金剛石單晶刀具設(shè)計(jì)及制備

1、摘 要本文首先結(jié)合一定的理論知識，設(shè)計(jì)并優(yōu)化刀具的工藝參數(shù)，其中主要包括刀具的基本組成、刀具的切削角度、刀具幾何參數(shù)的合理選擇和單晶金剛石的晶形及特點(diǎn)，為刀具的制備奠定了理論基礎(chǔ)。然后根據(jù)學(xué)校和企業(yè)現(xiàn)有的條件，設(shè)計(jì)出金剛石單晶刀具的工藝流程，從而制備出所需的刀具。其主要制作工序分為五部分：選料，定向，刀桿的線切割與粗磨，釬焊，刀具的粗磨、精磨和檢驗(yàn)。而在刀具的制備過程中，對釬焊溫度和恒溫時(shí)間這兩個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行了探索研究，確定了釬焊時(shí)的最佳工藝為釬焊溫度850，恒溫時(shí)間為15 min。為了研究金剛石單晶刀具切削鎂鋁合金后刀具的磨損機(jī)理，本文設(shè)計(jì)了三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)，其中三因素分別是指刀具前角

2、、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量。根據(jù)設(shè)計(jì)的正交實(shí)驗(yàn)表，制作了九把刀，進(jìn)行了九次實(shí)驗(yàn)。每次切削后通過立式顯微鏡對切削前后的金剛石單晶刀具進(jìn)行了檢測，獲得了刀具前刀面磨損的形貌圖，并測得被加工材料的表面粗糙度和刀具前刀面的磨損帶寬度值。對正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了極差分析，可得知在金剛石單晶刀具切削鎂鋁合金時(shí)，對被加工材料的表面粗糙度有顯著影響的是轉(zhuǎn)速。表面粗糙度隨刀具前角和進(jìn)給量的增加而增大，而轉(zhuǎn)速在3000 r /min以上時(shí)，表面粗糙度也呈上升趨勢。而對刀具磨損影響最主要的因素是刀具前角，其次是轉(zhuǎn)速，最后是進(jìn)給量。在金剛石刀具的切削過程中，刀具的磨損量當(dāng)然是越小越好，所以獲得了金剛石單晶刀具車削鎂鋁合金時(shí)刀具磨

3、損量較小的最優(yōu)工藝參數(shù)組合：前角10、轉(zhuǎn)速3900 r /min、進(jìn)給量0.1 mm/r。金剛石單晶刀具在最優(yōu)工藝參數(shù)組合下車削鎂鋁合金，通過對磨損后刀具前刀面形貌特征的分析，發(fā)現(xiàn)刀具的刃口發(fā)生了輕微磨損，并伴有崩刃和斷裂跡象，刀具的前刀面出現(xiàn)了磨損劃痕，形成了微溝槽，并發(fā)生了缺口破損。這說明刀具的主要磨損形式是機(jī)械摩擦磨損。關(guān)鍵詞： 金剛石單晶刀具；幾何參數(shù)；鎂鋁合金；釬焊；磨損機(jī)理IAbstractFirst, this paper combines with the certain theoretical knowledge, designs and optimizes the proc

4、ess parameters of the cutter, which mainly includes the basic parts of the cutting tool, the selection of proper cutting angle of the cutter, the reasonable choice of geometry parameters of the cutting tool and the crystal shape and characteristics of single crystal diamond. It laid a theoretical ba

5、sis for the preparation of cutting tool. Then, according to the existing condition of the school and the enterprise, the process of single crystal diamond cutter is designed and the cutting tool is prepared. The main production process is divided into five parts: choosing material, directional, the

6、cutting and coarse grinding of tool rod, brazing, the coarse grinding, fine grinding and inspection of the cutting tool. And in the process of preparing tools, the brazing temperature and constant temperature time were studied, which determines the best technology of the brazing for brazing temperat

7、ure 850, constant temperature time of 15 min.In order to study the wear mechanism of the single crystal diamond cutter after cutting magnesium alloy, this paper designs orthogonal experiment including three factors and three levels. The three factors respectively is refers to the rake angle of cutti

8、ng tool, spindle speed, and feed. According to orthogonal experiment table, nine experiments were carried out. After each cutting, single crystal diamond cutting tools were detected before and after cutting through vertical microscope. The topography figures of cutter surface wear were gained, and t

9、he surface roughness of the processed material and the width values of cutter surface wear were measured. The result of the orthogonal experiment can be made range analysis, which can learn in the single crystal diamond cutter cutting magnesium alloy, the spindle speed has a significant effect on th

10、e surface roughness of the processed material. Surface roughness increases significantly with the increase of the cutting tool rake angle and feed, and at the time of the more than 3000 r /min speed, the surface roughness is also on the rise. And the main influencing factors on tool wear is rake ang

11、le of cutting tool, the second is spindle speed, the last is feeding. In the cutting process of diamond tool, tool wear volume is as small as possible, so when the single crystal diamond tool cuts magnesium alloy, the optimal process parameters combination of the smallest tool wear is rake angle 10、

12、spindle speed 3900 r /min、feeding 0.1 mm/r。When the single crystal diamond tool cuts magnesium alloy in the optimal process parameters combination, through analyzing the wear morphology characteristics of the cutter blade surface, it is found that cutting tool has a mild wear and accompanies by sign

13、s of the dissociation and fracture wear. The tool rake face has wear scratches, and form the micro grooves and the gap of damage. This shows that the main wear form of cutting tool is mechanical friction wear.Key words: Single crystal diamond cutting tool; Geometry parameters; Magnesium- aluminum al

14、loy; Brazing; Wear mechanismIII河南工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文1 緒論1.1引言隨著二十一世紀(jì)新科技發(fā)展和工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，我們對機(jī)械零件加工精度、表面切削的完整性要求越發(fā)的嚴(yán)格。超精密機(jī)械零件加工工藝技術(shù)的工藝精度也要求的越來越高，目前的加工精度能高達(dá)幾十納米，與此同時(shí)表面加工粗糙度也達(dá)到了幾個(gè)納米，這些高達(dá)納米級別的工藝在國防和航天及其新型裝備等高尖端產(chǎn)品制造領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。金剛石單晶刀具加工的工件光潔度非常高，幾乎能達(dá)到鏡面效果，因此在超精密加工中常常使用金剛石單晶刀具來進(jìn)行超精密切削，例如軍工用品中的陀螺儀、反射鏡和透鏡、精密儀器儀表等都可以用金剛石單晶刀具來

15、加工。通常來講單晶金剛石可區(qū)分成為兩種，即天然與非天然合成金剛石，后者也稱之為人工金剛石。總所周知，在自然界中，純天然金剛石是極其稀少的，而且分布也極其不均勻。截至目前，全球能夠找到具有商業(yè)價(jià)值的金剛石礦床也只有僅僅27個(gè)國家。雖然世界天然金剛石近年有較大幅度增長，但仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。因此人造金剛石的出現(xiàn)正好彌補(bǔ)了產(chǎn)銷之間的巨大差額。據(jù)稱，人造金剛石在世界實(shí)際金剛石消費(fèi)中約占80。因此，金剛石的人工合成研究對人類科技的發(fā)展是很重要的。非天然金剛石的人工合成工藝的研究，其實(shí)就是在不斷探索天然金剛石化學(xué)成分的過程中完成的。十七世紀(jì)后半期，牛頓提出“金剛石必定是可燃的”這一結(jié)論，英

16、國化學(xué)家波義耳經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一結(jié)論。十八世紀(jì)末，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)金剛石和石墨是由碳元素組成的，為人工合成金剛石邁出了艱難的第一步。十九世紀(jì)末，法國化學(xué)家穆瓦桑和俄國礦物學(xué)教授赫魯曉夫做了一系列的高溫實(shí)驗(yàn)得到了類似金剛石的晶體，但在后來的工作中證明他們所制成合成物不可能是金剛石，然而他們的研究卻為后人積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。1954年12月8日，美國GE公司的研究發(fā)展中心首席科學(xué)家霍爾（HTHall）與本迪（FPBundy）等人首次成功地從石墨和含碳物質(zhì)的金屬熔體中提煉合成非天然金剛石，這是當(dāng)時(shí)世界所認(rèn)可的第一顆人造金剛石，他們的成功在人工合成金剛石領(lǐng)域做出了巨大的的貢獻(xiàn)，同時(shí)推動了金剛石人工合成工藝的發(fā)展

17、研究。應(yīng)該指出的是，就在幾個(gè)月前，瑞典的斯德哥爾摩ASEA 科學(xué)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)有科學(xué)家采用高溫高壓方法，在金屬催化劑的作用下，得到了由石墨轉(zhuǎn)變而成的人工金剛石，但當(dāng)時(shí)并沒有申請專利，也就此沒有及時(shí)公布于世人。所以才有后來的美國科學(xué)家捧得了首次合成人工金剛石的殊榮。此后短短的幾年時(shí)間，人造金剛石的合成即已投入商業(yè)生產(chǎn) 1。我國人工合成金剛石的研究比國外的起步要晚，但發(fā)展較快。1963年12月，我國成功研制了第一顆人造金剛石，其原料是高純石墨粉，觸媒是鎳鉻合金，在兩面頂超高壓的國產(chǎn)裝置上合成成功的；從1964年4月開始，我國自主研發(fā)的66MN DS-023A型鉸鏈?zhǔn)搅骓攭簷C(jī)成功問世；第二年8月，六面

18、頂壓機(jī)也研制成功；第三年7月已經(jīng)正式投入使用同時(shí)進(jìn)行金剛石合成工藝試驗(yàn)，就在這一年時(shí)間內(nèi)，人造金剛石的產(chǎn)量達(dá)到一萬克拉以上；1969年，僅六年的時(shí)間，我國第一個(gè)人造金剛石及其制品的專業(yè)化生產(chǎn)廠第六砂輪廠投產(chǎn)2，發(fā)展之迅速，令國人之震驚 。而在機(jī)理研究方面，我國在二十世紀(jì)六十年代就已制造出耐熱性好、無色透明、抗壓強(qiáng)度高的人造金剛石；進(jìn)入九十年代，我國研究合成了金剛石薄膜，使人工合成金剛石的工藝達(dá)到了一個(gè)新階段。此后十年時(shí)間，全國范圍已全面展開對金剛石的生產(chǎn)，與此同時(shí)，以66MN六面頂設(shè)備為特色，我國的人造金剛石工業(yè)體系已經(jīng)成型。1.2金剛石單晶刀具的概述1.2.1金剛石分類及其性質(zhì)我們比對氮雜質(zhì)

19、在金剛石晶體中的成分差異，將金剛石分為三種類型，即Ia、Ib、IIa和IIb型。如表1所示3-5。表1 金剛石分類及其性質(zhì)I型金剛石II型金剛石Ia型Ib型IIa型IIb型自然界中含量980.112極少含氮雜質(zhì)聚集態(tài)彌散態(tài)高純高純顏色無色、黃色綠色、棕色無色藍(lán)色電阻(cm)104101610161016101104Ia型金剛石：氮以聚集態(tài)存在。絕大多數(shù)天然金剛石屬此類型，其含氮量在3000ppm左右，在金剛石晶體中產(chǎn)生一個(gè)個(gè)點(diǎn)缺陷。Ib型金剛石：氮的存在形式是單一替代原子。Ib型金剛石很少是天然的，但所有我們常見的均是氮量為40500ppm的Ib型人造金剛石，Ib型金剛石中氮成分以置換固溶體形

20、式存在，且均勻的分布在金剛石晶格中，這就使的Ib型金剛石呈顯淡黃綠色光澤。IIa型金剛石：含氮量極少。在天然金剛石中也只少量存在IIa型，其含氮量只有20ppm，因此其金剛石純度高。IIb型金剛石：其中氮成分含量為20ppm，而因?yàn)槠渲泻谐渥愕呐鹪厥沟媒饎偸纬梢环NP型半導(dǎo)體，所以IIb型金剛石又名為半導(dǎo)體金剛石。在自然界中，天然金剛石中極少能遇到IIb型，但在實(shí)驗(yàn)室條件下，采用去氮加硼的人工合成方法獲得。1.2.2金剛石的物理特性和其對切削的影響金剛石是單一碳原子的結(jié)晶體，其晶體結(jié)構(gòu)屬于等軸面心立方晶系（一種原子密度最高的晶系）。由于金剛石晶體中碳原子間是以sp3雜化共價(jià)鍵連接，因此具有

21、極強(qiáng)的方向性、結(jié)合力和穩(wěn)定性。金剛石因其晶體的獨(dú)特結(jié)構(gòu)具有最高的剛性、硬度、導(dǎo)熱系數(shù)和折射率，以及極高的抗腐蝕性、抗磨損性及化學(xué)穩(wěn)定性(詳見表2)6。表2 金剛石的物理性能物理性能數(shù)值硬度60000100000 MPa，隨晶體方向和溫度而定抗彎強(qiáng)度210490 MPa抗壓強(qiáng)度15002500 MPa彈性模量(910.5)1012 MPa熱導(dǎo)率8.416.7 J/s質(zhì)量熱容0.156J/(g)(常溫)開始氧化溫度9001000 K開始石墨化溫度1800 K(在惰性氣體中)和鋁合金、黃銅間的摩擦因素0.050.07(在常溫下)金剛石的晶體結(jié)構(gòu)均勻，無內(nèi)部晶界，所以其刀具刃口的鋒利度與平直度可以達(dá)到

22、原子級別，切削時(shí)切削力小、切薄能力強(qiáng)、精度高。因?yàn)榻饎偸哪湍バ阅芎茫捕雀?；所以金剛石刀具?jīng)長時(shí)間的使用后，磨損程度不大，并不會改變刀具的尺寸。同時(shí)金剛石導(dǎo)熱性能良好，在切削過程中，金剛石刀具的溫度要明顯低于使用其它材料的刀具溫度。而且金剛石的膨脹系數(shù)極低，所以在加工過程中刀具溫度變化對加工件尺寸的影響是極小。這些優(yōu)點(diǎn)便使得金剛石刀具在精密、超精密機(jī)件加工領(lǐng)域有著重要的地位并且應(yīng)用廣泛。1.2.3金剛石的應(yīng)用根據(jù)用途將金剛石可分為兩個(gè)系列的產(chǎn)品，即工業(yè)級的金剛石和寶石級別的金剛石。世界上80的金剛石都用在工業(yè)方面，只有不足于20的金剛石用于工藝飾品加工，但這20的寶石級別的金剛石經(jīng)濟(jì)價(jià)值要遠(yuǎn)

23、高于80的工業(yè)級別的金剛石價(jià)值。我們市面稱之為的鉆石就是寶石級別的金剛石經(jīng)加工后的成品，也是傳統(tǒng)裝飾品中最貴重的珠寶。在當(dāng)今時(shí)代，寶石級別的金剛石已成為人們投資與儲備的商業(yè)對象。工業(yè)所用的工業(yè)金剛石主要包括黑色金剛石、粗粒金剛石及其成分不純的金剛石、金剛砂、粉等，而這些金剛石都不適宜用作寶石加工材料的。98%的天然金剛石為Ia 型金剛石，而人工合成的寶石級別的金剛石Ib 型居多，所以我們最為常見的金剛石依舊是I型金剛石7。 由于金剛石車刀具有精度高、能加工出高光潔度的零件且大大提高工效等優(yōu)點(diǎn)，因此金剛石刀具廣泛應(yīng)用在機(jī)件加工方面，可以用以加工合金、陶瓷與非金屬材料等，例如象牙、橡膠、貴金屬。

24、制造金剛石鉆頭也是金剛石的重要用途之一；主要用于地質(zhì)探測、石油與天然氣的勘探、煤礦鉆探等，采用金剛石刀具做探頭有著效率高、成本低的有點(diǎn)，同時(shí)能鉆探最到堅(jiān)硬的巖層，這些是其他材料探頭所不能比擬優(yōu)勢。金剛石還可應(yīng)用于玻璃刀、金剛石筆、軸承、唱針等的生產(chǎn)制造；金剛石微粒，粉塵也可用做磨料，主要應(yīng)用于制砂布、研磨油石、砂紙、金剛石砂輪、磨頭等的制造8。 IIa 型金剛石的熱傳導(dǎo)性能在固體中最高，主要用于尖端工業(yè)和高技術(shù)領(lǐng)域，例如固定激光器件及固體微波器件的散熱片。為了不降低效率或者損壞器件，IIa 型金剛石吸收了這些器件在工作時(shí)產(chǎn)生的熱。這一應(yīng)用有利于制造通訊設(shè)備和微型雷達(dá)。同時(shí)金剛石用作的散熱片用在

25、高功率晶體管、集成電路和二極管或其它半導(dǎo)體器件上，其性能穩(wěn)定也廣受歡迎。IIa型金剛石也可用作紅外線穿透材料，用于遠(yuǎn)程導(dǎo)彈和人造衛(wèi)星紅外激光器的窗口材料。IIa型金剛石用作雷達(dá)罩材料，不僅可以使得雷達(dá)波進(jìn)出自如，反饋的映像清晰準(zhǔn)確，同時(shí)可以避免雨點(diǎn)和灰塵顆粒的沖擊腐蝕，其金剛石高熱振性能使得雷達(dá)罩在驟冷驟熱時(shí)穩(wěn)定運(yùn)行更不會被破裂。IIb 型金剛石具備有良好熱導(dǎo)性能，可做半導(dǎo)體材料。金剛石的熱傳導(dǎo)系數(shù)為 1000 W/(m2000W/(mK)K)，因此可以用來制作大功率且耐高溫的整流器，用金剛石制得的三極管能經(jīng)受住高溫達(dá) 600；摻入微量其它元素的金剛石可用來制備金剛石半導(dǎo)體電阻溫度計(jì) 9。 金

26、剛石的廣泛應(yīng)用并不僅僅停留理論層面上，目前各色各樣的金剛石產(chǎn)品已經(jīng)陸續(xù)問世或正在開發(fā)中。毫無疑問，金剛石將成為各個(gè)領(lǐng)域的寵兒，譬如商業(yè)、工業(yè)、軍事、醫(yī)學(xué)、教育及娛樂等。正因?yàn)槿绱?，科學(xué)工作者們更為深入、更為廣泛地探索金剛石的合成和應(yīng)用技術(shù)。人造金剛石及制品基本能滿足國內(nèi)各行業(yè)、工業(yè)、加工業(yè)各個(gè)部門的生產(chǎn)需求，為國民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定和健康發(fā)展貢獻(xiàn)不可磨滅的一份力量10。1.3金剛石單晶刀具的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀很早的時(shí)候，人們就發(fā)現(xiàn)了天然的單晶金剛石，但其作為裝飾品僅為顯示權(quán)貴地位。隨著工業(yè)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，大多數(shù)的單晶金剛石作為工業(yè)切削加工刀具，用來對特定工件如非金屬、有色金屬和極硬的金屬陶瓷進(jìn)行精密、超

27、精密生產(chǎn)加工或是鏡面的切削工藝 11。1980年以后，針對激光核融合技術(shù)的研究，眾多科學(xué)家投入大量時(shí)間和精力以研制高精度軟質(zhì)金屬反射鏡，且軟質(zhì)金屬有超精密水平的形狀精度和表面粗糙度。其加工過程中，若采用傳統(tǒng)方法，不但精密度達(dá)不到工件的要求，而且操作困難、費(fèi)用高、加工時(shí)間長。因此，新的工藝生產(chǎn)方法應(yīng)運(yùn)而生；在實(shí)際生產(chǎn)要求的推動下，單晶金剛石超精密鏡面切削技術(shù)才能得以快速的發(fā)展，結(jié)合當(dāng)前已有的金剛石車削加工技術(shù)，通過嚴(yán)格控制加工條件、提高機(jī)床剛性與精度性能、研制超精密金剛石單晶刀具，逐漸形成了鏡面切削工藝體系，并迅速發(fā)展成為一門專業(yè)技術(shù)12,13。二十世紀(jì)末，日本De Beers公司聯(lián)合住友公司制

28、造出的大顆粒人造金剛石產(chǎn)品晶體長度達(dá)到13mm，這說明用人工合成方法制造大顆粒單晶金剛石的技術(shù)有了很大突破。美國Edge Technologies公司選用日本住友公司的人造金剛石制造了高精度的切削用刀，獲得了良好效果；采用De Beers公司的人造單晶制成的各種刀具的使用壽命較天然金剛石提高20%200%14。二十一世紀(jì)初，日本Osaka(大阪金剛石)公司研制成功研制了單晶金剛石微型刀具，包括槽刀、成型輪廓刀立銑刀、和球頭銑刀等。上述刀具均可達(dá)到實(shí)用要求的商品化并迅速得以推廣和工業(yè)應(yīng)用?，F(xiàn)在美、德等國采用的超精密微銑削加工刀具，都是從日本購買15。當(dāng)前國內(nèi)水平還沒有研究單晶金剛石刀具的技術(shù)能力

29、。我國對金剛石刀具加工技術(shù)研究較晚，與國外差距較大，在未來加大對單晶金剛石刀具的設(shè)計(jì)、研究新的高效的研磨方法、研磨工藝及設(shè)備等的研究尤為重要?，F(xiàn)階段，我國金剛石刀具的研究和生產(chǎn)廠家雖主要集中在北京、上海、廣州等一些發(fā)達(dá)地區(qū)，但我國仍無法自主生產(chǎn)金剛石原材料，還需要向歐美國家采購金剛石原材料，這是因?yàn)槲覈c歐美國家的金剛石刀具制造廠商的生產(chǎn)技術(shù)有較大差距。其次，我國的技術(shù)裝備落后，阻礙了金剛石刀具的制作，也導(dǎo)致產(chǎn)品的精度及表面光滑程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到發(fā)達(dá)國家的水平。國內(nèi)幾乎所有廠家使用的金剛石刀具刃磨機(jī)床和其他附屬加工設(shè)備都依靠進(jìn)口。近年來，我國以哈爾濱工業(yè)大學(xué)、大連理工大學(xué)、清華大學(xué)為代表的高校已經(jīng)

30、開始在超精密刀具領(lǐng)域研究，極大推動我國金剛石刀具的研究發(fā)展和工業(yè)應(yīng)用16。1.4鎂鋁合金鎂鋁合金是用鎂錠和鋁錠在保護(hù)氣體中高溫熔融而成。其分子式為Mg4Al3，分子量為178.22，熔點(diǎn)為463，比重約為2.15gcm3，灰褐色，在燃燒時(shí)有高達(dá)2000一3000的溫度。長期以來，人們對鎂鋁合金的結(jié)構(gòu)給出了兩種說法。一種是鎂鋁合金內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，；另一種指的是通過簡單的物理混合得到了鎂鋁合金。鎂鋁合金應(yīng)用廣泛，主要以信息通訊產(chǎn)品為主，其他方面有自行車零件、汽車零件、航天國防、運(yùn)動用品等 (見表3)。表3 鎂鋁合金的主要用途應(yīng)用產(chǎn)業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品電子通訊筆記本電腦外殼、移動電話外殼、投影儀外殼

31、等汽車零件儀表板、后視鏡架、汽車車身板、托架等自行車零件剎車手把、車架、輪圈、曲柄等運(yùn)動用品滑雪板固定器、球棒、網(wǎng)球拍等航天國防雷達(dá)機(jī)殼、導(dǎo)彈元件、飛機(jī)板焊接件等器材工具控制閥、電鋸機(jī)殼、高檔門窗1.5課題研究的目的和意義超精密切削是精密加工工藝領(lǐng)域的重要技術(shù)手段，它是內(nèi)容廣泛的一項(xiàng)新技術(shù)，在國防和尖端技術(shù)的發(fā)展中起著重要的作用。在超精密機(jī)件加工工藝中，表面質(zhì)量的主要因素包括穩(wěn)定的機(jī)加工環(huán)境和高精度的機(jī)床；同時(shí)一把高質(zhì)量的刀具也是非常重要的。金剛石具有高強(qiáng)度、高硬度、超高熱導(dǎo)性能、良好耐磨性、有色金屬摩擦系數(shù)低、抗黏結(jié)性能好以及優(yōu)秀的化學(xué)穩(wěn)定性和抗腐蝕能力，這些條件都為刃磨出鋒利的刀刃提供保證

32、，在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)被公認(rèn)為最理想的超精密切削刀具材料17。由于鎂鋁合金具有比強(qiáng)度高、密度小、耐腐蝕、可回收、導(dǎo)熱性好、防電磁輻射、可薄壁成型等諸多有點(diǎn)，進(jìn)而促進(jìn)了其在醫(yī)療、家電、通訊、計(jì)算機(jī)、輕工業(yè)、儀器儀表等行業(yè)的應(yīng)用發(fā)展18。一般從原則上來講，所有刀具材料都可以切削鎂鋁合金，即使是普通的碳素鋼刀具也行。但工廠多選用硬質(zhì)合金刀具來進(jìn)行鎂鋁合金的大批量的生產(chǎn)加工，然而鎂鋁合金屬于軟金屬，在高速切削時(shí)，容易粘結(jié)刀具，使其表面形成積屑瘤。所以當(dāng)加工表面的質(zhì)量要求較高時(shí)，選用金剛石刀具來切削鎂鋁合金。然而國內(nèi)外有關(guān)金剛石單晶刀切削鎂鋁合金的研究比較少，所以本課題選擇鎂鋁合金為被加工材料，從而研究金剛石單

33、晶刀具的磨損機(jī)理。1.6本課題的主要研究內(nèi)容（1）金剛石單晶刀具的制備 結(jié)合一定的理論知識，設(shè)計(jì)并優(yōu)化刀具的工藝參數(shù)。然后根據(jù)學(xué)校和企業(yè)現(xiàn)有的條件，設(shè)計(jì)出刀具的工藝流程，從而制備出所需的刀具。而在刀具的制備過程中，對釬焊溫度和恒溫時(shí)間這兩個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行了探索研究，確定了釬焊時(shí)的最佳工藝。（2）金剛石單晶刀具磨損機(jī)理的研究 結(jié)合前人研究的理論成果，本文中將采用正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行切削，分析研究作者設(shè)計(jì)刀具在各個(gè)切削的參數(shù)對其金剛石單晶刀具磨損影響的主次順序和規(guī)律；為后期減少刀具的磨損實(shí)驗(yàn)做支持提供基礎(chǔ)，確定最優(yōu)工藝參數(shù)組合。然后通過實(shí)際切削實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理論分析，探究在實(shí)際情況下，具體加工環(huán)境下，金剛

34、石刀具磨損機(jī)理及其造成磨損的原因。7河南工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文2 金剛石單晶刀具的設(shè)計(jì)及制備2.1引言在超精密切削加工中，刀具要經(jīng)受振動、沖擊、摩擦、高溫高壓等一系列過程，其主要性能在切削加工中能起決定性作用，例如韌性、耐磨性、耐熱性、經(jīng)濟(jì)適用性和工藝性等，同時(shí)也影響著制造成本、加工效率和加工精度等。要正確選擇刀具需考慮加工參數(shù)、切削方式、刀具和工件的匹配是否合理等因素。影響刀具性能的主要因素是刀具的幾何參數(shù)，它能影響刀具在加工過程中的切削溫度、切削力、切削變形和刀具磨損等。刀具的幾何角度是刀具幾何參數(shù)中最重要的一部分，主要包括前角、后角、主偏角、負(fù)偏角等。合理設(shè)計(jì)刀具幾何參數(shù)能使刀具切削效率提

35、高，生產(chǎn)成本降低，刀具耐用度獲得最高。金剛石單晶刀具的制備一般包括選料、定向、切割、裝卡、粗磨、精磨和檢驗(yàn)等一些工序，想要制備高質(zhì)量單晶金剛石刀具，就必須在每個(gè)工序把關(guān)，做好每個(gè)工序的制備工作19。本課題制備金剛石單晶刀具的工藝流程圖如圖1所示。2.2刀具的基本組成部分與切削角度車刀的刀頭是車刀的切削部分。它由以下部分組成（見圖2）：(1) 前刀面：又稱前面，是指切屑流出時(shí)，刀頭與切屑相接觸的表面，符號Ar。(2) 主后刀面：又稱主后面，是指刀頭上與切削表面相對的表面，符號 Aa。(3) 副后刀面：又稱副后面，是指刀頭上與工件已加工表面相對的表面，符號Aa。(4) 主切削刃：指的是前面與主后刃

36、面的交線，擔(dān)負(fù)主要的切削工作，符號S。(5) 副切削刃：指的是前面與副后刃面的交線，也起切削作用，符號S。(6) 刀尖：主切削刃與副切削刃的交點(diǎn)。任何車刀都由上述部分組成，只是數(shù)目不完全相同，如切斷刀由兩個(gè)副切削刃和兩個(gè)刀尖組成，而普通外圓車刀的刀頭部分一般由一尖、兩刃、三面組成。另外，刀頭部分的切削刃也不是完全一樣的，有的可能是直線，也可能是曲線，如樣板車刀的切削刃就是曲線。車刀的切削角度共有7項(xiàng)，用于表示切削部分的幾何形狀，并可在主截面與3個(gè)基準(zhǔn)面內(nèi)度量。(1) 前角：指的是車刀前刀面與基面之間在正交平面投影的角度，符號o 。在車刀切削部分，它是一個(gè)主要的工作角度，直接影響車刀主切削刃的刃

37、口強(qiáng)度和鋒利度。(2) 后角：指的是車刀副后刀面與基面之間在正交平面的投影角度，符號o 。它對主后面與過渡表面之間的摩擦情況有影響。(3) 主偏角：指的是主切削刃與進(jìn)給方向在基面上投影的夾角，符號r。它對主刀刃參加工作的長度和切削力的大小有影響。(4) 副偏角：指的是副切削刃與進(jìn)給方向在基面上投影的夾角，符號r。它對已加工表面的粗糙度及副刀刃參加工作的長度有影響。(5) 刀尖角：指的是刀尖角與副切削刃在基面上投影的夾角，符號r。刀尖角的大小影響刀尖的強(qiáng)度及傳熱性能。(6) 刃傾角：指的是主切削刃與基面間的夾角，符號s。它主要對排屑情況和刀尖承受沖擊的能力有影響。當(dāng)?shù)都馐侵髑邢魅凶畹忘c(diǎn)時(shí)s為負(fù)值

38、；當(dāng)?shù)都馐侵髑邢魅凶罡唿c(diǎn)時(shí)s為正值。當(dāng)?shù)度信c基面平行時(shí)s為零。(7) 副后角：指的是副切削平面在副截面內(nèi)的夾角，符號o。其作用與后角o相似。為了保證加工質(zhì)量，要選擇合適的刀具幾何參數(shù)，從而使生產(chǎn)成本降低，刀具切削效率提高，刀具耐用度獲得最高。刀具的幾何參數(shù)主要包括刀具的幾何角度（如前角、后角、主偏角等）、刀面的形式（如平面前刀面、倒棱前刀面等）、切削刃的形狀（直線形、圓弧形等）三部分，而刀具的幾何角度是所有刀具參數(shù)中最重要的內(nèi)容。 在刀具的幾何角度中，前角是重要的參數(shù)之一，對刀具的刃口強(qiáng)度和鋒利程度有直接影響。依據(jù)前刀面與基面有不同的相對位置， 前角可能是正數(shù)、負(fù)數(shù)或零。若前角較大，刀具的刃口

39、就會變得鋒利，切削力和切削變形就會減小，切削就會顯得很快；但如果前角過大，就會使切削刃變?nèi)?，容易發(fā)生崩刃現(xiàn)象。在實(shí)際生產(chǎn)的過程中，人們常常根據(jù)工件材料、刀具材料和加工性能等因素來選擇前角的大小。從原則上來講，刀具材料的抗彎強(qiáng)度及沖擊韌性較高時(shí)，可選擇稍大前角。在加工軟材料、塑性材料時(shí)，應(yīng)選擇較大前角；而與其相對應(yīng)的，在加工硬材料、脆性材料時(shí)，應(yīng)選擇較小前角。例如當(dāng)被加工材料為鋁、銅等時(shí)，可選用前角o=010 20。若根據(jù)加工要求來選擇前角時(shí)，精加工時(shí)的前角較大；粗加工和斷續(xù)切削的前角較?。患庸こ尚蚊媲敖菓?yīng)小，這是為了能減少刀具的刃形誤差對零件加工精度的影響?？傊?，加大前角o，可以減小切屑變形和

40、摩擦，從而降低切削力和切削熱，切削起來較快，但另一方面前角過大，會削弱刀尖強(qiáng)度，減少散熱能力，加劇刀具磨損21-23。后角對刀具的使用壽命、加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率等有直接影響。后角是為了減少主后刀面和加工表面兩者之間的摩擦。后角增大，可減少兩個(gè)面的摩擦，從而使加工表面的質(zhì)量提高；但后角過大，就會降低切削刃強(qiáng)度，使散熱條件變差，刀具磨損嚴(yán)重，從而導(dǎo)致刀具壽命降低。在相同磨損標(biāo)準(zhǔn)VB條件下，后角大的刀具由新用到的磨鈍，所磨去的金屬體積較大，雖可延長刀具的使用壽命，但由于刀具徑向磨損量大，會增大工件直徑，影響工件的尺寸精度。為保證加工質(zhì)量和刀具壽命，后角盡量取較小值。在根據(jù)加工精度選擇后角時(shí)，為了減小摩

41、擦，精加工時(shí)的后角應(yīng)在812的范圍內(nèi)；為了提高刀具強(qiáng)度，粗加工時(shí)的后角應(yīng)在68的范圍內(nèi)。若根據(jù)加工材料選擇后角，加工塑性材料、較軟材料時(shí)，后角取較大值；加工脆性材料、硬材料時(shí)，后角取較小值；加工易產(chǎn)生硬化層的材料時(shí)，后角應(yīng)取大值。為保證楔角變化小，在選擇后角時(shí)還要參考前角值，后角數(shù)值在很大的范圍內(nèi)變動，一般為o= 01524。 2.3選料選料是制作金剛單晶石刀具的首要步驟，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。一般來講，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，最小直徑不應(yīng)該小于4 mm，重量為0.73

42、 克拉25。本課題所選擇的是臺鉆公司在高溫高壓下生長的八面體金剛石單晶顆粒，其晶形完整，顏色為淺黃色，透明，材質(zhì)純凈，20倍顯微鏡下可觀察到內(nèi)部無缺陷，由激光切割機(jī)（如圖3）切割為331 mm規(guī)格的金剛石單晶片。激光切割機(jī)的原理是利用高能激光束對金剛石的某一部分進(jìn)行極速加熱，使其在瞬間氣化，然后通過高壓氣體的流動將被氣化的碳元素從切縫中帶走，從而將金剛石塊體切開，達(dá)到切割材料的目的26。激光切割基體不需要任何模具，適合切割不同尺寸、齒數(shù)、異型齒和包含復(fù)雜形狀切縫的基體，沒有刀具磨損，切割噪聲小，自動化程度高，切割速度較快，精度較高。具體的工藝過程如下：首先將金剛石單晶片固定在合適的夾具上，然后

43、將其放在切割臺的中心位置，并能在左側(cè)的電腦上看到其全貌，接著在電腦上設(shè)定好所需的尺寸，最后進(jìn)行激光切割，如此反復(fù)幾次，就可得到331 mm規(guī)格的金剛石單晶片（如圖4）。2.4定向單晶金剛石刀具定向有兩方面概念：第一方面是指晶體定向，即找準(zhǔn)金剛石單晶的正晶軸方向，使得刀具的刀面能夠精確的放置于設(shè)計(jì)好的晶面上； 第二方面是指刀具定向，即選擇金剛石的某個(gè)晶面分別作為刀具的前、后刀面，使其獲得較高的使用性能和較長的刀具壽命27。目前有關(guān)晶體定向的方法主要有三種：X光射線定向法、激光定向法、人工目測法。本課題為了節(jié)省時(shí)間是請技術(shù)人員根據(jù)人工目測的方法來進(jìn)行晶體定向的，即操作者根據(jù)天然晶體的表面生長情況、

44、外部幾何形狀、各晶面間的幾何角度關(guān)系及腐蝕特征等，憑借長期的工作經(jīng)驗(yàn)，通過觀察和試驗(yàn)后所做的粗略晶體定向。該方法簡單、方便、易實(shí)施、不需要借助其他設(shè)備，能有效的縮減實(shí)驗(yàn)時(shí)間。而有關(guān)刀具定向的問題，首先需要了解的是金剛石晶形晶面的特點(diǎn)。單晶金剛石晶體形狀可以是正六面體、八面體和十二面體。而我們極少會遇到六面體的天然金剛石；人工合成的單晶金剛石，當(dāng)溫度較低時(shí)可得到六面體，溫度較高時(shí)可得八面體或十二面體。金剛石具有明顯的各向異性，這是由于金剛石單晶有著 (100)、(110)、(111) 3種不同的晶面族 。 本課題所選用的單晶金剛石的晶形是八面體，這是因?yàn)榻饎偸瘑尉窃诟邷馗邏合氯斯ず铣傻?，其晶?/p>

45、如圖5的陰影部分所示。這3種晶面，(111)晶面的硬度最大，(110)晶面的硬度次之，(100) 晶面的硬度最??；在易磨方向，(111)晶面的磨削率最低，(100)晶面較好之，(110)晶面磨削率是最高的。因?yàn)?111)晶面硬度太高，對其研磨加工條件要求高，且微觀強(qiáng)度不高，易解理，所以刃口的鋒利度很難達(dá)到要求。(110)晶面雖磨削率最高但從金剛石每個(gè)不同晶面所產(chǎn)生破損機(jī)率的角度來看，(100)晶面是最不易破損的，(111)晶面較好之，(110)晶面的破損機(jī)率是最棒的 28,29。因此從機(jī)件加工磨損情況、金剛石刀具的可制備性及其使用性能、刀具壽命等角度出發(fā)，一般選擇（100）晶面作為制備金剛石刀

46、具的前、后刀面的材料。 本課題所選用金剛石的（100）晶面，（110）晶面分別作為金剛石刀具的前、后刀面的制備材料。2.5刀桿的線切割和粗磨在把金剛石單晶片牢固地裝卡在刀桿上之前，需對刀桿進(jìn)行粗加工。本課題選用直徑為6 mm的360#不銹鋼刀桿，長度為46 mm，在機(jī)床上進(jìn)行線切割，使其出現(xiàn)一個(gè)深3 mm，寬1.05 mm的溝槽，然后在萬能磨床上進(jìn)行粗磨，使其達(dá)到所需要的形狀。具體的工藝過程如下：首先，截取46mm的不銹鋼刀桿，將其水平固定在臺墊上用鉬絲以30水平角進(jìn)行切削；然后，將刀桿尋轉(zhuǎn)九十度后重新固定在臺墊上，用鉬絲沿刀桿的中心位置切出一個(gè)深3mm，寬1.05 mm的溝槽，再以25的水平

47、方向沿刀桿的中心位置切削，最后所得的刀桿如圖6所示。2.6釬焊在單晶金剛石刀具制備過程中將金剛石刀頭牢固地裝夾在刀桿上是其中關(guān)鍵的一步，目前常用的裝卡方式主要有機(jī)械夾固、粉末冶金法固定、粘結(jié)法固定、釬焊法固定等30。機(jī)械夾固適合較大顆粒金剛石的固定。傳統(tǒng)的金剛石刀具常采用機(jī)械夾固的方法31。鑲嵌法能牢固地固定金剛石刀頭，且便于修磨。目前應(yīng)用較廣，能固定較小的金剛石。但工藝過程較為復(fù)雜，制作成本高，且需要使用較大顆粒的金剛石單晶。粘結(jié)法固定粘結(jié)強(qiáng)度低，但是好在操作簡單，這將導(dǎo)致固定的金剛石不穩(wěn)定易脫落，而且高溫環(huán)境下更會導(dǎo)致粘結(jié)劑的失效，這將很大程度上限制了它的應(yīng)用。采用釬焊法固定金剛石刀頭，具

48、有焊接強(qiáng)度高、刀具幾何角度的加工精度高、被加工工件表面質(zhì)量高的特點(diǎn)。本課題所采用的裝卡方式是釬焊法固定。釬焊方法是采用比母材熔化溫度低的釬料，釬料可以是一種金屬或是合金，操作溫度應(yīng)采取低于母材的固相線而高于釬料液相線。釬焊金剛石具有較強(qiáng)的粘合度，它是采用合金釬料在高溫下與金剛石產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，通過合金釬料與金剛石之間發(fā)生的化學(xué)效應(yīng)，將金剛石顆粒牢牢結(jié)合，這種結(jié)合是原子級別上的粘合，結(jié)合度非常的高。強(qiáng)有效的把持力為金剛石刀具使用壽命與利用率提供穩(wěn)定的保障，金剛石刀具表面容屑空間更加的充裕，極大程度的降低因切屑堵塞致使刀具的失效率。采用釬料焊接使得金剛石刀具中的金剛石細(xì)小磨?？梢杂行蚺挪?，根據(jù)不同工

49、藝條件、加工要求可以設(shè)計(jì)更為優(yōu)秀的金剛石刀具。此外，還可以結(jié)合刀具在切削過程中的不同階段所實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)間接的來控制被切削材料的去除機(jī)制以達(dá)到所加工機(jī)件表面的平整性；實(shí)現(xiàn)上述要求既提高了加工效率和質(zhì)量，減小金剛石磨粒磨損程度，同時(shí)又節(jié)約了生產(chǎn)成本。2.6.1釬料的選擇單晶金剛石刀具的釬焊接頭處強(qiáng)度性能主要是由釬料和單晶金剛石以及鎂鋁合金基體的結(jié)合程度來決定的，起強(qiáng)度性能取決于釬料的潤濕程度與擴(kuò)散性能?？梢娾F料的選擇是否合理直接決定了金剛石刀具性能和使用壽命。銀基釬料是目前應(yīng)用較為廣泛的釬料，對金剛石和鎂鋁合金材料具有良好的潤濕性，具有一定的結(jié)合強(qiáng)度和承受一定沖擊載荷的能力，經(jīng)過工業(yè)生產(chǎn)的篩檢，硬釬

50、焊料是單晶金剛石釬焊應(yīng)用過程中性能最為穩(wěn)定的釬焊材料。本課題所選用的釬料是銀銅鈦焊膏，是從深圳聯(lián)合焊接材料有限公司購買的，其主要成分和熔化溫度見表4。表4 銀銅鈦焊膏的主要成分和熔化溫度元素成分(wt)熔化溫度()CuTiInLiAg64081020352503010余銀銅鈦焊膏由銀銅鈦合金粉末與有機(jī)粘結(jié)劑混合而成。有機(jī)粘結(jié)劑賦予焊膏合適的附著力與粘稠度，其在釬焊過程中揮發(fā)分解。金屬粉末附著在工件上熔化進(jìn)縫并形成接頭。相對于其他形式的釬料，焊膏無需預(yù)制成所需形狀，可以一步到位靈活方便地放置在焊縫周圍，并能精確控制數(shù)量，有利于機(jī)械化自動化生產(chǎn)，減少勞動力成本。2.6.2釬焊設(shè)備真空釬焊爐是熱處理

51、的大型設(shè)備，能夠進(jìn)行真空釬焊、真空退火、真空時(shí)效等多種加工。真空釬焊爐設(shè)備具有裝爐量大、效率高，對復(fù)雜零件和有特殊要求的零件無需作補(bǔ)充工藝處理產(chǎn)品。本課題研究過程中所選用的釬焊設(shè)備是型號為VTHK-350高真空釬焊爐（見圖6），其主要技術(shù)指標(biāo)如表5所示。工作原理是在高真空度的加熱狀態(tài)下，充入惰性氣體保護(hù)工件，使用熔點(diǎn)低于被加工金屬的釬料，讓其填充在兩加工件之間的間隙，使兩加工件牢固結(jié)合。它的主要優(yōu)點(diǎn)是加熱溫度低于被加工金屬的熔點(diǎn)，所以在高真空釬焊時(shí)被加工金屬的物理性能和化學(xué)性能將不會發(fā)生影響；對復(fù)雜零件來說，可一次焊接成功，減少焊接次數(shù)；使零件的變形量減小，能保證兩加工件的尺寸等。該設(shè)備較適合

52、用于不銹鋼、鈦合金、硬質(zhì)合金、高溫度合金的真空釬焊，廣泛應(yīng)用于高?；蜓芯克目蒲信c小批量生產(chǎn)。表5 VTHK-350高真空釬焊爐主要技術(shù)指標(biāo)型號VTHK-350(臥式)真空腔室尺寸350L550mm爐膛尺寸120L300mm等溫區(qū)尺寸105L120mm真空腔室結(jié)構(gòu)不銹鋼雙層水冷腔室極限真空510-5Pa加熱溫度最高加熱溫度1200，可控可調(diào)工藝方式可充入惰性氣體進(jìn)行工件保護(hù)控制方式手動或計(jì)算機(jī)控制報(bào)警及保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備具有斷水、過流、過壓等保護(hù)裝置及電氣連鎖保護(hù)系統(tǒng)選購件冷卻循環(huán)水機(jī)、進(jìn)口部件等2.6.3釬焊過程金剛石刀具經(jīng)過長時(shí)間的和空氣中的水分接觸，在金剛石刀具表面發(fā)生氧化反應(yīng)，表面金屬層已被

53、氧化。所以進(jìn)行釬焊之前一定要用砂紙打磨刀具，經(jīng)過砂紙的研磨后，刀具表面的金屬層露出金屬原有的光澤；這樣以來，對釬焊接頭是非常有利的，液體釬料更容易潤濕，相互擴(kuò)散力度更大了32。刀具在加熱前，將釬焊劑均勻的涂抹在單晶金剛石和鎂鋁合金基體上，通過專用夾具固定好刀具的各部分，并預(yù)留0.51 mm 的裝配間隙，以便為液態(tài)釬料填充預(yù)留間隙，能形成良好的釬焊接頭。然后將刀具放到烤箱里烘烤預(yù)熱15min，再將其放到真空釬焊爐里，抽真空至真空度為3KPa，加熱至850持溫15min，最后冷卻至室溫。2.6.4釬焊溫度的選擇如果釬焊過程溫度被加熱的過高，將造成釬焊縫的氧化，氧化的直接結(jié)果將使得單晶金剛石表面的鎂

54、鋁合金材料被損壞；相反的如果釬焊過程中溫度加熱過低，則會導(dǎo)致液態(tài)釬料潤濕和擴(kuò)散性能下降，液態(tài)釬料流動性不足，使得在釬焊縫形成氣孔、夾渣等工藝缺陷，上述說的溫度過高或是過低都會影響接頭處脫焊，直接影響的單晶金剛石刀具的使用壽命。經(jīng)過長期的實(shí)驗(yàn)得出：因釬料的不同焊接溫度也是不相同的，但總體上講，最佳的釬焊溫度是高于你所使用釬料熔點(diǎn)溫度3050，因?yàn)樵谶@個(gè)溫度下液態(tài)釬料的擴(kuò)散性、潤濕性、流動性最好，此時(shí)的加工的釬焊縫是最為優(yōu)質(zhì)的33-36。為了進(jìn)一步確定釬焊溫度，本課題對不同釬焊工藝參數(shù)下試件的抗剪切強(qiáng)度進(jìn)行了測定。圖7所示為真空度為3KPa，保溫時(shí)間為10min時(shí)，釬焊溫度與焊縫剪切強(qiáng)度之間的關(guān)系

55、。由圖7可知，隨著釬焊溫度的升高，剪切強(qiáng)度增大。這主要是由于釬焊溫度較低時(shí)釬料無法完全融化，所以很難使金剛石和硬質(zhì)合金表面兩者之間有較強(qiáng)的結(jié)合力。當(dāng)釬焊溫度達(dá)到850以后，剪切強(qiáng)度的變化幅度不大，這說明界面間原子相互擴(kuò)散的很充分，接頭的結(jié)合強(qiáng)度提高。2.6.5恒溫時(shí)間的選擇圖8所示為真空度為3KPa，釬焊溫度為850 時(shí)，恒溫時(shí)間與焊縫剪切強(qiáng)度之間的關(guān)系。由圖8可知，隨著恒溫時(shí)間的增加，剪切強(qiáng)度先增大后減小，這與一般的釬焊規(guī)律相同。當(dāng)保溫時(shí)間在 15 min時(shí)，剪切強(qiáng)度的數(shù)值達(dá)到最高。從釬焊的具體過程來分析此現(xiàn)象可得到以下結(jié)論：由于釬焊過程中使用的釬料是膏狀物，保溫時(shí)間的長短將對釬料向待焊材料

56、中的浸潤程度有直接影響。 當(dāng)保溫時(shí)間較短時(shí)， 融化的釬料向金剛石和硬質(zhì)合金中浸潤的程度較低，此時(shí)進(jìn)入待焊材料的釬料只有少量，達(dá)到的焊接強(qiáng)度也必定較低，因此為使釬料向待焊材料中充分浸潤，一定要有足夠的保溫時(shí)間。 但若溫度較高，保溫時(shí)間過長，金剛石與釬料之間的結(jié)合強(qiáng)度就會在一定程度上降低，從而在宏觀上導(dǎo)致刀頭剪切強(qiáng)度的降低。2.7刀具的粗磨、精磨和檢驗(yàn)金剛石刀具的研磨是為了獲得表面粗糙度值小、刃口鋒銳的金剛石刀具，一般包括粗磨加工和精磨加工。粗磨加工主要是為了去除余量，對粗磨的質(zhì)量要求主要是金剛石表面不能有大劃痕、刀具刃口不能有崩刃等缺陷。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

57、微粉粒度等有關(guān)。研磨金剛石時(shí)，對于選定的晶面，沿晶面的最佳研磨方向研磨，能大大提高研磨效率。本課題所選用的八面體金剛石的最佳研磨方向如圖9所示。精磨加工主要目的是提高研磨質(zhì)量以及切削刃的鋒銳性。其中磨盤質(zhì)量、磨料粒度、研研磨方向等影響制約著精研刀具的質(zhì)量，拋光是制備金剛石刀具的最后工序，拋光是讓金剛石作垂直于研磨方向的法向運(yùn)動，精拋的目的是為了在研磨時(shí)間段里保證金剛石沿著研磨的垂直方向作法向運(yùn)動，同時(shí)拋光后去除了研磨磨痕，提高表面質(zhì)量。本課題金剛石單晶刀具的粗磨加工是采用經(jīng)過表面預(yù)處理的鑄鐵盤（如圖10）對其進(jìn)行研磨。為了去除盤面上的車削溝紋，提高平整性，首先對盤面進(jìn)行推磨，然后涂以金剛石粉，使金剛石盤面能起到研磨作用。在研磨的初期，盤面上的金剛石很難被磨削，但長時(shí)間后，金剛石會開始出現(xiàn)輕微脫落，此時(shí)盤面溫度相當(dāng)高，這是因?yàn)榻饎偸砻姘l(fā)生氧化，導(dǎo)致表面硬度降低從而使研磨盤上的一部分金剛石去除，因此