1 前言 ;\*3A22 #
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金剛石是單一碳原子的結(jié)晶體，其晶體結(jié)構(gòu)屬等軸面心立方晶系(一種原子密度最高的晶系)。由于金剛石中碳原子間的連接鍵為sp3雜化共價(jià)鍵，因此具有很強(qiáng)的結(jié)合力、穩(wěn)定性和方向性。獨(dú)特的晶體結(jié)構(gòu)使金剛石具有自然界物質(zhì)中最高的硬度、剛性、折射率、導(dǎo)熱系數(shù)以及優(yōu)良的抗磨損、抗腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性等。 *DPX4 P
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天然金剛石的優(yōu)良特性可滿足精密及超精密切削對(duì)刀具材料的大多數(shù)要求，是理想的精密切削刀具材料。天然金剛石無(wú)內(nèi)部晶界的均勻晶體結(jié)構(gòu)使刀具刃口理論上可達(dá)到原子級(jí)的平直度與鋒利度，切削時(shí)切薄能力強(qiáng)、精度高、切削力小；天然金剛石的硬度、抗磨損與抗腐蝕性和化學(xué)穩(wěn)定性保證了刀具的超長(zhǎng)壽命，能保證持續(xù)長(zhǎng)久的正常切削，并減少由于刀具磨損對(duì)零件精度的影響；其較高的導(dǎo)熱系數(shù)又可降低切削溫度和零件的熱變形。因此，天然金剛石作為超硬刀具材料在機(jī)械加工領(lǐng)域有著重要地位并得到了廣泛應(yīng)用，尤其在超精密加工領(lǐng)域(如加工用于原子核反應(yīng)堆及其它高技術(shù)領(lǐng)域的各種反射鏡、用于導(dǎo)彈或火箭中的導(dǎo)航陀螺、計(jì)算機(jī)硬盤(pán)基片、加速器電子槍等超精密零件)，采用天然金剛石刀具無(wú)論在價(jià)格上還是在精度上都比傳統(tǒng)加工方法具有明顯優(yōu)勢(shì)。表1為采用天然金剛石刀具與傳統(tǒng)的研磨、拋光方法加工各種反射鏡的精度、價(jià)格比較結(jié)果。 表1 天然金剛石刀具與研磨、拋光方法在加工精度、價(jià)格上的比較
b)I-do+ 除高科技領(lǐng)域外，天然金剛石刀具在普通工業(yè)和民用產(chǎn)品加工中的應(yīng)用也逐年增長(zhǎng)，已從傳統(tǒng)的手表零件加工發(fā)展到鋁活塞、首飾、制筆、高光標(biāo)牌、有色金屬裝飾件等的加工，可以說(shuō)天然金剛石刀具已深入機(jī)械加工各個(gè)領(lǐng)域，起著越來(lái)越重要的作用。
5!F;|*vC8 C#U(PO A 另一方面，由于天然金剛石的獨(dú)特性能，使得對(duì)其本身的加工非常困難。由于天然金剛石具有極高硬度，必須采用特殊方法進(jìn)行研磨，對(duì)操作工人的技術(shù)也有很高要求；由于天然金剛石具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，過(guò)去長(zhǎng)期無(wú)法對(duì)其進(jìn)行焊接，只能采用機(jī)械方法夾持大顆粒金剛石，造成金剛石材料的浪費(fèi)與刀具價(jià)格居高不下，同時(shí)還影響了刀具和零件的精度。
+X/a+y- bgor W"' 近百年來(lái)，科技人員對(duì)金剛石刀具在機(jī)械加工中的重要作用、應(yīng)用前景及實(shí)現(xiàn)方法等進(jìn)行了長(zhǎng)期研究及開(kāi)發(fā)，取得了豐碩成果。下面分階段回顧天然金剛石刀具技術(shù)的發(fā)展概況，介紹最新的金剛石刀具尖端技術(shù)，并探討今后的發(fā)展趨勢(shì)。
ZIx-mC5 EH |+S 2 天然金剛石刀具傳統(tǒng)加工工藝 j?2~6W/[ Wi&v?nm 天然金剛石刀具是二戰(zhàn)后為滿足手表精密零件、光飾件以及首飾雕花等加工需要而發(fā)展起來(lái)的，其制造工藝起源于鉆石首飾的研磨拋光技術(shù)，它的發(fā)展帶來(lái)了手表及相關(guān)制造技術(shù)的重大變革。
uxf,95<g) E@SFK=` 鉆石首飾的研磨拋光工藝方法為：在鑄鐵研磨盤(pán)的上表面涂敷金剛石微粉與橄欖油混合而成的研磨膏，并使金剛石微粉鑲嵌在鑄鐵表面的微小孔隙中，固定于夾具滑板上的鉆石首飾靠夾具的自重壓在高速旋轉(zhuǎn)的研磨盤(pán)上進(jìn)行研磨。
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{o dQj/ Sr 采用鉆石首飾加工方法研磨天然金剛石刀具時(shí)，需完成以下特殊工藝：
W"Ip]LJ @)U.Dbm 1) 刀刃處理及檢測(cè)：刀刃質(zhì)量將直接影響被加工零件質(zhì)量。
#3rS{4[ 2) 定向：將刀具最劇烈磨損面置于金剛石最硬晶面上，使刀具使用壽命最長(zhǎng)。傳統(tǒng)的定向方法一般采用肉眼定向。
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N+S@Z 3) 裝卡：在切削過(guò)程中，天然金剛石刀具要承受來(lái)自各個(gè)方向的切削力，為保證連續(xù)、穩(wěn)定的切削，必須將金剛石刀具牢固安裝在刀桿上。由于當(dāng)時(shí)尚未發(fā)明金剛石釬焊技術(shù)，因此只能采用機(jī)械夾持。
a#j,0FKv |Vpp'ipr 由于傳統(tǒng)的金剛石刀具加工方法工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備造價(jià)低，因此直至今天仍用于金剛石刀具的粗加工。為進(jìn)一步完善金剛石刀具加工工藝，半個(gè)世紀(jì)以來(lái)科技人員對(duì)金剛石晶體的物理、化學(xué)性質(zhì)以及金剛石刀具研磨機(jī)理、刀刃形成機(jī)理、切削理論、釬焊技術(shù)、精密刃磨設(shè)備等課題進(jìn)行了大量研究，為天然金剛石刀具超精密加工技術(shù)的開(kāi)發(fā)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，許多研究課題今天仍在繼續(xù)進(jìn)行。
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