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鄭州晶品超硬工具有限公司
工廠：鄭州市中原西路竹川工業區
運營：鄭州市明理路266號木華廣場
電話：0371-5600 9088
官微：晶品工具
郵箱：zjp@zzjpgj.com
聯系人：鄭先生 朱女士
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超精密切削是超精密加工中的一個重要領域，它是一項內容廣泛的新技術。使用精密的單晶金剛石刀具加工有色金屬和非金屬，能夠直接切出超光滑的加工表面，這樣就可以取代超精密磨削等精加工工序，極大的提高加工效率，同時也可以保證加工精度和加工表面質量。近些年來，單晶金剛石刀具已經深入到機械加工的各個領域，起著越來越重要的作用。
金剛石的硬度大，耐磨性好，使得金剛石成為理想的刀具材料，但是與此同時也給單晶金剛石刀具的研磨帶來了極大的困難。
天然單晶金剛石刀具的刃磨特點
超精密加工中，單晶金剛石刀具的兩個基本精度是刀刃輪廓精度和刃口的鈍圓半徑。要求加工非球面透鏡用的圓弧刀具刃口的圓度為0.05μm以下，加工多面體反射鏡用的刀刃直線度為0.02μm；刀具刃口的鈍圓半徑(ρ值)表示了刀具刃口的鋒利程度，為了適應各種加工要求，刀刃刃口半徑范圍從20nm～1μm。
單晶金剛石刀具的晶面選擇
金剛石晶體屬于立方晶系，由于每個晶面上原子排列形式和原子密度的不同以及晶面之間距離的不同，造成天然金剛石晶體的各向異性，因此金剛石不僅各晶面表現的物理機械性能不同、其制造難易程度和使用壽命都不相同，各晶面的微觀破損強度也有明顯差別。金剛石晶體的微觀強度可用Hertz試驗法來測定，由于金剛石是典型的脆性材料，其強度數值一般偏差較大，主要依賴于應力分布的形態和分布范圍，因此適合用概率論來分析。當作用應力相同時，（110）晶面的破損概率最大，（111）晶面次之，（100）晶面產生破損的概率最小。即在外力作用下，（110）晶面最易破損，（111）晶面次之，（100）最不易破損。盡管（110）晶面的磨削率高于（100）晶面，但實驗結果表明，（100）晶面較其它晶面具有更高的抗應力、腐蝕和熱退化能力。結合微觀強度綜合考慮，用（100）面做刀具的前后刀面，容易刃磨出高質量的刀具刃口，不易產生微觀崩刃。通常應根據刀具的要求來進行單晶金剛石刀具的晶面選擇。一般來說，如果要求金剛石刀具獲得最高的強度，應選用（100）晶面作為刀具的前、后刀面；如果要求金剛石刀具抗機械磨損，則選用（110）晶面作為刀具的前、后刀面；如果要求金剛石刀具抗化學磨損，則宜采用（110）晶面作刀具的前刀面，（100）晶面作后刀面，或者前、后刀面都采用（100）晶面。這些要求都需要借助晶體定向技術來實現。
金剛石刀具的定向方法
目前，晶體定向主要有三種方法：人工目測晶體定向、激光晶體定向和X射線晶體定向。
�。�1）人工目測晶體定向
人工目測是根據天然晶體外部幾何形狀、表面生長、腐蝕特征及各晶面之間的幾何角度關系，憑借操作者長期的工作經驗，通過觀察和試驗所做的粗略晶體定向。該方法簡單、易行、不需要借助設備，但定向結果準確性差，對操作者經驗要求高，且對于經過加工、失去了天然單晶晶體特征的刀具就無法再進行人工目測定向。
（2）激光晶體定向
激光晶體定向是用相干性較好的激光照射到金剛石晶體表面上，在不同結晶方向上表面存在的在生長過程中形成的形狀規則的晶面晶紋和微觀凹坑被反射到屏幕上形成特征衍射光圖像。但實際上因受到外界干擾因素，自然形成的規則晶面晶紋和微觀凹坑往往不明顯或根本無法觀察到。因此這種晶體在定向之前，要經過適當的人工腐蝕，以形成特征形貌。
�。�3）X射線晶體定向金剛石對稱型為3L44L36L29PC,用X射線照射金剛石，旋轉裝金剛石的卡具，使金剛石的4次、3次或2次對稱軸和射入x光束方向重合，出現對稱衍射圖像。
由于X射線的波長接近晶體的晶格常數，當X射線透過晶體或從晶體表面反射回來時，會發生衍射。利用這個原理已開發有專用的X射線晶體定向儀。這種晶體定向方法精度高，但是因X射線對人體有一定的危害，在使用時需注重對操作人員的保護。
金剛石刀具的晶向選擇
金剛石各向異性，因此不但各晶面的硬度、耐磨性不同，就是同一晶面不同方向的耐磨性也不同。如果晶向選擇不當，即使晶面選擇正確，刃磨效率也會大大降低。同時由于金剛石晶體的抗壓強度比抗拉強度大5～7倍，所以在刃磨過程中要選擇晶面的易磨方向，同時刃口要迎著刃磨砂輪線速度的正方向（即采取逆磨），以保證刃磨效率并減小刃口的微觀解理程度。
金剛石刀具的研磨
研磨包含粗磨與精磨，粗磨時應選擇晶體的易磨方向；金剛石刀具的粗磨與研磨方向、研磨速度以及壓力、所用的金剛石微粉粒度等有關。
金剛石刀具的磨、破損
金剛石刀具的磨損機理比較復雜，可分為宏觀磨損和微觀磨損，前者以機械磨損為主，后者以熱化學磨損為主。常見的金剛石刀具磨破損形態為前刀面磨損、后刀面磨損和刃口崩裂。在單晶金剛石刀具刃磨過程中，需要其磨損以刃磨出滿足要求的刀具，但若產生了不需要的磨損就可能損傷已經刃磨好的前、后刀面。而刃口崩裂(即崩刃)是在刃口上的應力超過金剛石刀具的局部承受能力時發生的，一般是由金剛石晶體沿（111）晶面的微觀解理破損造成的。在超精密加工中，金剛石刀具的切削刃鈍圓半徑比較小，其本身又屬于硬脆材料，同時由于其各向異性且（111）面易發生解理，隨著振動和砂輪砂粒對刀具刃口的沖擊作用，故常常會伴隨產生崩刃現象。 |
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