母材與刀頭用焊膏焊接爐
母材與刀頭用焊膏焊接爐
由于金剛石刀具具有硬度高、耐磨性好、熱導(dǎo)率大、摩擦系數(shù)和熱膨脹系數(shù)小、化學(xué)惰性強(qiáng)等特性，以及經(jīng)過仔細(xì)刃磨后能得到十分鋒利的刃口，因而能廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代制造領(lǐng)域中有色金屬和非金屬材料的精密和超精密切削加工。本文綜述了單晶和聚晶金剛石刀具制造的最關(guān)鍵技術(shù)。
關(guān)鍵詞 單晶金剛石刀具 聚晶金剛石刀具制造 關(guān)鍵技術(shù)
一、 前言
隨著我國汽車、摩托車、航空航天、計(jì)算機(jī)、核工程、it、醫(yī)療器械、精密儀器等行業(yè)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床和加工中心機(jī)床的普遍使用，對零件的切削加工精度、尺寸一致性、切削可靠性、生產(chǎn)效率和刀具壽命的要求越來越高。由于金剛石集力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)等眾多的優(yōu)異性能于一身，具有極高的硬度和耐磨性，摩擦系數(shù)小、導(dǎo)熱性高、熱膨脹系數(shù)和化學(xué)惰性低，所以是制造現(xiàn)代高速切削刀具的理想材料。因而廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代制造領(lǐng)域的有色金屬和非金屬材料的精密和超精密切削加工。本文對單晶和聚晶金剛石刀具制造的最關(guān)鍵技術(shù)作一概述。
二、 單晶金剛石刀具制造的關(guān)鍵技術(shù)
由于單晶金剛石各向異性，在不同晶面及不同方向上性能差異很大，正確的選料和定向不僅可簡化加工工藝，降低制造成本，而且還可提高刀具刃口質(zhì)量和使用壽命，充分發(fā)揮金剛石刀具的優(yōu)異性能。
1.單晶金剛石的選料
根據(jù)金剛石晶體中所含的雜質(zhì)可分為ia型、ib型、iia型和iib型四類。一般按金剛石晶體的顆粒大小（重量）、形狀、完整程度、透明度、裂紋、包裹體的多少、顏色及其均勻程度作為評定金剛石品質(zhì)高低的依據(jù)。切削刀具用金剛石的質(zhì)量要求為：晶體完整、形狀為十二面體、弧形八面體或過渡形晶體，晶體直徑一般不小于4mm,顏色為無色、淺綠、黃棕色等，不允許有裂紋，晶體表面可允許有不大于0.5mm的包裹體和蝕坑，重量為0.7～3克拉。對于精度要求極高的眼科、腦外科手術(shù)刀、激光反射鏡等超精密加工刀具，則要從拉絲模i級甚至寶石級原石中選料，最后用偏光顯微鏡或更精密的儀器選出內(nèi)應(yīng)力小的金剛石作為刀具坯料。
人工合成單晶金剛石屬ib型，由于其晶格中氮原子均勻置換了碳原子，減少了氮原子聚集在刃口形成微小崩口的可能性，并且由于晶格均勻畸變，硬度略高于天然單晶金剛石。另外因增加了去除內(nèi)應(yīng)力的優(yōu)化工藝，使之切削性能更為穩(wěn)定、可靠、離散性更小，出廠時(shí)其晶軸方向已精確確定，所以更適宜于切削刀具的制作。缺點(diǎn)是ib型人造單晶的脆性較大，加工較天然單晶更為困難，需要采用精細(xì)的刃磨方法才能獲得高質(zhì)量的刃口。
2.單晶金剛石的定向
對天然單晶金剛石定向的目的不僅是要使刀具具有最長壽命，而且要求后刀面與已加工表面的摩擦及刃口附近解理面的應(yīng)力最小。單晶金剛石刀具定向應(yīng)包含前、后刀面置于的晶面和晶體成長的晶軸方向二個(gè)方面。研究表明，刀具的定向方案與其在切削過程中的磨損機(jī)理有關(guān)。金剛石刀具的磨損是一個(gè)非常復(fù)雜的物理與化學(xué)反應(yīng)過程，不同加工條件和不同加工工件材料，其磨損形式及其所占比例也會不同，磨損速度取決于金剛石在不同材料中的溶解率。磨損形式有機(jī)械磨損、熱化學(xué)磨損和微小崩口等。一般前、后刀面都定在（110，100）或（100，100）晶面上，（111）晶面的任何方向均不易磨削，應(yīng)予避開。
晶體定向的方法可分為儀器（例如x射線衍射分析儀）定向和人工目測定向。儀器定向精度高，但價(jià)格昂貴。人工目測定向是根據(jù)原子晶面的數(shù)目及相對位置來確定晶體的晶軸位置與方向。例如八面體晶體，通過三對對稱頂點(diǎn)連接而成的三條相互垂直的直線即為晶體的x、y、z軸線。八面體的晶面即為（111）面，垂直于軸線磨去其頂點(diǎn)得到八個(gè)正方形即為（100）面；與交成其棱邊的兩個(gè)面等角度地磨去棱邊，即可得（110）面。
3.單晶金剛石的焊接
由于金剛石具有極高的界面能，焊接性能極差。用機(jī)械夾持或鑲嵌釬焊的方法固定金剛石一直是傳統(tǒng)的加工方法，目前國內(nèi)仍有相當(dāng)一部分企業(yè)沿襲這種簡易方法制造金剛石刀具。因?yàn)檫@種方法夾持金剛石的牢固性差，刀刃極容易在切削中產(chǎn)生不易察覺的微小位移和振動，所以不可能滿足超精密鏡面切削加工的需要。因此，上世紀(jì)七十年代未發(fā)現(xiàn)釬焊金剛石的特定條件（高真空環(huán)境）和釬焊合金（以鈦為活性元素的銀基合金）是金剛石刀具制造技術(shù)最重要的突破之一。相隔10年后問世的惰性氣體保護(hù)下釬焊技術(shù)（德國kesel公司brazing unit dla2500）和近年研發(fā)的金剛石表面金屬化釬焊技術(shù)是這一關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)步的又一標(biāo)志。
4.單晶金剛石的刃磨
目前，單晶金剛石刀具的刃磨可分為機(jī)械研磨和非純機(jī)械研磨二種方法。
單晶金剛石的機(jī)械研磨是在直徑為300mm的鑄鐵研磨盤上進(jìn)行。研磨盤由材料組織中孔隙的形狀、大小和比例均經(jīng)過優(yōu)化的高磷鑄鐵制成。研磨盤的表面鑲嵌有金剛石研磨粉，其顆粒直徑可從小于1μm直到40μm。粗顆粒研磨效率高，但研磨質(zhì)量差，只能用于粗磨。精磨則采用尺寸小于1μm的微粉。研磨前，首先將金剛石粉與橄欖油或其它類似物質(zhì)混合成研磨膏，然后涂敷在研磨盤表面，再用一較大的金剛石在研磨盤表面上進(jìn)行預(yù)研磨。研究表明，研磨粉的粒度、研磨盤表面狀態(tài)、研磨的方向角度、研磨盤的端跳和研磨機(jī)床的振動等對研磨刀刃的質(zhì)量有很大影響。機(jī)械研磨因?yàn)榫€速度高、局部壓力大、對刀具表面及刃口沖擊十分激烈，不可避免地會導(dǎo)致刀具表面產(chǎn)生微小溝紋和較厚的研磨變質(zhì)層，并且刀刃鋸齒度相對較大，從而不能滿足要求鋒利度非常高的超精密切削刀具的需要。實(shí)踐表明，采用機(jī)械研磨得到的金剛石表面粗糙度極限值為10nm，刀刃鋸齒度達(dá)幾十個(gè)nm,表面加工變質(zhì)層厚度約為200nm。
對于加工精度要求十分高的金剛石刀具，傳統(tǒng)機(jī)械研磨的方法受到了極大的限制。例如：高精度輪廓儀、隧道掃描顯微鏡和原子力顯微鏡上的金剛石探針的前端球面，其球面半徑僅1～2μm，精度誤差要求小于0.1μm；又如加工光通信光柵表面的微細(xì)溝紋的刀具要求刀尖圓弧半徑不大于0.1μm～0.3μm，尺寸形狀相當(dāng)高等等。為此，除了在原機(jī)械研磨基礎(chǔ)上采用空氣靜壓軸承的高精度研磨盤外，近年國內(nèi)外學(xué)者研發(fā)了各種新的研磨方法。
離子束濺蝕法是利用高能離子的轟擊作用直接對被加工的金剛石刀具的刃口進(jìn)行物理濺蝕，以實(shí)現(xiàn)原子級的微細(xì)加工。其加工效率及刃口質(zhì)量與離子束能量、刀具表面的電流密度及離子束相對于刀具表面的夾角有關(guān)。離子束濺蝕法最適用于加工尺寸小于1μm的微小金剛石刀具，并可達(dá)到很高的形狀精度。
（2）真空等離子化學(xué)拋光法
真空等離子化學(xué)拋光法的加工原理，轉(zhuǎn)動的磨盤被中間的高真空區(qū)分為左、右兩部分。左邊為沉積區(qū)，在磨盤表面涂上一層細(xì)晶粒氧化硅；右邊為研磨區(qū)，金剛石表面處于活化狀態(tài)的碳原子通過與磨盤上的氧化硅發(fā)生分子級化學(xué)反應(yīng)而起到研磨刀具刃口的作用。反應(yīng)生成的一氧化碳或二氧化碳?xì)怏w被真空泵抽出。該方法的研磨速度為1～3000μm3/ｓ，約每秒0.25～750個(gè)原子層，可研磨出極高的刃口質(zhì)量。該方法最先被美國刀刃技術(shù)公司用于研磨超精密金剛石鏡面切削刀具，廣泛用于加工各種納米級精度的超精表面。
（3）無損傷機(jī)械化學(xué)拋光法
該方法是在溶液中加入適量的金剛石微粉和更細(xì)微（達(dá)納米級）的硅粉，帶強(qiáng)負(fù)靜電的細(xì)微硅粉會吸附在粒度大得多的單個(gè)金剛石微粒上形成具有硅吸附層的金剛石磨料，然后將其涂敷在多孔的鑄鐵磨盤上對被加工金剛石進(jìn)行研磨。該方法的磨削效率非常低，僅為每分鐘一個(gè)原子層，但刃口質(zhì)量非常好。
（4）熱化學(xué)拋光法
在溫度為800℃時(shí)，若使金剛石表面與鐵接觸，金剛石晶體中的碳原子能夠擺脫自身晶格的約束，擴(kuò)散到鐵晶體晶格中去。熱化學(xué)拋光法即是運(yùn)用此機(jī)理對金剛石表面進(jìn)行研磨加工。該方法的磨削效率為每秒40～2000個(gè)原子層。
用上述四種新的研磨方法均可使金剛石表面異常光滑，其表面粗糙度可達(dá)1nm，刀刃非常鋒利（ρ≤0.1μm）和金剛石刀具的變質(zhì)層較淺；缺點(diǎn)是研磨效率較低，適宜于精研后的超精研磨加工。
5.單晶金剛石刀具的設(shè)計(jì)
單晶金剛石刀具設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)被加工零件的精度要求、實(shí)際加工條件和金剛石材料的特性來綜合設(shè)計(jì)刀具幾何參數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循下列原則：①由于單晶金剛石硬度高，加工困難，刀具幾何形狀盡可能簡單。②根據(jù)單晶金剛石脆性大、抗沖擊能力差的特點(diǎn)，應(yīng)結(jié)合加工條件盡量優(yōu)化幾何形狀參數(shù)，提高刀頭的抗沖擊能力。③根據(jù)被切削零件的精度要求設(shè)計(jì)合理的修光刃長度，同時(shí)考慮刀具刃口的切薄能力，修光刃應(yīng)在≥500倍的高倍顯微鏡下檢測時(shí)無缺陷。
三、 聚晶金剛石刀具制造的關(guān)鍵技術(shù)
聚晶金剛石刀具的關(guān)鍵制造技術(shù)是刃磨工藝，由于聚晶金剛石（pcd）具有接近單晶金剛石的硬度與耐磨性，使刀具的刃磨相當(dāng)困難，主要體現(xiàn)在材料磨除率小，砂輪損耗大，刃磨效率低與刃口呈鋸齒狀。pcd刀具的刃磨工藝?yán)щy性已成為其推廣應(yīng)用的障礙之一，為了突破這一瓶頸，國內(nèi)外學(xué)者作了大量研究開發(fā)工作。但是迄今為止，任何pcd刀具的刃磨工藝都無法加工出ρ≤1μm的鋒銳刃口，因此難以達(dá)到超精密鏡面切削加工的要求。優(yōu)點(diǎn)是制造成本可大大低于單晶金剛石刀具。
pcd刀具的主要刃磨方法目前用得最多的是放電刃磨(edg)和金剛石砂輪機(jī)械刃磨。
1.放電刃磨
（1）放電刃磨的機(jī)理
放電刃磨是通過在電介質(zhì)分離的砂輪電極與刀具電極間放電產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，將pcd材料中的金屬相熔化和氣化，同時(shí)也可將部分金剛石晶體中的碳原子從晶格中轟逸。刃磨pcd刀具時(shí)，由于金剛石不導(dǎo)電，所以刀具電極即為pcd中的金屬相構(gòu)成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。由此可見放電刃磨實(shí)質(zhì)是熱蝕加工過程。由于放電刃磨的溫度瞬時(shí)可高達(dá)8000～12000℃，因此pcd刀具刃磨時(shí)可能引起金剛石周邊晶體的熱損和石墨化，尤其在pcd與硬質(zhì)合金基體的界面處侵蝕速度更快，這是放電刃磨的主要缺陷。由于放電刃磨是一種非接觸刃磨過程，磨削力小到可忽略不計(jì)，故刃磨效率很高。
pcd刀具的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循下列原則：①前角大小應(yīng)根據(jù)工件材料的物理力學(xué)特性和刀具制作工藝的難易程度來合理選擇；②后角根據(jù)已加工表面質(zhì)量要求的高低，特別是表面粗糙度、微觀形狀精度和彈性變形量的大小來巧妙合理組合；③刀尖r的大小應(yīng)根據(jù)不同工件材質(zhì)、切削加工余量、表面光亮度、切削力大小和工藝系統(tǒng)剛性來正確選用；④主偏角應(yīng)根據(jù)工藝剛性、切削力大小、切削溫度高低綜合選擇；⑤刃傾角應(yīng)根據(jù)刀尖強(qiáng)度、排屑方向、刀刃鋒利度等正確設(shè)計(jì)?？傊?，pcd刀具幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)切削加工要求、工件材料、切削條件和切削用量、制造設(shè)備的精度等綜合考慮，最終應(yīng)體現(xiàn)在刀具的刃口既鋒利又強(qiáng)固；加工質(zhì)量要好，刀具壽命要長。硬質(zhì)合金刀具焊接爐
型號 ?cut180
特點(diǎn) ?設(shè)備占地少、易操作、效率高。焊接質(zhì)量好、強(qiáng)度高和穩(wěn)定性強(qiáng)。
應(yīng)用 ?天然金剛石、人造單晶、cvd金剛石、pcd/pcbn陶瓷材料等
參數(shù) ?爐管尺寸：外徑180/內(nèi)徑170/長600mm 供參考，以實(shí)物為準(zhǔn)。
?爐管材質(zhì)：石英
?外形尺寸：約d820/w1300/h1700mm
?設(shè)備重量：550kg
?設(shè)備功率：18kw
?電氣連接：三相?380v
產(chǎn)能 ?料盤層數(shù)：四層
?料盤開孔：按需配備
?cnga1204?約400pcs/爐次
溫度 ?極限溫度：1000℃
?長期使用：≤900℃
?加?熱?區(qū)：200mm
?加熱元件：紅外加熱管
?溫控方式：30段pid程序控溫
?測溫元件：n型omega進(jìn)口熱電偶
?冷卻方式：法蘭水冷
真空 ?二級泵組：復(fù)合分子泵+旋片機(jī)械泵
?極限真空度：3.0*10-4pa(冷態(tài)空爐15min)
?真?空?計(jì)：數(shù)顯?1.0*105～1.0*10-5pa
電氣 ?控制中樞：10英寸液晶觸摸屏
?plc：臺達(dá)delta
?主要配件：法國施耐德
安全 ?超溫聲光報(bào)警并斷電
?設(shè)備底部支撐：福馬輪，可移動可固定
配件 ?一臺?旋片機(jī)械泵?bsv-16
?一臺?復(fù)合分子泵?jtfb-600
?一臺?復(fù)合真空計(jì)?zdf-5227
?一臺?工業(yè)制冷機(jī)?dic004
?一臺?恒溫干燥箱?202-00bs
?一臺?超聲波清洗機(jī)?g-020
?一臺?點(diǎn)膠機(jī)
?一臺?空壓機(jī)
?四塊?料盤
服務(wù) ?免費(fèi)送貨(不含卸貨)
?免費(fèi)上門安裝調(diào)試培訓(xùn)
?免費(fèi)設(shè)備技術(shù)支持
?免費(fèi)焊料技術(shù)支持
質(zhì)保 ?12個(gè)月，配件除外
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由于金剛石刀具具有硬度高、耐磨性好、熱導(dǎo)率大、摩擦系數(shù)和熱膨脹系數(shù)小、化學(xué)惰性強(qiáng)等特性，以及經(jīng)過仔細(xì)刃磨后能得到十分鋒利的刃口，因而能廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代制造領(lǐng)域中有色金屬和非金屬材料的精密和超精密切削加工。本文綜述了單晶和聚晶金剛石刀具制造的最關(guān)鍵技術(shù)。
關(guān)鍵詞 單晶金剛石刀具 聚晶金剛石刀具制造 關(guān)鍵技術(shù)
一、 前言
隨著我國汽車、摩托車、航空航天、計(jì)算機(jī)、核工程、it、醫(yī)療器械、精密儀器等行業(yè)的飛速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床和加工中心機(jī)床的普遍使用，對零件的切削加工精度、尺寸一致性、切削可靠性、生產(chǎn)效率和刀具壽命的要求越來越高。由于金剛石集力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)等眾多的優(yōu)異性能于一身，具有極高的硬度和耐磨性，摩擦系數(shù)小、導(dǎo)熱性高、熱膨脹系數(shù)和化學(xué)惰性低，所以是制造現(xiàn)代高速切削刀具的理想材料。因而廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代制造領(lǐng)域的有色金屬和非金屬材料的精密和超精密切削加工。本文對單晶和聚晶金剛石刀具制造的最關(guān)鍵技術(shù)作一概述。
二、 單晶金剛石刀具制造的關(guān)鍵技術(shù)
由于單晶金剛石各向異性，在不同晶面及不同方向上性能差異很大，正確的選料和定向不僅可簡化加工工藝，降低制造成本，而且還可提高刀具刃口質(zhì)量和使用壽命，充分發(fā)揮金剛石刀具的優(yōu)異性能。
1.單晶金剛石的選料
根據(jù)金剛石晶體中所含的雜質(zhì)可分為ia型、ib型、iia型和iib型四類。一般按金剛石晶體的顆粒大小（重量）、形狀、完整程度、透明度、裂紋、包裹體的多少、顏色及其均勻程度作為評定金剛石品質(zhì)高低的依據(jù)。切削刀具用金剛石的質(zhì)量要求為：晶體完整、形狀為十二面體、弧形八面體或過渡形晶體，晶體直徑一般不小于4mm,顏色為無色、淺綠、黃棕色等，不允許有裂紋，晶體表面可允許有不大于0.5mm的包裹體和蝕坑，重量為0.7～3克拉。對于精度要求極高的眼科、腦外科手術(shù)刀、激光反射鏡等超精密加工刀具，則要從拉絲模i級甚至寶石級原石中選料，最后用偏光顯微鏡或更精密的儀器選出內(nèi)應(yīng)力小的金剛石作為刀具坯料。
人工合成單晶金剛石屬ib型，由于其晶格中氮原子均勻置換了碳原子，減少了氮原子聚集在刃口形成微小崩口的可能性，并且由于晶格均勻畸變，硬度略高于天然單晶金剛石。另外因增加了去除內(nèi)應(yīng)力的優(yōu)化工藝，使之切削性能更為穩(wěn)定、可靠、離散性更小，出廠時(shí)其晶軸方向已精確確定，所以更適宜于切削刀具的制作。缺點(diǎn)是ib型人造單晶的脆性較大，加工較天然單晶更為困難，需要采用精細(xì)的刃磨方法才能獲得高質(zhì)量的刃口。
2.單晶金剛石的定向
對天然單晶金剛石定向的目的不僅是要使刀具具有最長壽命，而且要求后刀面與已加工表面的摩擦及刃口附近解理面的應(yīng)力最小。單晶金剛石刀具定向應(yīng)包含前、后刀面置于的晶面和晶體成長的晶軸方向二個(gè)方面。研究表明，刀具的定向方案與其在切削過程中的磨損機(jī)理有關(guān)。金剛石刀具的磨損是一個(gè)非常復(fù)雜的物理與化學(xué)反應(yīng)過程，不同加工條件和不同加工工件材料，其磨損形式及其所占比例也會不同，磨損速度取決于金剛石在不同材料中的溶解率。磨損形式有機(jī)械磨損、熱化學(xué)磨損和微小崩口等。一般前、后刀面都定在（110，100）或（100，100）晶面上，（111）晶面的任何方向均不易磨削，應(yīng)予避開。
晶體定向的方法可分為儀器（例如x射線衍射分析儀）定向和人工目測定向。儀器定向精度高，但價(jià)格昂貴。人工目測定向是根據(jù)原子晶面的數(shù)目及相對位置來確定晶體的晶軸位置與方向。例如八面體晶體，通過三對對稱頂點(diǎn)連接而成的三條相互垂直的直線即為晶體的x、y、z軸線。八面體的晶面即為（111）面，垂直于軸線磨去其頂點(diǎn)得到八個(gè)正方形即為（100）面；與交成其棱邊的兩個(gè)面等角度地磨去棱邊，即可得（110）面。
3.單晶金剛石的焊接
由于金剛石具有極高的界面能，焊接性能極差。用機(jī)械夾持或鑲嵌釬焊的方法固定金剛石一直是傳統(tǒng)的加工方法，目前國內(nèi)仍有相當(dāng)一部分企業(yè)沿襲這種簡易方法制造金剛石刀具。因?yàn)檫@種方法夾持金剛石的牢固性差，刀刃極容易在切削中產(chǎn)生不易察覺的微小位移和振動，所以不可能滿足超精密鏡面切削加工的需要。因此，上世紀(jì)七十年代未發(fā)現(xiàn)釬焊金剛石的特定條件（高真空環(huán)境）和釬焊合金（以鈦為活性元素的銀基合金）是金剛石刀具制造技術(shù)最重要的突破之一。相隔10年后問世的惰性氣體保護(hù)下釬焊技術(shù)（德國kesel公司brazing unit dla2500）和近年研發(fā)的金剛石表面金屬化釬焊技術(shù)是這一關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)步的又一標(biāo)志。
4.單晶金剛石的刃磨
目前，單晶金剛石刀具的刃磨可分為機(jī)械研磨和非純機(jī)械研磨二種方法。
單晶金剛石的機(jī)械研磨是在直徑為300mm的鑄鐵研磨盤上進(jìn)行。研磨盤由材料組織中孔隙的形狀、大小和比例均經(jīng)過優(yōu)化的高磷鑄鐵制成。研磨盤的表面鑲嵌有金剛石研磨粉，其顆粒直徑可從小于1μm直到40μm。粗顆粒研磨效率高，但研磨質(zhì)量差，只能用于粗磨。精磨則采用尺寸小于1μm的微粉。研磨前，首先將金剛石粉與橄欖油或其它類似物質(zhì)混合成研磨膏，然后涂敷在研磨盤表面，再用一較大的金剛石在研磨盤表面上進(jìn)行預(yù)研磨。研究表明，研磨粉的粒度、研磨盤表面狀態(tài)、研磨的方向角度、研磨盤的端跳和研磨機(jī)床的振動等對研磨刀刃的質(zhì)量有很大影響。機(jī)械研磨因?yàn)榫€速度高、局部壓力大、對刀具表面及刃口沖擊十分激烈，不可避免地會導(dǎo)致刀具表面產(chǎn)生微小溝紋和較厚的研磨變質(zhì)層，并且刀刃鋸齒度相對較大，從而不能滿足要求鋒利度非常高的超精密切削刀具的需要。實(shí)踐表明，采用機(jī)械研磨得到的金剛石表面粗糙度極限值為10nm，刀刃鋸齒度達(dá)幾十個(gè)nm,表面加工變質(zhì)層厚度約為200nm。
對于加工精度要求十分高的金剛石刀具，傳統(tǒng)機(jī)械研磨的方法受到了極大的限制。例如：高精度輪廓儀、隧道掃描顯微鏡和原子力顯微鏡上的金剛石探針的前端球面，其球面半徑僅1～2μm，精度誤差要求小于0.1μm；又如加工光通信光柵表面的微細(xì)溝紋的刀具要求刀尖圓弧半徑不大于0.1μm～0.3μm，尺寸形狀相當(dāng)高等等。為此，除了在原機(jī)械研磨基礎(chǔ)上采用空氣靜壓軸承的高精度研磨盤外，近年國內(nèi)外學(xué)者研發(fā)了各種新的研磨方法。
離子束濺蝕法是利用高能離子的轟擊作用直接對被加工的金剛石刀具的刃口進(jìn)行物理濺蝕，以實(shí)現(xiàn)原子級的微細(xì)加工。其加工效率及刃口質(zhì)量與離子束能量、刀具表面的電流密度及離子束相對于刀具表面的夾角有關(guān)。離子束濺蝕法最適用于加工尺寸小于1μm的微小金剛石刀具，并可達(dá)到很高的形狀精度。
（2）真空等離子化學(xué)拋光法
真空等離子化學(xué)拋光法的加工原理，轉(zhuǎn)動的磨盤被中間的高真空區(qū)分為左、右兩部分。左邊為沉積區(qū)，在磨盤表面涂上一層細(xì)晶粒氧化硅；右邊為研磨區(qū)，金剛石表面處于活化狀態(tài)的碳原子通過與磨盤上的氧化硅發(fā)生分子級化學(xué)反應(yīng)而起到研磨刀具刃口的作用。反應(yīng)生成的一氧化碳或二氧化碳?xì)怏w被真空泵抽出。該方法的研磨速度為1～3000μm3/ｓ，約每秒0.25～750個(gè)原子層，可研磨出極高的刃口質(zhì)量。該方法最先被美國刀刃技術(shù)公司用于研磨超精密金剛石鏡面切削刀具，廣泛用于加工各種納米級精度的超精表面。
（3）無損傷機(jī)械化學(xué)拋光法
該方法是在溶液中加入適量的金剛石微粉和更細(xì)微（達(dá)納米級）的硅粉，帶強(qiáng)負(fù)靜電的細(xì)微硅粉會吸附在粒度大得多的單個(gè)金剛石微粒上形成具有硅吸附層的金剛石磨料，然后將其涂敷在多孔的鑄鐵磨盤上對被加工金剛石進(jìn)行研磨。該方法的磨削效率非常低，僅為每分鐘一個(gè)原子層，但刃口質(zhì)量非常好。
（4）熱化學(xué)拋光法
在溫度為800℃時(shí)，若使金剛石表面與鐵接觸，金剛石晶體中的碳原子能夠擺脫自身晶格的約束，擴(kuò)散到鐵晶體晶格中去。熱化學(xué)拋光法即是運(yùn)用此機(jī)理對金剛石表面進(jìn)行研磨加工。該方法的磨削效率為每秒40～2000個(gè)原子層。
用上述四種新的研磨方法均可使金剛石表面異常光滑，其表面粗糙度可達(dá)1nm，刀刃非常鋒利（ρ≤0.1μm）和金剛石刀具的變質(zhì)層較淺；缺點(diǎn)是研磨效率較低，適宜于精研后的超精研磨加工。
5.單晶金剛石刀具的設(shè)計(jì)
單晶金剛石刀具設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)被加工零件的精度要求、實(shí)際加工條件和金剛石材料的特性來綜合設(shè)計(jì)刀具幾何參數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循下列原則：①由于單晶金剛石硬度高，加工困難，刀具幾何形狀盡可能簡單。②根據(jù)單晶金剛石脆性大、抗沖擊能力差的特點(diǎn)，應(yīng)結(jié)合加工條件盡量優(yōu)化幾何形狀參數(shù)，提高刀頭的抗沖擊能力。③根據(jù)被切削零件的精度要求設(shè)計(jì)合理的修光刃長度，同時(shí)考慮刀具刃口的切薄能力，修光刃應(yīng)在≥500倍的高倍顯微鏡下檢測時(shí)無缺陷。
三、 聚晶金剛石刀具制造的關(guān)鍵技術(shù)
聚晶金剛石刀具的關(guān)鍵制造技術(shù)是刃磨工藝，由于聚晶金剛石（pcd）具有接近單晶金剛石的硬度與耐磨性，使刀具的刃磨相當(dāng)困難，主要體現(xiàn)在材料磨除率小，砂輪損耗大，刃磨效率低與刃口呈鋸齒狀。pcd刀具的刃磨工藝?yán)щy性已成為其推廣應(yīng)用的障礙之一，為了突破這一瓶頸，國內(nèi)外學(xué)者作了大量研究開發(fā)工作。但是迄今為止，任何pcd刀具的刃磨工藝都無法加工出ρ≤1μm的鋒銳刃口，因此難以達(dá)到超精密鏡面切削加工的要求。優(yōu)點(diǎn)是制造成本可大大低于單晶金剛石刀具。
pcd刀具的主要刃磨方法目前用得最多的是放電刃磨(edg)和金剛石砂輪機(jī)械刃磨。
1.放電刃磨
（1）放電刃磨的機(jī)理
放電刃磨是通過在電介質(zhì)分離的砂輪電極與刀具電極間放電產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，將pcd材料中的金屬相熔化和氣化，同時(shí)也可將部分金剛石晶體中的碳原子從晶格中轟逸。刃磨pcd刀具時(shí)，由于金剛石不導(dǎo)電，所以刀具電極即為pcd中的金屬相構(gòu)成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。由此可見放電刃磨實(shí)質(zhì)是熱蝕加工過程。由于放電刃磨的溫度瞬時(shí)可高達(dá)8000～12000℃，因此pcd刀具刃磨時(shí)可能引起金剛石周邊晶體的熱損和石墨化，尤其在pcd與硬質(zhì)合金基體的界面處侵蝕速度更快，這是放電刃磨的主要缺陷。由于放電刃磨是一種非接觸刃磨過程，磨削力小到可忽略不計(jì)，故刃磨效率很高。
pcd刀具的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循下列原則：①前角大小應(yīng)根據(jù)工件材料的物理力學(xué)特性和刀具制作工藝的難易程度來合理選擇；②后角根據(jù)已加工表面質(zhì)量要求的高低，特別是表面粗糙度、微觀形狀精度和彈性變形量的大小來巧妙合理組合；③刀尖r的大小應(yīng)根據(jù)不同工件材質(zhì)、切削加工余量、表面光亮度、切削力大小和工藝系統(tǒng)剛性來正確選用；④主偏角應(yīng)根據(jù)工藝剛性、切削力大小、切削溫度高低綜合選擇；⑤刃傾角應(yīng)根據(jù)刀尖強(qiáng)度、排屑方向、刀刃鋒利度等正確設(shè)計(jì)?？傊?，pcd刀具幾何參數(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)切削加工要求、工件材料、切削條件和切削用量、制造設(shè)備的精度等綜合考慮，最終應(yīng)體現(xiàn)在刀具的刃口既鋒利又強(qiáng)固；加工質(zhì)量要好，刀具壽命要長。硬質(zhì)合金刀具焊接爐
型號 ?cut180
特點(diǎn) ?設(shè)備占地少、易操作、效率高。焊接質(zhì)量好、強(qiáng)度高和穩(wěn)定性強(qiáng)。
應(yīng)用 ?天然金剛石、人造單晶、cvd金剛石、pcd/pcbn陶瓷材料等
參數(shù) ?爐管尺寸：外徑180/內(nèi)徑170/長600mm 供參考，以實(shí)物為準(zhǔn)。
?爐管材質(zhì)：石英
?外形尺寸：約d820/w1300/h1700mm
?設(shè)備重量：550kg
?設(shè)備功率：18kw
?電氣連接：三相?380v
產(chǎn)能 ?料盤層數(shù)：四層
?料盤開孔：按需配備
?cnga1204?約400pcs/爐次
溫度 ?極限溫度：1000℃
?長期使用：≤900℃
?加?熱?區(qū)：200mm
?加熱元件：紅外加熱管
?溫控方式：30段pid程序控溫
?測溫元件：n型omega進(jìn)口熱電偶
?冷卻方式：法蘭水冷
真空 ?二級泵組：復(fù)合分子泵+旋片機(jī)械泵
?極限真空度：3.0*10-4pa(冷態(tài)空爐15min)
?真?空?計(jì)：數(shù)顯?1.0*105～1.0*10-5pa
電氣 ?控制中樞：10英寸液晶觸摸屏
?plc：臺達(dá)delta
?主要配件：法國施耐德
安全 ?超溫聲光報(bào)警并斷電
?設(shè)備底部支撐：福馬輪，可移動可固定
配件 ?一臺?旋片機(jī)械泵?bsv-16
?一臺?復(fù)合分子泵?jtfb-600
?一臺?復(fù)合真空計(jì)?zdf-5227
?一臺?工業(yè)制冷機(jī)?dic004
?一臺?恒溫干燥箱?202-00bs
?一臺?超聲波清洗機(jī)?g-020
?一臺?點(diǎn)膠機(jī)
?一臺?空壓機(jī)
?四塊?料盤
服務(wù) ?免費(fèi)送貨(不含卸貨)
?免費(fèi)上門安裝調(diào)試培訓(xùn)
?免費(fèi)設(shè)備技術(shù)支持
?免費(fèi)焊料技術(shù)支持
質(zhì)保 ?12個(gè)月，配件除外
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科晶真空科技（蘇州）有限公司
18956333315
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