使用正交试验分析了上下两层热丝间距和高度对温度场的影响并得到了最优的参数。随后在多排和大批量下采用了不等距布丝方法进行了一系列分析和优化，得到了多排和大批量情况下的适合金刚石沉积并且均匀性良好的温度场。3.研究了不同进气方式和出气方式对热丝及基体附近气体流场的变化情况，研究参数主要有进气孔高度，进气速度，进气孔面积、进气孔结构、出气孔大小、出气孔个数和出气孔位置，最后得到了优化的设备参数，显著改善了气体流动的热阻隔和热扰流现象，在热丝和基体附近获得了流向一致，流速接近的均匀流场。4.以普通刃长钻头为例，在优化条件下进行了批量金刚石涂层钻头的制备试验，对制备得到的金刚石涂层钻头进行了显微电镜表征、拉曼光谱表征和切削试验。试验结果表明了在优化条件下同一批制备的金刚石涂层钻头在涂层质量和质量一致性上得到了很好的保证。