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，相當于從材料晶格上逐個地去除材料，只有切削力超過晶體內部的原子結合力才能產生切削作用，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值極小；3)刀刃無缺陷，以得到超光滑的鏡面；4)與工件材料的抗粘結性好、化學親和性小、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，雖然價格較貴

但被公認為理想的、無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.金剛石的晶體結構

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次對稱軸垂直(111)晶面的軸稱為3次對稱軸垂直(110)晶面的軸稱為2次對稱軸金剛石的三個重要晶面（100）晶面:正方形，三個面，三根四次對稱軸；

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

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

金剛石晶體（111）晶面硬度和耐磨性最高

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

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

三個晶面的面網密度之比為:（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，面間原子結合力弱，受

力時可沿平行該面方向平整的劈開，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磨削率來表示。在高磨削率方向，(100):(111):(110)=5.8:1:12.8對金剛石研磨時，各晶面均有“好磨”和“難磨”方向1101001114.正確選擇金剛石晶體方向為了充分發(fā)揮金剛石刀具的切削性能和保證

加工質量，設計和制造金剛石刀具時須正確

選擇晶體方向。

金剛石晶體定向方法有：1.人工目測定向適于優(yōu)質規(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高有害健康

3.激光晶體定向價格低1/10,操作簡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激光反射形成的

衍射圖像不同而進行定向。5.金剛石刀具設計的主要問題優(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構及金剛石的固定方法金剛石刀具切削部分的幾何形狀國內多用直線修光刃，制造容易，但要求對刀良好，修光刃應嚴格與進給方向一致金剛石刀具切削部分的幾何形狀國外多用圓弧修光刃，對刀容易使用方便，但制造研磨費事。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內制造的金剛石刀具，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，認為摩擦系數(shù)小，刀刃微觀強度高，微崩刃機率小國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。金剛石刀具結構及金剛石固定方法

金剛石刀具結構

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，使金剛石固定在小刀頭內。應用較多價格較高

3.粘接或釬焊固定粘接劑固定強度不高，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。仔細檢查內部有無缺陷。采用高速旋轉鑄鐵盤加金剛石微粉進行粗研磨。費時很長，要研究提高其效率，找準好磨方向，壓力9～12N，先用較粗再用細的微粉

精研是制造金剛石刀具的關鍵工序，主要考慮提高研磨質量，使切削刃更鋒利。研磨盤小圓周處加細微粉用于精研，采取逆磨，即沿刃口指向刀體內的方向研磨，切削刃承受壓應力，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

保密性很強，難度很大的技術。國外多