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单晶金刚石刀具

简介在超精密加工中,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。

定向方法:X射线晶体定向

由于X射线的波长接近晶体的晶格常数,当X射线透过晶体或从晶体表面反射回来时,会发生衍射。利用这个原理我公司已开发有专用的JF-6单晶定向仪。

单晶金刚石刀具的晶面选择

金刚石晶体属于平面立方晶系,由于每个晶面上原子排列形式和原子密度的不同以及晶面之间距离的不同,造成天然金刚石晶体的各向异性,因此金刚石不仅各晶面表现的物理机械性能不同、其制造难易程度和使用寿命都不相同,各晶面的微观破损强度也有明显差别。金刚石晶体的微观强度可用Hertz试验法来测定,由于金刚石是典型的脆性材料,其强度数值一般偏差较大,主要依赖于应力分布的形态和分布范围,因此适合用概率论来分析。当作用应力相同时,(110)晶面的破损概率最大,(111)晶面次之,(100)晶面产生破损的概率最小。即在外力作用下,(110)晶面最易破损,(111)晶面次之,(100)最不易破损。尽管(110)晶面的磨削率高于(100)晶面,但实验结果表明,(100)晶面较其它晶面具有更高的抗应力、腐蚀和热退化能力。结合微观强度综合考虑,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进行单晶金刚石刀具的晶面选择。一般来说,如果要求金刚石刀具获得最高的强度,应选用(100)晶面作为刀具的前、后刀面;如果要求金刚石刀具抗机械磨损,则选用(110)晶面作为刀具的前、后刀面;如果要求金刚石刀具抗化学磨损,则宜采用(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。这些要求都需要借助晶体定向技术来实现。

 单晶金刚石刀具的选料与定向

制作单晶金刚石刀具第1 步工作就是选料根据不同的加工条件、方法选择合适的原材料不仅可以保证刀具的质量而且可以避免浪费金刚石原材料而增加加工成本。一般刀具用金刚石原材料要求晶体完整、无裂痕晶体表面应该尽量平整最小直径一般应不小于4 mm 重量为0. 73 ct

由于刀具的要求或金刚石形状所决定有时候需要将金刚石原石分割。金刚石具有平行完全解理金刚石中的碳原子与碳原子之间是以较大力量的共价键结合在一起的。但是在金刚石结构中的某些特定方向如平行八面体面方向施加一定的力后金刚石非常容易破裂主要是因为金刚石晶体中连接此面的键相对较少。因此选择金刚石的解理面进行分割原石劈开的方法。在需要劈开的金刚石上开出一条称为切缝的槽或刻痕。劈开的技巧在于知道从哪里开缝以及要切多深。切缝要想磨出一把高质量单晶金刚石刀具必须掌握单晶金刚石的晶体定向技术。这主要是由于单晶金刚石的各向异性的特点决定的金刚石的各个方向上的硬度差别很大。要选择合适的晶面和晶向作为刀具的前刀面、后刀面即刀刃使其耐磨性和加工性能达到最好。金刚石晶体各界面在好磨方向上晶面的磨削率最低晶面次之晶面磨削率最高。由于晶面硬度太高研磨加工困难而且微观强度不高易解理很难磨出锋利刃口。晶面在好磨方向上磨削率比晶面高近一倍但从金刚石不同晶面产生破损的机率来适用各种型号的电机进行综合保护。对于不同的电机只需调整相应阀值即可。

 
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