单晶金刚石刀具刃磨的特点

　　1．前言 

　　在超精密加工中，包管加工外貌质量的重要因素除了高精度的机床、超稳固的加工环境外，高质量的刀具也是很紧张的一个方面。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、抗黏结性好以及精良的抗腐化性和化学稳固性，可以刃磨出极其锋利的刀刃，被以为是最抱负的超精密切削用刀具质料，在机器加工范畴尤其是超精密加工范畴有着紧张因素并得到广泛应用。

　　2．单晶金刚石的物理特性 

　　金刚石是大略碳原子的结晶体，其晶体布局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相连键为sp3杂化共价键，因此具有很强的结协力、稳固性和方向性。

　　二十世纪七十年代后期，在激光核融合技能的切磋中，必要大量加工高精度软质金属反射镜，要求软质金属外貌粗糙度和外形精度到达超精密程度。如采取枯燥的研磨、抛光加工要领，不但加工时间长、用度高、支配难度大，并且不易到达要求的精度。因此，亟需开辟新的加工要领。在实际需求的推动下，单晶金刚石超精密切削技能得以敏捷成长。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，加工外貌质量好，加工有色金属时，外貌粗糙度可达 Rz0.1～0.05μm。金刚石还能有效地加工非铁金属质料和非金属质料，如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、未烧结硬质合金、种种纤维和颗粒加强复合质料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和种种耐磨木柴（尤其是实心木和胶合板、MDF等复合质料）。

　　3．天然单晶金刚石刀具的刃磨特点

　　超精密加工中，单晶金刚石刀具的两个根本精度是刀刃形状精度和刃口的钝圆半径。要求加工非球面透镜用的圆弧刀具刃口的圆度为0.05μm以下,加工多面体反射镜用的刀刃直线度为0.02μm；刀具刃口的钝圆半径(ρ值)表现了刀具刃口的锋利程度，为了合适种种加工要求，刀刃刃口半径范畴从 20nm～1μm。

　　3.1 单晶金刚石刀具的晶面选择

　　金刚石晶体属于立方晶系，由于每个晶面上原子分列式样和原子密度的差别以及晶面之间隔断的差别，造成天然金刚石晶体的各向异性，因此金刚石不但各晶面表现的物理机器性能差别、其制造难易水温和利用寿命都不雷同，各晶面的微观破坏强度也有显然差别。金刚石晶体的微观强度可用Hertz试验法来测定，由于金刚石是典范的脆性子料，其强度数值平常过失较大，重要依赖于应力散布的形态和散布范畴，因此适实用概率论来分析。当作用应力雷同时，（110）晶面的破坏概率最大，（111）晶面次之，（100）晶面产生破坏的概率最小。即在外力作用下，（110）晶面最易破坏，（111）晶面次之，（100）最不易破坏。纵然（110）晶面的磨削率高于（100）晶面，但实行结果证明，（100）晶面较别的晶面具有更高的抗应力、腐化和热退化本领。联合微观强度综合思考，用（100）面做刀具的前后刀面，容易刃磨出高质量的刀具刃口，不易产生微观崩刃。

　　通常应根据刀具的要求来举行单晶金刚石刀具的晶面选择。平常来说，倘若要求金刚石刀具得到最高的强度，应选用（100）晶面作为刀具的前、后刀面；倘若要求金刚石刀具抗机器磨损，则选用（110）晶面作为刀具的前、后刀面；倘若要求金刚石刀具抗化学磨损，则宜采取（110）晶面作刀具的前刀面，（100）晶面作后刀面，大概前、后刀面都采取（100）晶面。这些要求都必要借助晶体定向技能来实现。

　　3.2 金刚石刀具的定向要领

　　如今，晶体定向重要有三种要领：人工目测晶体定向、激光晶体定向和X射线晶体定向。

　　（1）人工目测晶体定向

　　该要领是根据天然晶体外部多少外形、外貌生长、腐化特性及各晶面之间的多少角度干系，依附支配者长期的劳动阅历，议决查看和试验所做的大概晶体定向。该要领大略、易行、不必要借助配置，但定向结果精确性差，对支配者阅历要求高，且对付议决加工、失往了天然单晶晶体特性的刀具就无法再举行人工目测定向。

　　（2）激光晶体定向

　　激光晶体定向是用干系性较好的激光照射到金刚石晶体外貌上，在差别结晶方向上外貌存在的在生长进程中形成的外形法则的晶面晶纹和微观凹坑被反射到屏幕上形成特性衍射光图像。但实际上因受到外界滋扰因素，天然形成的法则晶面晶纹和微观凹坑每每不显然或根本无法查看到。因此这种晶体在定向之前，要议决得当的人工腐化，以形成特性形貌。

　　（3）X射线晶体定向

　　由于X射线的波长靠近晶体的晶格常数，当X射线透过晶体或从晶体外貌反射返来时，会产生衍射。利用这个原理已开辟有专用的X射线晶体定向仪。这种晶体定向要领精度高，但是因X射线对人体有肯定的危害，在利用时需重视对支配职员的保卫。

　　3.3 金刚石刀具的晶向选择

　　金刚石各向异性，因此不但各晶面的硬度、耐磨性差别，便是统一晶面差别方向的耐磨性也差别。倘若晶向选择不当，纵然晶面选择精确，刃磨效果也会大大低落。同时由于金刚石晶体的抗压强度比抗拉强度大5～7倍，以是在刃磨进程中要选择晶面的易磨方向，同时刃口要迎着刃磨砂轮线速率的正方向（即采纳逆磨），以包管刃磨效果并减小刃口的微观解理程度。

　　3.4 金刚石刀具的磨、破坏

　　金刚石刀具的磨损机理比较纷乱，可分为宏观磨损和微观磨损，前者以机器磨损为主，后者以热化学磨损为主。多见的金刚石刀具磨破坏形态为前刀面磨损、后刀面磨损和刃口倒塌。在单晶金刚石刀具刃磨进程中，必要其磨损以刃磨出餍足要求的刀具，但若产生了不必要的磨损就大概毁伤已经刃磨好的前、后刀面。而刃口倒塌(即崩刃)是在刃口上的应力超出金刚石刀具的局部遭受本领时产生的，平常是由金刚石晶体沿（111）晶面的微观解理破坏造成的。在超精密加工中，金刚石刀具的切削刃钝圆半径比较小，其本身又属于硬脆质料，同时由于其各向异性且（111）面易产生解理，随着振动和砂轮砂粒对刀具刃口的打击作用，故通常会陪伴产生崩刃表象。

　　4．刃磨试验

　　试验中，由于缺乏有效的晶体定向伎俩，只有议决对报废刀具的布局分析，大抵鉴定刀具的晶面方向，然后议决刃磨进程中刀具与砂轮外貌的打仗力、打仗声音等信息，分身砂轮速率、主轴往复活动速率和摆幅等参数，细致寻觅刀具得当的刃磨角度。当刃磨的声音比较烦闷费力、手感机床有较大振动时，应立刻退出刀具，禁止刀体毁伤砂轮，并重新调解角度。调理得当后，刃磨的声音比较轻快柔软，手感机床振动微小，并且连续上刀0.05mm，机床不会出现振动颠簸。

　　议决各次刃磨环境的比对，确定主切削刃和副切削刃较为刚正的刃磨选向为砂轮旋转方向应指向刃口受压方向，并与之形成 15～30o角。根据机床资料并综合思考质料往除率和磨削比率，保举采取的砂轮速率为8～65m/s。议决试验发觉，砂轮速率在22～28m/s时，研磨结果最佳；速率在15 m/s时刃口的Rt值最小。因此，在实际的刃磨进程中，将刀头安排在研磨盘φ140左右的地区内，粗磨时选择砂轮转速为2100rev/min，精磨时选择砂轮转速为1000rev/min，包管粗磨时的砂轮速率为23m/s左右，精磨时为15 m/s左右。主轴往复摆动幅度不宜过大，平常比刃磨刀口宽度略宽即可，摆动频率也不宜过快。

　　为得到经济性的刃磨结果，磨削打仗压力需随着刃长的增长而增长。在粗磨时，随着打仗压力的举高，会出现质料往除率的正向突变。在超精磨时，质料往除率随打仗压力的增长先是渐渐举高，当打仗压力增长到 180N时，质料往除率转而渐渐低落。精抛时刀具与研磨盘之间的打仗压力在12～14N时最有利于包管刃磨面的外貌光洁度。因此刃磨时刀具与砂轮外貌应有得当的打仗力。粗磨时，只管即便采取机床的压力控制，在对刀之后应尽快上刀，并且按住机床变位支配拉杆（该拉杆用于支配劳动台在劳动位与丈量位之间举行转换），以包管所需较大打仗力，禁止引起机床振动导致崩刃。

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