简述单晶金刚石刀具刃磨特点的研究(下)

2.2金刚石刀具的定向方法

目前,晶体定向主要有三种方法:人工目测晶体定向、激光晶体定向和X射线晶体定向。

(1)人工目测晶体定向

该方法是根据天然晶体外部几何形状、表面生长、腐蚀特征及各晶面之间的几何角度关系,凭借操作者长期的工作经验,通过观察和试验所做的粗略晶体定向。该方法简单、易行、不需要借助设备,但定向结果准确性差,对操作者经验要求高,且对于经过加工、失去了天然单晶晶体特征的刀具就无法再进行人工目测定向。

(2)激光晶体定向

激光晶体定向是用相干性较好的激光照射到金刚石晶体表面上,在不同结晶方向上表面存在的在生长过程中形成的形状规则的晶面晶纹和微观凹坑被反射到屏幕上形成特征衍射光图像。但实际上因受到外界干扰因素,自然形成的规则晶面晶纹和微观凹坑往往不明显或根本无法观察到。因此这种晶体在定向之前,要经过适当的人工腐蚀,以形成特征形貌。

(3)X射线晶体定向

由于X射线的波长接近晶体的晶格常数,当X射线透过晶体或从晶体表面反射回来时,会发生衍射。利用这个原理已开发有专用的X射线晶体定向仪。这种晶体定向方法精度高,但是因X射线对人体有一定的危害,在使用时需注重对操作人员的保护。

2.3金刚石刀具的晶向选择

金刚石各向异性,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。如果晶向选择不当,即使晶面选择正确,刃磨效率也会大大降低。同时由于金刚石晶体的抗压强度比抗拉强度大5～7倍,所以在刃磨过程中要选择晶面的易磨方向,同时刃口要迎着刃磨砂轮线速度的正方向(即采取逆磨),以保证刃磨效率并减小刃口的微观解理程度。

2.4金刚石刀具的磨、破损

金刚石刀具的磨损机理比较复杂,可分为宏观磨损和微观磨损,前者以机械磨损为主,后者以热化学磨损为主。常见的金刚石刀具磨破损形态为前刀面磨损、后刀面磨损和刃口崩裂。在单晶金刚石刀具刃磨过程中,需要其磨损以刃磨出满足要求的刀具,但若产生了不需要的磨损就可能损伤已经刃磨好的前、后刀面。而刃口崩裂(即崩刃)是在刃口上的应力超过金刚石刀具的局部承受能力时发生的,一般是由金刚石晶体沿(111)晶面的微观解理破损造成的。在超精密加工中,金刚石刀具的切削刃钝圆半径比较小,其本身又属于硬脆材料,同时由于其各向异性且(111)面易发生解理,随着振动和砂轮砂粒对刀具刃口的冲击作用,故常常会伴随产生崩刃现象。

3刃磨试验

试验在EWAGRS-12磨刀机上进行。试验中,由于缺乏有效的晶体定向手段,只有通过对报废刀具的结构分析,大致判定刀具的晶面方向,然后通过刃磨过程中刀具与砂轮表面的接触力、接触声音等信息,兼顾砂轮速度、主轴往复运动速度和摆幅等参数,仔细寻找刀具合适的刃磨角度。当刃磨的声音比较沉闷吃力、手感机床有较大振动时,应立即退出刀具,避免刀体损伤砂轮,并重新调整角度。调节适当后,刃磨的声音比较轻快柔软,手感机床振动微小,并且连续上刀0.05mm,机床不会出现振动波动。

通过各次刃磨情况的比对,确定主切削刃和副切削刃较为合理的刃磨选向为砂轮旋转方向应指向刃口受压方向,并与之形成15～30o角。根据机床资料并综合考虑材料去除率和磨削比率,推荐采用的砂轮速度为8～65m/s。通过试验发现,砂轮速度在22～28m/s时,研磨效果最好；速度在15m/s时刃口的Rt值最小。因此,在实际的刃磨过程中,将刀头放置在研磨盘φ140左右的区域内,粗磨时选择砂轮转速为2100rev/min,精磨时选择砂轮转速为1000rev/min,保证粗磨时的砂轮速度为23m/s左右,精磨时为15m/s左右。主轴往复摆动幅度不宜过大,一般比刃磨刀口宽度略宽即可,摆动频率也不宜过快。

为得到经济性的刃磨效果,磨削接触压力需随着刃长的增加而增加。在粗磨时,随着接触压力的升高,会出现材料去除率的正向突变。在超精磨时,材料去除率随接触压力的增加先是逐渐升高,当接触压力增加到180N时,材料去除率转而逐渐降低。精抛时刀具与研磨盘之间的接触压力在12～14N时最有利于保证刃磨面的表面光洁度。因此刃磨时刀具与砂轮表面应有适当的接触力。粗磨时,尽量采用机床的压力控制,在对刀之后应尽快上刀,并且按住机床变位操纵拉杆(该拉杆用于操纵工作台在工作位与测量位之间进行转换),以保证所需较大接触力,避免引起机床振动导致崩刃。

(责编:阿 杰)

null

声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。