单晶金刚石刀具刃磨特点

在超精密加工中,保证加工表面质量的主要因素除了高精度的机床、超稳定的加工环境外,高质量的刀具也是很重要的一个方面。
天然金刚石具有硬度高、耐磨性好、强度高、导热性好、与有色金属摩擦系数低、抗黏结性好以及优良的抗腐蚀性和化学稳定性,可以刃磨出极其锋利的刀刃,被认为是最理想的超精密切削用刀具材料,在机械加工领域尤其是超精密加工领域有着重要地位并得到广泛应用。

1、单晶金刚石的物理特性

金刚石是单一碳原子的结晶体,其晶体结构属于等轴面心立方晶系(一种原子密度最高的晶系)。由于金刚石中碳原子间的连接键为sp3杂化共价键,因此具有很强的结合力、稳定性和方向性。它是目前自然界已知的最硬物质,其显微硬度可达10000HV,其它物理特性见表。

物理性能-数值
硬度-60000～100000MPa,随晶体方向和温度而定
抗弯强度-210～490MPa
抗压强度-1500～2500MPa
弹性模量-(9～10.5)×10的12次方MPa
热导率-8.4～16.7J/cm?s?℃
质量热容-0.156J/(g?℃)(常温)
开始氧化温度-900～1000K
开始石墨化温度-1800K(在惰性气体中)
和铝合金、黄铜间的摩擦系数-0.05～0.07(在常温下)

二十世纪七十年代后期,在激光核融合技术的研究中,需要大量加工高精度软质金属反射镜,要求软质金属表面粗糙度和形状精度达到超精密水平。如采用传统的研磨、抛光加工方法,不仅加工时间长、费用高、操作难度大,而且不易达到要求的精度。因此,亟需开发新的加工方法。在现实需求的推动下,单晶金刚石超精密切削技术得以迅速发展。由于单晶金刚石本身的物理特性,切削时不易黏刀及产生积屑瘤,加工表面质量好,加工有色金属时,表面粗糙度可达 Rz0.1～0.05μm。金刚石还能有效地加工非铁金属材料和非金属材料,如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、未烧结硬质合金、各种纤维和颗粒加强复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨木材(尤其是实心木和胶合板、MDF等复合材料)。

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