因为金刚石刀具具有硬度高、耐磨性好、热导率大、冲突系数和热膨胀系数小、化学慵懒强等特性，以及经过仔细刃磨后能得到十分尖利的刃口，因而能广泛应用于现代制造范畴中有色金属和非金属资料的精细和超精细切削加工。弹性磨块综述了单晶和聚晶金刚石刀具制造的最要害技能。
　　
　　一、 前语
　　
　　跟着我国汽车、摩托车、航空航天、计算机、核工程、IT、医疗器械、精细仪器等职业的飞速发展，数控机床和加工基地机床的遍及运用，对零件的切削加工精度、尺度一致性、切削牢靠性、出产功率和刀具寿数的请求越来越高。因为金刚石集力学、光学、热学、声学等很多的优良功能于一身，具有高的硬度和耐磨性，冲突系数小、导热性高、热膨胀系数和化学慵懒低，所以是制造现代高速切削刀具的抱负资料。因而广泛应用于现代制造范畴的有色金属和非金属资料的精细和超精细切削加工。这篇文章对单晶和聚晶金刚石刀具制造的最要害技能作一概述。
　　
　　二、 单晶金刚石刀具制造的要害技能
　　
　　因为单晶金刚石各向异性，在不一样晶面及不一样方向上功能差异很大，准确的选料和定向不仅可简化加工技能，下降制造本钱，而且还可前进刀具刃口质量和运用寿数，充分发挥金刚石刀具的优良功能。
　　
　　1.单晶金刚石的选料
　　
　　依据金刚石晶体中所含的杂质可分为Ia型、Ib型、IIa型和IIb型四类。通常按金刚石晶体的颗粒巨细（分量）、形状、完好程度、透明度、裂纹、包裹体的多少、色彩及其均匀程度作为鉴定金刚石品质凹凸的依据。切削刀具用金刚石的质量请求为：晶体完好、形状为十二面体、弧形八面体或过渡形晶体，晶体直径通常不小于4mm,色彩为无色、浅绿、黄棕色等，不允许有裂纹，晶体外表可允许有不大于0.5mm的包裹体和蚀坑，分量为0.7～3克拉。关于精度请求高的眼科、脑外科手术刀、激光反射镜等超精细加工刀具，则要从拉丝模I级乃至宝石级原石中选料，最后用偏光显微镜或更精细的仪器选出内应力小的金刚石作为刀具坯料。
　　
　　人工组成单晶金刚石属Ib型，因为其晶格中氮原子均匀置换了碳原子，减少了氮原子聚集在刃口构成细小崩口的也许性，而且因为晶格均匀畸变，硬度略高于 单晶金刚石。另外因增加了去掉内应力的优化技能，使之切削功能更为安稳、牢靠、离散性更小，出厂时其晶轴方向已准确断定，所以更适宜于切削刀具的制造。缺点是Ib型人工单晶的脆性较大，加工较 单晶更为艰难，需求选用精细的刃磨办法才干取得高质量的刃口。
　　
　　2.单晶金刚石的定向
　　
　　对 单晶金刚石定向的意图不仅是要使刀具具有最长寿数，而且请求后刀面与已加工外表的冲突及刃口邻近解理面的应力最小。单晶金刚石刀具定向应包括前、后刀面置于的晶面和晶体生长的晶轴方向二个方面。研讨标明，刀具的定向计划与其在切削进程中的磨损机理有关。金刚石刀具的磨损是一个十分复杂的物理与化学反应进程，不一样加工条件和不一样加工工件资料，其磨损方法及其所占份额也会不一样，磨损速度取决于金刚石在不一样资猜中的溶解率。磨损方法有机械磨损、热化学磨损和细小崩口等。通常前、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，应予避开。
　　
　　晶体定向的办法可分为仪器（例如X射线衍射分析仪）定向和人工目测定向。仪器定向精度高，但价格昂贵。人工目测定向是依据原子晶面的数目及相对方位来断定晶体的晶轴方位与方向。例如八面体晶体，经过三对对称极点衔接而成的三条彼此笔直的直线即为晶体的X、Y、Z轴线。八面体的晶面即为（111）面，笔直于轴线磨去其极点得到八个正方形即为（100）面；与交成其棱边的两个面等视点地磨去棱边，即可得（110）面。
　　
　　3.单晶金刚石的焊接
　　
　　因为金刚石具有高的界面能，焊接功能极差。用机械夹持或镶嵌钎焊的办法固定金刚石一直是传统的加工办法，现在国内仍有适当一有些企业沿用这种简便办法制造金刚石刀具。因为这种办法夹持金刚石的结实性差，刀刃极简略在切削中发作不易发觉的细小位移和振荡，所以不也许满意超精细镜面切削加工的需求。因而，上世纪七十年代未发现钎焊金刚石的特定条件（高真空环境）和钎焊合金（以钛为活性元素的银基合金）是金刚石刀具制造技能最重要的打破之一。相隔10年后面世的慵懒气体维护下钎焊技能（德国Kesel公司Brazing Unit DLA2500）和近年研制的金刚石外表金属化钎焊技能是这一要害技能前进的又一象征。
　　
　　4.单晶金刚石的刃磨
　　
　　现在，单晶金刚石刀具的刃磨可分为机械研磨和非纯机械研磨二种办法。
　　
　　单晶金刚石的机械研磨是在直径为300mm的铸铁研磨盘上进行。研磨盘由资料安排中孔隙的形状、巨细和份额均经过优化的高磷铸铁制成。研磨盘的外表镶嵌有金刚石研磨粉，其颗粒直径可从小于1μm直到40μm。粗颗粒研磨功率高，但研磨质量差，只能用于粗磨。精磨则选用尺度小于1μm的微粉。研磨前，首先将金刚石粉与橄榄油或其它相似物质混组成研磨膏，然后涂敷在研磨盘外表，再用一较大的金刚石在研磨盘外表上进行预研磨。研讨标明，研磨粉的粒度、研磨盘外表状况、研磨的方向视点、研磨盘的端跳和研磨机床的振荡等对研磨刀刃的质量有很大影响。机械研磨因为线速度高、有些压力大、对刀具外表及刃口冲击十分激烈，不可避免地会致使刀具外表发作细小沟纹和较厚的研磨蜕变层，而且刀刃锯齿度相对较大，从而不能满意请求尖利度十分高的超精细切削刀具的需求。实践标明，选用机械研磨得到的金刚石外表粗糙度极限值为10nm，刀刃锯齿度达几十个nm,外表加工蜕变层厚度约为200nm。
　　
　　关于加工精度请求十分高的金刚石刀具，传统机械研磨的办法受到了极大的束缚。例如：高精度轮廓仪、隧道扫描显微镜和原子力显微镜上的金刚石探针的前端球面，其球面半径仅1～2μm，精度差错请求小于0.1μm；又如加工光通信光栅外表的微细沟纹的刀具请求刀尖圆弧半径不大于0.1μm～0.3μm，尺度形状适当高等等。为此，除了在原机械研磨基础上选用空气静压轴承的高精度研磨盘外，近年国内外专家研制了各种新的研磨办法。
　　
　　离子束溅蚀法是运用高能离子的炮击效果直接对被加工的金刚石刀具的刃口进行物理溅蚀，以完成原子级的微细加工。其加工功率及刃口质量与离子束能量、刀具外表的电流密度及离子束相关于刀具外表的夹角有关。离子束溅蚀法最适用于加工尺度小于1μm的细小金刚石刀具，并可到达很高的形状精度。
　　
　　（2）真空等离子化学抛光法
　　
　　真空等离子化学抛光法的加工原理，滚动的磨盘被中心的高真空区分为左、右两有些。左面为堆积区，在磨盘外表涂上一层细晶粒氧化硅；右边为研磨区，金刚石外表处于活化状况的碳原子经过与磨盘上的氧化硅发作分子级化学反应而起到研磨刀具刃口的效果。反应生成的一氧化碳或二氧化碳气体被真空泵抽出。该办法的研磨速度为1～3000μm3/ｓ，约每秒0.25～750个原子层，可研磨出高的刃口质量。该办法最早被美国刀刃技能公司用于研磨超精细金刚石镜面切削刀具，广泛用于加工各种纳米级精度的超精外表。
　　
　　（3）无损伤机械化学抛光法
　　
　　该办法是在溶液中参加适当的金刚石微粉和更纤细（达纳米级）的硅粉，带强负静电的纤细硅粉会吸附在粒度大得多的单个金刚石微粒上构成具有硅吸附层的金刚石磨料，然后将其涂敷在多孔的铸铁磨盘上对被加工金刚石进行研磨。该办法的磨削功率十分低，仅为每分钟一个原子层，但刃口质量十分好。
　　
　　（4）热化学抛光法
　　
　　在温度为800℃时，若使金刚石外表与铁触摸，金刚石晶体中的碳原子能够脱节自身晶格的束缚，分散到铁晶体晶格中去。热化学抛光法便是运用此机理对金刚石外表进行研磨加工。该办法的磨削功率为每秒40～2000个原子层。
　　
　　用上述四种新的研磨办法均可使金刚石外表反常润滑，其外表粗糙度可达1nm，刀刃十分尖利（ρ≤0.1μm）和金刚石刀具的蜕变层较浅；缺点是研磨功率较低，适宜于精研后的超精研磨加工。
　　
　　5.单晶金刚石刀具的规划
　　
　　单晶金刚石刀具规划时首要依据被加工零件的精度请求、实践加工条件和金刚石资料的特性来归纳规划刀具几许参数。规划时应遵从下列准则：①因为单晶金刚石硬度高，加工艰难，刀具几许形状尽也许简略。②依据单晶金刚石脆性大、抗冲击才能差的特色，应联系加工条件尽量优化几许形状参数，前进刀头的抗冲击才能。③依据被切削零件的精度请求规划合理的修光刃长度，一起思考刀具刃口的切薄才能，修光刃应在≥500倍的高倍显微镜下检测时无缺点。
　　
　　三、 聚晶金刚石刀具制造的要害技能
　　
　　聚晶金刚石刀具的要害制造技能是刃磨技能，因为聚晶金刚石（PCD）具有挨近单晶金刚石的硬度与耐磨性，使刀具的刃磨适当艰难，首要体现在资料磨除率小，砂轮损耗大，刃磨功率低与刃口呈锯齿状。PCD刀具的刃磨技能艰难性已成为其推广应用的妨碍之一，为了打破这一瓶颈，国内外专家作了很多研讨开发作业。可是迄今为止，任何PCD刀具的刃磨技能都无法加工出ρ≤1μm的锋锐刃口，因而难以到达超精细镜面切削加工的请求。长处是制造本钱可大大低于单晶金刚石刀具。
　　
　　PCD刀具的首要刃磨办法现在用得最多的是放电刃磨(EDG)和金刚石砂轮机械刃磨。
　　
　　1.放电刃磨
　　
　　（1）放电刃磨的机理
　　
　　放电刃磨是经过在电介质别离的砂轮电极与刀具电极间放电发作瞬时高温，将PCD资猜中的金属相熔化和气化，一起也可将有些金刚石晶体中的碳原子从晶格中轰逸。刃磨PCD刀具时，因为金刚石不导电，所以刀具电极即为PCD中的金属相构成的导电网络。由此可见放电刃磨本质是热蚀加工进程。因为放电刃磨的温度瞬时可高达8000～12000℃，因而PCD刀具刃磨时也许致使金刚石周边晶体的热损和石墨化，尤其在PCD与硬质合金基体的界面处腐蚀速度更快，这是放电刃磨的首要缺点。因为放电刃磨是一种非触摸刃磨进程，磨削力小到可忽略不计，故刃磨功率很高。
　　
　　（2）放电刃磨的设备
　　
　　放电刃磨时，通常选用碳氢化合物作为砂轮电极与刀具电极间的电介质，作业电压通常为直流80～200V，砂轮电极选用铜、钨、石墨等导电资料。依据刃磨时的方位，放电刃磨可分为圆周（线）放电刃磨和端面（轮）放电刃磨。在端面放电刃磨中，砂轮旋转还需摆布摇摆。脉冲电源是影响刃磨功率和刃磨质量的要害设备。德国Vollmer公司的七轴数控六轴联动的QWD760即是圆周放电刃磨机床，能够加工各种形状曲面的PCD刀刃；QM110则是端面放电刃磨机床。
　　
　　国外专家对PCD放电刃磨技能作了很多的实验研讨，英国专家T.B.Thoe等人得到下列定论：
　　
　　①、 关于细晶粒PCD刀具，端面放电刃磨可取得较好刃口质量；关于粗晶粒PCD刀具，圆周放电刃磨可取得较好刃口质量。
　　
　　②、 增大电流、电压或脉冲宽度，可增大磨除率，但一起会致使PCD刀具外表发作更深更宽的裂纹。
　　
　　③、 细晶粒PCD简略放电，砂轮电极磨损量小，放电中掉落的晶粒均匀尺度等于晶粒尺度，故刃口质量较好。
　　
　　④、 粗晶粒PCD与硬质合金接壤面的腐蚀程度较大。
　　
　　另外，德国专家E.Beck等人认为：脉冲电源及刃磨技能进程对放电刃磨的质量有较大影响。
　　
　　2.金刚石砂轮机械刃磨
　　
　　金刚石砂轮机械刃磨是现在运用最广泛的PCD刀具刃磨办法，与放电刃磨比较，其刃磨功率较低（磨除率约为1.5mm3/mｉｎ），加工本钱较高，但可取得良好的刃口质量和完好光亮的刀面。
　　
　　（1）刃磨机理
　　
　　金刚石砂轮机械刃磨PCD刀具的机理比较复杂，国内外专家对此进行了很多研讨。经过对刃磨后的PCD刀具用扫描电子显微镜（SEM）调查其外表的微观形貌后得出定论：金刚石砂轮在磨削PCD刀具的进程中发作了刻划和滑动、冲突和揉捏、化学反应和细小散裂。当砂轮与PCD触摸的刹那间，磨削力俄然增大，剧烈的机械冲击易使外表发作细小裂纹，只有当磨削深度和磨削压力较大时才会发作PCD碎片脱落。当进入安稳磨削期间，因为砂轮的金刚石磨粒不断在PCD外表上进行刻划、揉捏和冲突，当压力到达定程度时，PCD外表上的前期细小裂纹越来越大，直至脱落。当磨削继续进行，磨粒钝化使磨削温度到达金刚石石墨化临界值时，PCD会发作石墨化和其它化学反应。因而，机械刃磨PCD刀具的去掉资料方法首要是刻划、冲突、化学反应和细小片状脱落。
　　
　　（2）机械刃磨设备
　　
　　PCD资料的特性决议了对PCD刀具刃磨机床的请求不一样于一般东西磨床，即请求：①砂轮主轴和反转作业台以及机床全体具有很高的刚性和安稳性，以坚持刃磨时砂轮对PCD资料的稳定压力，弹性变形减小到起码；②砂轮架可作横向摇摆，以保证砂轮端面磨损均匀，砂轮架的摇摆频率和摇摆幅度可调；③机床上应配置光学投影装置和高精度反转作业台，完成在机测量刀尖圆弧R和视点；④机床作业台面和反转作业台直线进给数值由光栅显示，示值精度达1μm；⑤选用特别的专用金刚石砂轮。瑞士EWAG-RS系列和台湾远山机械出产的FC-200D/500D能根本满意PCD刀具机械刃磨的需求。
　　
　　3.PCD刀具的规划
　　
　　PCD刀具的规划应遵从下列准则：①前角巨细应依据工件资料的物理力学特性和刀具制造技能的难易程度来合理挑选；②后角依据已加工外表质量请求的凹凸，特别是外表粗糙度、微观形状精度和弹性变形量的巨细来巧妙合理组合；③刀尖R的巨细应依据不一样工件原料、切削加工余量、外表光亮度、切削力巨细和技能体系刚性来准确选用；④主偏角应依据技能刚性、切削力巨细、切削温度凹凸归纳挑选；⑤刃倾角应依据刀尖强度、排屑方向、刀刃尖利度等准确规划。总归，PCD刀具几许参数的规划应依据切削加工请求、工件资料、切削条件和切削用量、制造设备的精度等归纳思考，终究应体现在刀具的刃口既尖利又强固；加工质量要好，刀具寿数要长。

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