单晶金刚石刀具的加工.pdf

5 0 煤 矿 机 械 2 0 0 3年第 5期 劈 工艺 装 备 嗣 文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 3 0 5 ． 0 0 5 0 - 0 2 单 晶金 刚石 刀具 的加 工 李 智 ．马 勇 大连理工大学 机械工程学 院 ，辽 宁 大 连 1 1 6 024 。 摘 要 主要介绍了单 晶金刚石刀具原料的选择 、 晶体 的定 向、 加工步骤 和方法， 以及加 工过 程 中需要 注意的一些问题， 分析 了单晶金刚石刀具研磨的机理。最后提 出了一些关于加工单晶金 刚石 刀具 的新想 法 。 关键 词 单 晶金 刚石 ； 晶体 定 向 ；磨 削率 中图号 T 7 1 1 文献标 识 码 A 金刚石作为一种超硬材料， 用在精密或超精密 加工的刀具上。尤其单 晶金刚石由于它的特殊性 ， 使得它在超精密加工 中具有不可替代 的地位， 但 目 前加工单 晶金刚石刀具仍 然是一项很难进行 的工 作 。 1 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 n i l n ， 重 量为 0 ， 7 3 c t 。 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 1 1 1 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 如 图 1 所 示 。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 不必太深， 但必须成 V字形。劈 刀较钝 ， 但 刃 口以 上的刀面要抛光 。放进切缝时， 刀刃必须放在切缝 侧面上 ， 而不是放在其底 部。用木锤或钢棒快速敲 击劈刀 ， 使原石分为两部分。 图 1分 副 金 剧 石 原 石 F 1 S p l i t t h e s i n g l e c r y s t l l l m叫 o n d 1 ． 劈刀2 ． 劈 开面3 ． 金刚石4 ． 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 ， 1 1 1 晶面的磨削率最低， 1 0 0 晶面次之 ， 1 1 0 晶面磨削率最高。由于 1 1 1 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。 1 1 0 晶面在好磨方向上磨削率比 1 0 0 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。 参 考文献 [ 1 ] 黄 章， 王义 门 ． 微 型机控 铜技 术 [ M] ． 徐州 中国矿 业大学 出版 社 ， 1 9 9 0 ． [ 2 ] 何立 民 ． 单 片机高级教程 [ M] ． 北京 北京航空航天大学 出版社 ， 作者简介 沈显庆 1 9 ， 沈阳工业大学在读硕 士研究生 ， 现从事 科研 与教学工作 ， 发表论文多篇 ． 收稿 日期 “- 2 0 0 2 ． 1 0 - 2 4 M o t o r s y n t h e t i c a l d e f e n d e r c o n t r o l e d b y s i n g l e c h i p mi c r o c o mp u t e r SHEN Xi a n- q i ng- LI Zh o ng - q i n He fl o n i a n g I n s t i t u t e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y - J i x i 1 5 8 1 0 5- C h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r p r ese n t s ha r d wa r e d e s i g n e d c i r c u i t o f t h e mo t o r s y nt h e t i c a l d e f e n d e r c o n t rol e d b y s i n g l e c h i p mi c r o ． c o mp u t e r ． a n d i t s w o r k p r i n c i p l e。 p o we r d o wn p rot e c t i o n c i rcui t ． r e al- t i me c o n t rol c i rcu i t ． s o f t wa r e d e s i g n． A k i n d o f p ro t e c t i v e c i rcu i t b y mo n o l i t h i c ma c h i n e c o n t rol ed i s d e s i gn e d i n o r d e r t o i n c r e a s e p rot e c t i v e a b i l i t y o f mo t o r s y s t e m． Ke y wo r d s； pr o we r d o wn p rot e c t i o n；wa t c h d o g ；s i n g l e c h i p mi c r o c o mp ut e r 维普资讯 h t t p //w w w .l w 23.c o m 论文网 论文大全 h t t p //w w w .l w 23.c o m 论文网 论文大全 2 0 0 3年第 5 期 单 晶金刚石刀具的加工李智 ， 等 5 1 看 ， 1 1 0 晶 面的破 损 机率 最 大， 1 1 1 晶面次 之 ， 1 0 0 晶面最不易破损。因此从刀具制造角度看 ， 虽 然 1 0 0 晶面的研 磨效率低于 1 1 0 晶面 ， 但最后精 磨时 ， 由于 1 0 0 晶面微观强度高， 反而更 易于获得 完美刃口。因此从刀具的制造工艺和刀具耐用度综 合考虑， 应选择 1 0 0 晶面为刀具的前、 后刀面。 此外还要选择最佳 的研磨方向， 如果找到了金 刚石的最佳研磨方向， 使研磨工作获得最高的研磨 效率和研磨质量 ， 一般确定最佳研磨方 向的方法 有 3 种 晶体定 向仪确定 ； 根据 晶纹方 向确定； 人工 目 测定 向确定 。 2金 刚石刀具 坯料 的研 磨 金刚石的研磨一般分为粗磨和精磨 ， 从坯料研 磨成具有刀具形状的金 刚石原料的过程称 为粗磨 ， 可以采用超细粒度的金刚石砂轮或铸铁盘对其进行 研磨 ， 前者可以在专用设备上直接进行， 砂轮要专门 制作。对结合剂、 粒度与金刚石的浓度都有严格要 求 ， 而且在研磨过程中对砂轮要不断修整 ， 还要采用 切削液。从 目前来看一般采用经过表面预处理的铸 铁盘或者高硬度钢盘 ， 首先需要对盘面进行推磨， 以 去除车削沟纹 ， 提高盘面的平整性 ， 然后涂以金刚石 细粉 ， 可以获得理想的金刚石盘面。在研磨的初期 ， 金刚石几乎很难被磨削， 但经过研磨一段时间后 金 刚石开始轻微脱落。根据 目前的实验来看在金刚石 开始脱落的时候就达到了相当高 的温度， 这主要 是 金刚石表面发生 了氧化 ， 石磨化导致 表面硬度降低 从而研磨盘可以去除一部分金刚石， 因此金刚石 的 研磨主要 是以热化学去 除为主， 机 械去除量很少。 在研磨过程 中由于磨盘上的磨粒会被不断打碎或损 失， 若不及时加以补充 ， 将导致因盘面磨粒密度不够 而使金刚石直接与铸铁 接触 ， 不但影 响金刚石的研 磨速度， 还因金刚石的挤刮作用破坏或堵塞盘面上 的孔隙， 从而降低研磨盘的使用 寿命 ， 因此在研磨过 程 中需要经常向盘面添加新的研磨膏。 3 超 精密 单 晶金刚石 刀具 的要 求 用于超精密切削的金刚石刀具除了必须具备一 般的刀具特性以外， 对刀刃的锋锐性 、 平 直性 、 前 刀 面和后刀面的粗糙度均提出了更高的要求 。要想磨 出质量高的超精密刀具 ， 材料最好选择天然单 晶金 刚石 ， 天然金 刚石刀具 的 刃 口半 径一 般能研 磨 到 r 日 0 ． 1 0 ． 2 b t m， 刀刃粗糙度能研磨到 R ． 0 ． 1 0 ． 2 b t m， 特殊的金刚石刀具经过精密方法研磨 刃 口 半径可达到 r 目 ≤0 ． 0 1 t t m， 刀刃粗糙度 可达到 R ． 0 ． 0 1 m 。刀具 刃 口锋利度差 ， 即刃 口钝 圆半径 值 大 ， 切削时刀具较难切人工件 ， 挤压严重， 在加工表 面形成较深的变质层 ， 且 回弹量较厚 ， 影响超精密切 削加工零件的表面质量。切屑的厚度曾一直是研究 刀具刃 口的一项指标。研究表明， 切削刃越锋利 ， 最 小切削厚 度就越小 ， 得到的加正 表面质量就越 高。 目前国 内外 刃磨 技术水 平 已使 刃 口半径 小 于 1 0 0 n m， 日本大阪大学在美 国 L u 公 司合用的一个切薄 试验中所用的刀具 ， 其刃 口半径推算为 24 n l n ， 能 切出约 1 n m厚度的切屑 ， 被认为达到 了极限， 国内 刃磨到 5 0 n l n已属相当高的水平。 单 晶金刚石的研磨 ， 对研磨盘和研磨粉 的要求 也很高 ， 而且要控制研磨速度 ， 一般来说研磨速度越 大 ， 研磨效率越 高， 在粗磨 时以去除余量 为主要 目 的 ， 研磨 速度可 以控制 在 3 0 m ／ s左右。但在精 磨 时 ， 获得完美刃 口为主要 目的， 为减小研磨粉对刃 口 的撞击程度， 研磨速度要 比粗磨时略慢一些 ， 一般要 控制在 2 0 2 5 m ／ s 。 4结 语 综上所述 ， 单晶金刚石的研磨同其他材料的研磨 是完全不同的， 是一个复杂而且困难的工作。正是由 于加工的困难性大大地增加 了单 晶金刚石刀具的成 本 ， 限制了它的应用。根据金刚石的研磨机理可以尝 试一些新的方法进行加工， 比如在金刚石研磨之前对 金刚石进行预加温 ， 或者对金刚石表面先进行氧化处 理， 然后再进行研磨等处理 。但是这些方法都要和金 刚石的热化学性质紧密联系在一起 ， 同时从更深的层 次上还有很多研究工作有待我们去做。 参考 文献 [ 1 ] 张竟敏 ． 单晶金 刚石刀具的研 磨工艺[ J ] ． 工具技术 ， 1 9 9 9 ， 9 1 4 一 l 6． [ 2 3 张竟敏 ． 单晶金 刚石刀具的选 料与定向[ J ] ． 工具技术 ， 1 9 9 9 。 7 l ll 3． [ 3 3 孙 涛 ， 谭久彬 ， 董 申． 天然金刚石刀具的研磨及其 刃口半 径检涌 技 术 [ J ] ． 制造技术与机床 ， 1 9 9 8 ， 8 2 4 2 6 ． [ 4 3 刘志平 ， 董 丽 华， 韩 毅松 ． 超 精密 金刚 石工 具研 磨技 术 的研 究 [ J ] ． 人工 晶体学报 ， 2 0 0 1 ， 4 4 1 34 1 8 ． 作者简 介 g李智 1 9 7 6一 。 吉林东丰县人 ， 1 9 9 9年毕业 于大连理 工大学工程 力学 系， 现在大连理工 大学机械工 程学院攻 读硕 士学位 ．T e l 0 4 1 l一4 7 0 8 81 5． 收稿 日期 2 0 0 3 ． O 1 ． 1 6 Th e m a c h i n i n g o f s i n g l e c r y s t a l d i a mo n d t 0 0 l LI Zhi ， MA Yo n g Ma c h i n e r y E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e o f D a l i a n S c i e n c e a n d E n s i n e e rin g U n i v e r s i t y ． D a l i an 1 1 6 0 2 4． C hin a Ab s t r a c t T h e p a p e r mo s t l y i n t r o d u c e s t h e s e l e c t i o n o f ma t e r i a l o f s i n g l e c r y s t a l d i a mo n d c u t t e r ， t h e a s c e r t a i n i n g d i r e c t i o n o f c ry s t al a b o u t s i n gle c ry s t al d i a m o n d c u t t e r ， t h e p r o c e s s e s a n d me th o d s o f ma c h i n i n g s i n gl e c rys t al d i a m o n d c u t t e r n g f o r w a r d 8 o m e p r o b l e m s i n t h e p r o c e s s o f ma c h i nin g ， th e p a p e r anal y z e s t h e m e c h ani s m a b o u t g r i n d i n g o f s i n gl e c ry s t al d i a - mo n d c u t t e r ． Fi n all y t h e p a p e r p u t s f o rw a r d 8 o me n e w t h o u g h t s a b o u t ma c h i n i n g o f s i n g l e c rys t al d i am o n d c u t t e r ． Ke y wo r d s s i n g l e c rys t a l d i a mo n d；a s c e r t a i nin g d i rec t i o n o f c rys t a l ；e ffi c i e n c y o f o n d i n s 维普资讯 h t t p //w w w .l w 23.c o m 论文网 论文大全 h t t p //w w w .l w 23.c o m 论文网 论文大全