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单晶金刚石刀具刃磨特点的研究

2015-08-21 398

自然单晶金刚石刀具的刃磨特点
超细密加工中,单晶金刚石刀具的两个根本精度是刀刃表面精度和刃口的钝圆半径。要求加工非球面透镜用的圆弧刀具刃口的圆度为0.05μm以下,加工多面体反射镜用的刀刃直线度为0.02μm;刀具刃口的钝圆半径(ρ值)表现了刀具刃口的尖锐水平,为了顺应种种加工要求,刀刃刃口半径范畴从20nm~1μm。
3.1单晶金刚石刀具的晶面选择
金刚石晶体属于立方晶系,由于每个晶面上原子分列情势和原子密度的差别以及晶面之间间隔的差别,造成自然金刚石晶体的各向异性,因此金刚石不但各晶面体现的物理机器性能差别、其制造难易水平和利用寿命都不雷同,各晶面的微观破坏强度也有显着差异。金刚石晶体的微观强度可用Hertz试验法来测定,由于金刚石是典范的脆性质料,其强度数值一样通常毛病较大,重要依赖于应力漫衍的形态和漫衍范畴,因此得当用概率论来阐发。看成用应力雷同时,(110)晶面的破坏概率最大,(111)晶面次之,(100)晶面产生破坏的概率最小。即在外力作用下,(110)晶面最易破坏,(111)晶面次之,(100)最不易破坏。只管(110)晶面的磨削率高于(100)晶面,但实行结果评释,(100)晶面较别的晶面具有更高的抗应力、腐化和热退化本领。联合微观强度综合思量,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。
通常应凭据刀具的要求来举行单晶金刚石刀具的晶面选择。一样通常来说,要是要求金刚石刀具得到最高的强度,应选用(100)晶面作为刀具的前、后刀面;要是要求金刚石刀具抗机器磨损,则选用(110)晶面作为刀具的前、后刀面;要是要求金刚石刀具抗化学磨损,则宜接纳(110)晶面作刀具的前刀面,(100)晶面作后刀面,大概前、后刀面都接纳(100)晶面。这些要求都 要借助晶体定向技能来实现。
3.2金刚石刀具的定向要领
现在,晶体定向重要有三种要领:人工目测晶体定向、激光晶体定向和X射线晶体定向。
(1)人工目测晶体定向
该要领是凭据自然晶体外部多少形状、表面生长、腐化特性及各晶面之间的多少角度干系,依附操纵者恒久的事情履历,通过视察和试验所做的大略晶体定向。该要领简朴、易行、不 要借助设置装备部署,但定向结果准确性差,对操纵者履历要求高,且对付颠末加工、失去了自然单晶晶体特性的刀具就无法再举行人工目测定向。
(2)激光晶体定向
激光晶体定向是用干系性较好的激光照射到金刚石晶体表面上,在差别结晶偏向上表面存在的在生长历程中形成的形状规矩的晶面晶纹和微观凹坑被反射到屏幕上形成特性衍射光图像。但现实上因受到外界滋扰因素,自然形成的规矩晶面晶纹和微观凹坑每每不显着或根本无法视察到。因此这种晶体在定向之前,要颠末得当的人工腐化,以形成特性形貌。
(3)X射线晶体定向
由于X射线的波长靠近晶体的晶格常数,当X射线透过晶体或从晶体表面反射返来时,会产生衍射。利用这个原理已开辟有专用的X射线晶体定向仪。这种晶体定向要领精度高,但是因X射线对人体有肯定的危害,在利用时需注意对操纵职员的掩护。
3.3金刚石刀具的晶向选择
金刚石各向异性,因此不但各晶面的硬度、耐磨性差别,便是统一晶面差别偏向的耐磨性也差别。要是晶向选择不妥,纵然晶面选择准确,刃磨服从也会大大低落。同时由于金刚石晶体的抗压强度比抗拉强度大5~7倍,以是在刃磨历程中要选择晶面的易磨偏向,同时刃口要迎着刃磨砂轮线速率的正偏向(即接纳逆磨),以包管刃磨服从并减小刃口的微观解理水平。
3.4金刚石刀具的磨、破坏
金刚石刀具的磨损机理比力庞大,可分为宏观磨损和微观磨损,前者以机器磨损为主,后者以热化学磨损为主。常见的金刚石刀具磨破坏形态为前刀面磨损、后刀面磨损和刃口倾圯。在单晶金刚石刀具刃磨历程中, 要其磨损以刃磨出满意要求的刀具,但若产生了不 要的磨损就大概毁伤已经刃磨好的前、后刀面。而刃口倾圯(即崩刃)是在刃口上的应力凌驾金刚石刀具的局部蒙受本领时产生的,一样通常是由金刚石晶体沿(111)晶面的微观解理破坏造成的。在超细密加工中,金刚石刀具的切削刃钝圆半径比力小,其自己又属于硬脆质料,同时由于其各向异性且(111)面易产生解理,随着振动和砂轮砂粒对刀具刃口的打击作用,故每每会陪同产生崩刃征象。
4刃磨试验
试验在EWAGRS-12磨刀机上举行。试验中,由于缺乏有用的晶体定向本领,只有通过对报废刀具的布局阐发,大抵判断刀具的晶面偏向,然后通过刃磨历程中刀具与砂轮表面的打仗力、打仗声音等信息,分身砂轮速率、主轴往复生动速率和摆幅等参数,细致探求刀具符合的刃磨角度。当刃磨的声音比力烦闷费力、手感机床有较大振动时,应立刻退出刀具,制止刀体毁伤砂轮,并重新调解角度。调治得当后,刃磨的声音比力轻快柔软,手感机床振动微小,而且一连上刀0.05mm,机床不会出现振动颠簸。
通过各次刃磨环境的比对,确定主切削刃和副切削刃较为公道的刃磨选向为砂轮旋转偏向应指向刃口受压偏向,并与之形成15~30o角。凭据机床资料并综合思量质料去除率和磨削比率,保举接纳的砂轮速率为8~65m/s。通过试验发明,砂轮速率在22~28m/s时,研磨结果好;速率在15m/s时刃口的Rt值最小。因此,在现实的刃磨历程中,将刀头安排在研磨盘φ140左右的地区内,粗磨时选择砂轮转速为2100rev/min,精磨时选择砂轮转速为1000rev/min,包管粗磨时的砂轮速率为23m/s左右,精磨时为15m/s左右。主轴往复摆动幅度不宜过大,一样通常比刃磨刀口宽度略宽即可,摆动频率也不宜过快。
为得到经济性的刃磨结果,磨削打仗压力需随着刃长的增长而增长。在粗磨时,随着打仗压力的升高,会出现质料去除率的正向突变。在超精磨时,质料去除率随打仗压力的增长先是渐渐升高,当打仗压力增长到180N时,质料去除率转而渐渐低落。精抛时刀具与研磨盘之间的打仗压力在12~14N时最有利于包管刃磨面的表面光洁度。因此刃磨时刀具与砂轮表面应有得当的打仗力。粗磨时,只管即便接纳机床的压力控制,在对刀之后应尽快上刀,而且按住机床变位操纵拉杆(该拉杆用于操纵事情台在事情位与丈量位之间举行转换),以包管所需较大打仗力,制止引起机床振动导致崩刃。
5结语
 针对金刚石晶体各向异性的特点,在刃磨前 要举行准确的晶体定向。同时在刃磨历程中应严酷控制温度、机床振动、砂轮粒度、转速和往复生动速率,选择反转展转精度高的研磨设置装备部署宁静面精度高的研磨盘,制止由于金刚石晶体的硬脆性和较差的热稳固性而出现不 要的磨、破坏。别的,应办理人工手动加压而无法包管压力稳固性的题目,同时配套与刃磨历程相立室的检测要领和检测仪器,以包管刃磨的质量稳固性。

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