單晶金剛石刀具刃磨特點的研究(二)

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金剛石刀具    時間:2014-03-12 03:48:17
單晶金剛石刀具刃磨特點的研究(二)簡介
通常應根據刀具的要求來進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度,應選用(100)晶面作為刀具的前、后刀面;如果要求金剛石……
單晶金剛石刀具刃磨特點的研究(二)正文

通常應根據刀具的要求來進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度,應選用(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磨損,則宜採用(110)晶面作刀具的前刀面,(100)晶面作后刀面,或者前、后刀面都採用(100)晶面。這些要求都需要藉助晶體定向技術來實現。

3.2金剛石刀具的定向方法

目前,晶體定向主要有三種方法:人工目測晶體定向、激光晶體定向和X射線晶體定向。

(1)人工目測晶體定向

該方法是根據天然晶體外部幾何形狀、表面生長、腐蝕特徵及各晶面之間的幾何角度關係,憑藉操作者長期的工作經驗,通過觀察和試驗所做的粗略晶體定向。該方法簡單、易行、不需要藉助設備,但定向結果準確性差,對操作者經驗要求高,且對於經過加工、失去了天然單晶晶體特徵的刀具就無法再進行人工目測定向。

(2)激光晶體定向

激光晶體定向是用相干性較好的激光照射到金剛石晶體表面上,在不同結晶方向上表面存在的在生長過程中形成的形狀規則的晶面晶紋和微觀凹坑被反射到屏幕上形成特徵衍射光圖像。但實際上因受到外界干擾因素,自然形成的規則晶面晶紋和微觀凹坑往往不明顯或根本無法觀察到。因此這種晶體在定向之前,要經過適當的人工腐蝕,以形成特徵形貌。

(3)X射線晶體定向

由於X射線的波長接近晶體的晶格常數,當X射線透過晶體或從晶體表面反射回來時,會發生衍射。利用這個原理已開發有專用的X射線晶體定向儀。這種晶體定向方法精度高,但是因X射線對人體有一定的危害,在使用時需注重對操作人員的保護。

3.3金剛石刀具的晶向選擇

金剛石各向異性,因此不但各晶面的硬度、耐磨性不同,就是同一晶面不同方向的耐磨性也不同。如果晶向選擇不當,即使晶面選擇正確,刃磨效率也會大大降低。同時由於金剛石晶體的抗壓強度比抗拉強度大5~7倍,所以在刃磨過程中要選擇晶面的易磨方向,同時刃口要迎著刃磨砂輪線速度的正方向(即採取逆磨),以保證刃磨效率並減小刃口的微觀解理程度。

3.4金剛石刀具的磨、破損

金剛石刀具的磨損機理比較複雜,可分為宏觀磨損和微觀磨損,前者以機械磨損為主,後者以熱化學磨損為主。常見的金剛石刀具磨破損形態為前刀面磨損、后刀面磨損和刃口崩裂。在單晶金剛石刀具刃磨過程中,需要其磨損以刃磨出滿足要求的刀具,但若產生了不需要的磨損就可能損傷已經刃磨好的前、后刀面。而刃口崩裂(即崩刃)是在刃口上的應力超過金剛石刀具的局部承受能力時發生的,一般是由金剛石晶體沿(111)晶面的微觀解理破損造成的。在超精密加工中,金剛石刀具的切削刃鈍圓半徑比較小,其本身又屬於硬脆材料,同時由於其各向異性且(111)面易發生解理,隨著振動和砂輪砂粒對刀具刃口的衝擊作用,故常常會伴隨產生崩刃現象。

4刃磨試驗

試驗在EWAG RS-12磨刀機上進行。試驗中,由於缺乏有效的晶體定向手段,只有通過對報廢刀具的結構分析,大致判定刀具的晶面方向,然後通過刃磨過程中刀具與砂輪表面的接觸力、接觸聲音等信息,兼顧砂輪速度、主軸往複運動速度和擺幅等參數,仔細尋找刀具合適的刃磨角度。當刃磨的聲音比較沉悶吃力、手感機床有較大振動時,應立即退出刀具,避免刀體損傷砂輪,並重新調整角度。調節適當后,刃磨的聲音比較輕快柔軟,手感機床振動微小,並且連續上刀0.05mm,機床不會出現振動波動。

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