簡介：在超精密加工中，保證加工表面質(zhì)量的主要因素除了高精度的機(jī)床、超穩(wěn)定的加工環(huán)境外，高質(zhì)量的刀具也是很重要的一個(gè)方面。天然金剛石具有硬度高、耐磨性好、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好、與有色金屬摩擦系數(shù)低、抗黏結(jié)性好以及優(yōu)良的抗腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性，可以磨出極其鋒利的刀刃，被認(rèn)為是最理想的超精密切削用刀具材料，在機(jī)械加工領(lǐng)域尤其是超精密加工領(lǐng)域有著重要地位并得到廣泛應(yīng)用。
定向方法：X射線晶體定向
由于X射線的波長接近晶體的晶格常數(shù)，當(dāng)X射線透過晶體或從晶體表面反射回來時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射。利用這個(gè)原理我公司已開發(fā)有專用的JF-6單晶定向儀。
單晶金剛石刀具的晶面選擇
金剛石晶體屬于平面立方晶系，由于每個(gè)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(xiàn)的物理機(jī)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(qiáng)度也有明顯差別。金剛石晶體的微觀強(qiáng)度可用Hertz試驗(yàn)法來測定，由于金剛石是典型的脆性材料，其強(qiáng)度數(shù)值一般偏差較大，主要依賴于應(yīng)力分布的形態(tài)和分布范圍，因此適合用概率論來分析。當(dāng)作用應(yīng)力相同時(shí)，(110)晶面的破損概率最大，(111)晶面次之，(100)晶面產(chǎn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，(100)晶面較其它晶面具有更高的抗應(yīng)力、腐蝕和熱退化能力。結(jié)合微觀強(qiáng)度綜合考慮，用(100)面做刀具的前后刀面，容易刃磨出高質(zhì)量的刀具刃口，不易產(chǎn)生微觀崩刃。
通常應(yīng)根據(jù)刀具的要求來進(jìn)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(qiáng)度，應(yīng)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(jī)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(xué)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(shù)來實(shí)現(xiàn)。
單晶金剛石刀具的選料與定向
制作單晶金剛石刀具第1 步工作就是選料，根據(jù)不同的加工條件、方法，選擇合適的原材料不僅可以保證刀具的質(zhì)量，而且可以避免浪費(fèi)金剛石原材料而增加加工成本。一般刀具用金剛石原材料要求晶體完整、無裂痕，晶體表面應(yīng)該盡量平整，最小直徑一般應(yīng)不小于4 mm ，重量為0. 7～3 ct 。
由于刀具的要求，或金剛石形狀所決定，有時(shí)候需要將金剛石原石分割。金剛石具有平行完全解理，金剛石中的碳原子與碳原子之間是以較大力量的共價(jià)鍵結(jié)合在一起的。但是在金剛石結(jié)構(gòu)中的某些特定方向，如平行八面體面方向施加一定的力后，金剛石非常容易破裂，主要是因?yàn)榻饎偸w中連接此面的鍵相對(duì)較少。因此選擇金剛石的解理面進(jìn)行分割原石，劈開的方法。在需要劈開的金剛石上開出一條稱為切縫的槽或刻痕。劈開的技巧在于知道從哪里開縫以及要切多深。切縫要想磨出一把高質(zhì)量單晶金剛石刀具，必須掌握單晶金剛石的晶體定向技術(shù)。這主要是由于單晶金剛石的各向異性的特點(diǎn)決定的，金剛石的各個(gè)方向上的硬度差別很大。要選擇合適的晶面和晶向作為刀具的前刀面、后刀面，即刀刃，使其耐磨性和加工性能達(dá)到最好。金剛石晶體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，研磨加工困難，而且微觀強(qiáng)度不高，易解理，很難磨出鋒利刃口。晶面在好磨方向上磨削率比晶面高近一倍，但從金剛石不同晶面產(chǎn)生破損的機(jī)率來適用各種型號(hào)的電機(jī)進(jìn)行綜合保護(hù)。對(duì)于不同的電機(jī)只需調(diào)整相應(yīng)閥值即可。
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