2.4金剛石刀具解析

超精密加工的重要特征是超微量切除，背吃刀量可在0.75μm以下，相當(dāng)于從材料晶格上逐個(gè)地去除材料，只有切削力超過(guò)晶體內(nèi)部的原子結(jié)合力才能產(chǎn)生切削作用，而加工極限又受刀具刃口圓弧半徑的限制。四、金剛石刀具

1.超精密切削對(duì)刀具的要求1)極高的硬度、耐磨性和極高的彈性模量；2)刃口能磨得極其鋒利，刃口半徑ρ值極??；3)刀刃無(wú)缺陷，以得到超光滑的鏡面；4)與工件材料的抗粘結(jié)性好、化學(xué)親和性小、摩擦系數(shù)低，以得到極好的加工表面完整性。天然單晶金剛石具有優(yōu)異的特性，雖然價(jià)格較貴

但被公認(rèn)為理想的、無(wú)法代替的超精切刀具材料單晶金剛石

人造金剛石1954年美研制成功，細(xì)顆粒(制砂輪)→聚晶金剛石→大顆粒單晶金剛石。大顆粒人造單晶金剛石是在超高壓(500MPa)

高溫(1300℃)下由子晶生長(zhǎng)而成。金剛石晶體屬于立方晶系，天然單晶多為8面體和12面體，人造單晶常為6面體８面體和12面體2.金剛石的晶體結(jié)構(gòu)

金剛石晶體具有各向異性和解理現(xiàn)象，不同晶向的物理性能相差很大。金剛石晶體有三個(gè)主要晶面:（100）（110）（111）。金剛石晶體的晶軸100晶面的激光衍射圖像110晶面的激光衍射圖像111晶面的激光衍射圖像垂直(100)晶面的軸稱為4次對(duì)稱軸垂直(111)晶面的軸稱為3次對(duì)稱軸垂直(110)晶面的軸稱為2次對(duì)稱軸金剛石的三個(gè)重要晶面（100）晶面:正方形，三個(gè)面，三根四次對(duì)稱軸；

（111）晶面:三角形，八個(gè)面，四根三次對(duì)稱軸；（110）晶面:菱形，六個(gè)面，六根二次對(duì)稱軸金剛石晶體的面網(wǎng)及原子排列形式

晶體內(nèi)部分布有原子的面叫作晶面，也稱面網(wǎng)面網(wǎng)上原子排列形式、原子排列密度及面網(wǎng)間的距離不同將造成晶體的不同晶向性能差異甚大。三個(gè)重要晶面的原子排列形式—最小單元金剛石晶體的面網(wǎng)密度及面網(wǎng)距

金剛石晶體（111）晶面硬度和耐磨性最高

(100)(110)面網(wǎng)的分布是均勻的，(111)面網(wǎng)間距一寬一窄交替看成加厚面網(wǎng)，寬間距即(111)面間距

三個(gè)晶面的實(shí)際面網(wǎng)密度之比為:（100）:（110）:（111）=1:1.414:2.308面網(wǎng)的單位面積上的原子數(shù)稱為面網(wǎng)密度

三個(gè)晶面的面網(wǎng)密度之比為:（100）:（110）:（111）=1:1.414:1.154金剛石的解理現(xiàn)象由固體物理學(xué)理論知，原子密度較大的晶面

之間的距離也較大，面間原子結(jié)合力弱，受

力時(shí)可沿平行該面方向平整的劈開(kāi)，該現(xiàn)象

稱為解理現(xiàn)象。金剛石晶體可沿解理面(111)平整的劈開(kāi)兩半研究表明金剛石的破

損磨損主要形式是微

觀解理。3.金剛石各晶面的好磨難磨方向

不同晶面耐磨性不同，且同一晶面上不同方向耐磨性亦有很大差別。金剛石的耐磨性可用它的相對(duì)磨削率來(lái)表示。在高磨削率方向，(100):(111):(110)=5.8:1:12.8對(duì)金剛石研磨時(shí)，各晶面均有“好磨”和“難磨”方向1101001114.正確選擇金剛石晶體方向?yàn)榱顺浞职l(fā)揮金剛石刀具的切削性能和保證

加工質(zhì)量，設(shè)計(jì)和制造金剛石刀具時(shí)須正確

選擇晶體方向。

金剛石晶體定向方法有：1.人工目測(cè)定向適于優(yōu)質(zhì)規(guī)整晶體，方便精度低2.X射線晶體定向X光衍射圖像精度高價(jià)高有害健康

3.激光晶體定向價(jià)格低1/10,操作簡(jiǎn)便足夠的精度金剛石晶體的激光定向利用金剛石在不同晶面上對(duì)激光反射形成的

衍射圖像不同而進(jìn)行定向。5.金剛石刀具設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題優(yōu)選切削部分的幾何形狀前后刀面選擇最佳晶面確定刀具結(jié)構(gòu)及金剛石的固定方法金剛石刀具切削部分的幾何形狀國(guó)內(nèi)多用直線修光刃，制造容易，但要求對(duì)刀良好，修光刃應(yīng)嚴(yán)格與進(jìn)給方向一致金剛石刀具切削部分的幾何形狀國(guó)外多用圓弧修光刃，對(duì)刀容易使用方便，但制造研磨費(fèi)事。推薦圓弧半徑R=0.5～1.5mm金剛石刀具前后刀面晶面的選擇國(guó)內(nèi)制造的金剛石刀具，一般前、后刀面都采用（110）晶面（±３°)，研磨效率高，容易磨出鋒利的刀刃。也有推薦（100)晶面，認(rèn)為摩擦系數(shù)小，刀刃微觀強(qiáng)度高，微崩刃機(jī)率小國(guó)外制造的金剛石刀具，前、后刀面有選用（100）晶面，也有選用（110）晶面，介紹不詳。金剛石刀具結(jié)構(gòu)及金剛石固定方法

金剛石刀具結(jié)構(gòu)

常把金剛石固定在小刀頭上，小刀頭用螺釘壓板固定在刀桿上，也有將金剛石直接固定在車刀刀桿上。

金剛石在刀頭上的固定方法

1.較大顆粒的金剛石上下面磨平用壓板固定在小刀頭上2.粉末冶金法固定金剛石放在合金粉末中，加壓真空燒結(jié)，使金剛石固定在小刀頭內(nèi)。應(yīng)用較多價(jià)格較高

3.粘接或釬焊固定粘接劑固定強(qiáng)度不高，金剛石易掉，釬焊法固定較好，釬料配方及工藝處于研究階段。金剛石刀具的研磨加工粗研一顆單晶金剛石毛坯，要做成精密刀具，先要晶體定向，確定前后刀面位置，確定需磨去的部分。仔細(xì)檢查內(nèi)部有無(wú)缺陷。采用高速旋轉(zhuǎn)鑄鐵盤加金剛石微粉進(jìn)行粗研磨。費(fèi)時(shí)很長(zhǎng)，要研究提高其效率，找準(zhǔn)好磨方向，壓力9～12N，先用較粗再用細(xì)的微粉

精研是制造金剛石刀具的關(guān)鍵工序，主要考慮提高研磨質(zhì)量，使切削刃更鋒利。研磨盤小圓周處加細(xì)微粉用于精研，采取逆磨，即沿刃口指向刀體內(nèi)的方向研磨，切削刃承受壓應(yīng)力，得到鋒利完好的刃口。不重磨精密金剛石刀具

金剛石刀具的制造研磨及用鈍重磨，是一項(xiàng)

保密性很強(qiáng)，難度很大的技術(shù)。國(guó)外多