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1、仅供个人参考 不得用于商业用途 单晶金刚石刀具的设计与应用 金刚石是单一碳原子的结晶体,其晶体结构属原子密度最高的等轴 面心立方晶系。金刚石晶体中碳原子间的连接键为sp3杂化共价键， 具有极强的结合力、 稳定性和方向性。 金刚石独特的晶体结构使其具 有自然界最高的硬度、刚性、折射率和导热系数，以及极高的抗磨损 性、抗腐蚀性及化学稳定性。 单晶金刚石的优良特性可以满足精密及超精密切削对刀具材料的大 多数要求，是理想的精密切削刀具材料。 金刚石无内部晶界的均匀晶 体结构使刀具刃口在理论上可以达到原子级的平直度与锋利度，切削 时切薄能力强、精度高、切削力小；其高硬度及良好的抗磨损性、抗 腐蚀性和化学
2、稳定性可保证刀具具有超长寿命，从而能进行长时间的 持续切削，并可减小因刀具磨损对零件精度的影响；其高导热系数可 降低切削温度和零件的热变形。 单晶金刚石刀具在机械加工领域具有重要地位，广泛应用于诸如反 射镜、导弹和火箭的导航陀螺、计算机硬盘基片、加速器电子枪等超 精密镜面零件的加工。 单晶金刚石还可用于制造眼科、 脑外科手术刀、 超薄生物切片刀等医用刀具。 此外，单晶金刚石刀具在民用产品加工 中的应用也日趋广泛，从手表零件、铝活塞、首饰等的加工到制笔、 仅供个人参考 不得用于商业用途 高光标牌及有色金属镜面装饰零件的加工，其应用已进入机械加工的 多种领域。 本文重点讨论单晶金刚石刀具的设计原则
3、及使用技术。 1.单晶金刚石刀具镜面加工机理 切削加工后的残留面积高度h=f/(ctgkr+ctgkr )即为已加工表面的理 论粗糙度值，它随进给量f、刀具主偏角 kr 和副偏角 kr 的减小而减 小。由于主偏角 kr 的减小会使 Fy力迅速增大而引起刀具振动，减小 进给量 f 则会影响切削效率，所以一般通过减小副偏角kr 来降低表面 粗糙度值。 常规切削用刀具表面较粗糙，刀刃平整性差， 若选用的副偏角过小， 一方面副切削刃的不平整会复映到已加工表面上；另一方面还会加剧 副后刀面与已加工表面的摩擦，将已加工表面拉毛。 所以在常规切削中，副偏角约为2时加工表面粗糙度值最小， 进一步减小副偏角则会
4、使已加工表面质量恶化。 单晶金刚石刀具的表面粗糙度值可小于Ra0.01m，刀刃质量至 少可达到在 100 倍显微镜下观察无缺陷， 加之摩擦系数极小， 所以其 副偏角极限值可减小至02 ，从而可使加工表面粗糙度理论值接近 仅供个人参考 不得用于商业用途 或等于零，实际表面粗糙度值可达到镜面或超光滑表面的要求。 由此可见，就刀具本身而言，单晶金刚石刀具的镜面加工机理是通 过刀具的超光洁表面和无缺陷的副切削刃(修光刃 )的作用，使加工表 面粗糙度理论值接近于零来获得镜面加工效果。 2 单晶金刚石刀具的设计 设计单晶金刚石刀具时需要考虑的主要因素有：被加工零件精度 要求；实际加工条件；金刚石材料的特性
5、。 设计单晶金刚石刀具时，应遵循以下原则：由于单晶金刚石硬度 高、加工困难， 因此刀具的形状应尽可能简单；根据单晶金刚石脆 性大、抗冲击能力差的特点，应结合实际加工条件，通过对刀具几何 形状的优化， 提高刀头的抗冲击能力； 根据被加工零件的精度要求 设计修光刃长度，同时应考虑刀具的切薄能力。 下面以几种常用刀具为例，讨论单晶金刚石刀具的设计方案。 计算机硬盘基片车刀 计算机硬盘基片用于信息的存储，其材料为铝或铝合金，基片表面 仅供个人参考 不得用于商业用途 粗糙度值越低， 存储密度越大， 因此降低其加工表面粗糙度值十分关 键。同时由于基片厚度小于0.9mm，为防止其变形， 应尽量减小加工 时的
6、切削力和挤压。 硬盘基片的切削采用具有良好刚性和稳定性的超高精度磁盘车床。 切削深度约为 0.010.02mm,进给量约为 0.5mm。 硬盘基片单晶金刚石车刀的刀头形状如图1 所示。刀头有两个主切 削刃，加工时可以左右进刀。 较长的修光刃可保证左右两个方向加工 时修光刃后刀面的磨损不会互相干涉。两个主前刀面在进给方向下倾 5，从而得到约 2.5的负前角，使切屑流向待加工表面，以 避免切屑划伤已加工表面。 金刚石车刀非常锋利， 刀刃圆弧半径小于 100nm，5的后角已可充分减小后刀面与已加工表面的挤压和摩 擦。 该刀具的关键质量要求是刀刃及刀尖在500 倍显微镜下观察无缺 陷。其设计原则同样适
7、用于其它超精密镜面加工刀具。 首饰批花刀 首饰批花刀用于在金、银首饰上铣削出树叶形的花纹图案，实际上 是一种成型铣刀，其刀头形状如图2 所示。刀尖角在 110 仅供个人参考 不得用于商业用途 150之间，以适应不同大小及深度的花纹加工。由于批花机床结 构简单、刚性差、振动大，加之采用断续干切削，加工条件很差，因 此批花刀刀头需要具有较强的抗冲击能力。5的负前角和 11.5的后角可有效增加刀刃强度，同时较小的后角还可 使刀具与工件之间适当挤靠，使切削不至于发虚 ，防 止切削振动在已加工表面形成振纹。 首饰批花刀与加工表壳及一些高光装饰零件用刀具的设计原则大致 相同，该类刀具要求刀刃在200500
8、 倍显微镜下观察无崩口。 隐形眼镜车刀 隐形眼镜所用材料非常柔软，且有一定的抗拉强度，一般材料刀具 由于刀刃圆弧过大， 很难对其进行切削加工。 由于车削加工后还有一 道研磨工序，因此车削加工的表面粗糙度只要求达到Ra0.1m， 车削加工的主要目的是得到具有一定形状精度的凹凸圆弧面，对刀具 的主要要求是刀刃的锋利性。隐形眼镜车刀的刀头形状如图3 所示。 为满足切削凹圆弧面的需要，采用15的后角，要求刀刃在100 倍显微镜下观察无崩口。 3 单晶金刚石刀具的使用与维护 仅供个人参考 不得用于商业用途 单晶金刚石刀具脆性大，加之刀刃非常锋利，受到冲击时容易产生 崩刃，因此应尽可能在平稳、无振动的工作
9、条件下使用；同时还应尽 可能提高工件和刀具的装卡刚性及整个系统的刚性，增加其抗振能 力。切削用量以不超过0.1mm 为宜。 较高的切削速度可减小切削力，而低速切削则会增大切削力，从而 加速刀具崩刃失效，因此采用金刚石刀具加工时切削速度不宜过低。 应避免在静止状态下使金刚石刀具与工件或其它硬物接触，以防止 碰伤刀具刃口。 操作人员的指甲和指纹中容易夹带砂粒等硬质物，用 指甲或手指直接刮擦刀刃也可能损坏金刚石刀刃。金刚石刀具的检测 和调刀应采用光学仪器等非接触式测量方法。 应采用脱脂棉加适量酒精或丙酮清洗金刚石刀具。刀具不使用时应 套上橡胶或塑料保护套，并放置于单独的刀盒中。 使用直线修光刃金刚石
10、刀具进行镜面切削时，要求副偏角小于几分， 而刀具在安装过程中可能产生达1的安装误差，所以加工前需 要对刀具进行对刀， 通过调整刀具修光刃与进给方向的平行度，以获 得最佳的加工表面粗糙度。 对刀方法如下： 首先在工件上加工出一小 段表面，然后在 1030 倍显微镜下调整刀具，使修光刃与其在新加 工表面中的镜像平行。 由于平行度要求较高， 因此必须进行耐心而精 仅供个人参考 不得用于商业用途 细的反复调整。 应注意：拧动刀杆夹紧螺钉时可能使刀具产生微小转 动而导致对刀失败。 由于直线修光刃刀具的对刀过程费时费力，因此对于一些精度要求 稍低的镜面切削可采用半径为1030mm 的圆弧刃刀具代替直线修
11、光刃刀具。这种圆弧刃刀具的形状与隐形眼镜车刀类似，只是减小了 后角，增大了刀尖圆弧半径。使用这种刀具不但可简化对刀过程，而 且当一段圆弧磨损后， 稍微转动刀具后还可使用另一段新圆弧，从而 增加了刀具寿命。 高精度的单晶金刚石圆弧刀具也是加工凹面反射镜 的必备刀具。 超薄天然石材复合板分类及优势分析 一、概述 超薄石材复合板由两种及以上不同板材用胶粘剂粘接而成。面材为 天然石材，基材为瓷砖、石材、玻璃或铝蜂窝等。 二、分类 1）按基材分类分为： 石材- 铝蜂窝复合板 石材-硬质基材复合板 a) 石材- 瓷砖复合板b) 石材- 石材复合板c) 石材- 玻璃复合板 d）石材 -聚氨酯（保温材料） 2
12、）按形状分为： 仅供个人参考 不得用于商业用途 普型板 圆弧板 3）按面材表面加工程度分为： 镜面板 亚光面板 粗面板 4）按等级分为： 优等品 一等品 合格品 三、执行标准 JC/T 1049-2007 超薄天然石材型复合板 四、优势 重量轻：大理石复合板最薄可以只有5mm 厚(与铝塑板复合 )。常用 的复合瓷砖或花岗岩， 也只有 12mm 厚左右，仅运输方面就节省了许 多成本，对大楼有载重限制的情况下它是最佳选择。 强度高：大理石与瓷砖、花岗岩、铝蜂窝板等复合后，其抗弯、抗 折、抗剪切的强度明显得到提高，大大降低了运输、安装、使用过程 中的破损率。 抗污染能力提高：普通大理石原板 (通体板
13、)在安装过程中或以后使用 过程中，如用水泥湿贴，很有可能半年或一年后，大理石表面出现各 种不同的变色和污渍， 非常难以去除。复合板因其底板更加坚硬致密， 仅供个人参考 不得用于商业用途 同时还有一层薄薄的胶层，就避免了这种情况发生。 更易控制色差：因大理石复合板是用1m2 的原板 (通体板 )切成 3 片 或 4 片变成了 3m2 或 4m2， 而其花纹、颜色几乎与原板材100%相同， 因而更易保证大面积使用。 安装方便：因具备以上特点，在安装过程中，无论重量、易破碎(强 度等)或分色拼接都大大提高了安装效率和安全，同时也降低了安装 成本。 突破禁区：大理石的装饰部位，无论内外墙、地面、窗台、
14、门廊、 桌面等等，普通的原板 (通体板 )都不存在问题，唯独天花板无论是大 理石或是花岗岩， 任何一家装饰公司都不敢也不可能冒这个险。而大 理石与铝塑板、铝蜂窝粘合后的复合板就突破了这个石材装饰的禁 区。因为它非常轻盈，重量只有通体板的1/5 至 1/10。要想用石材装 饰天花板非它莫属。 隔音、防潮：用铝蜂窝板与大理石做成的复合板，因其用等边六边 型做成的中空铝蜂芯拥有隔音、防潮、隔热、防寒的性能。因而，这 些特点就远远超越了通体板所不具备的性能特点。 节能、降耗：石材铝蜂窝复合板因其有隔音、防潮、保温的性能， 因而，在室内外安装后可较大降低电能和热能的消耗。 降低成本：因石材复合材较薄较轻
15、，在运输安装上就节省了一部份 成本，而且对于较贵的石材品种， 做成复合板后都不同程度地比原板 的成品板价格成本低廉。 大理石复合板既有天然石材的性能特点优势，又有实用中的性能比 仅供个人参考 不得用于商业用途 较优势，这也决定了其未来市场的可持续发展态势。国际市场上愈来 愈多的国家和地区的广泛使用， 也验证了大理石复合板的市场发展趋 势。 仅供个人参考 不得用于商业用途 仅供个人用于学习、研究；不得用于商业用途。 For personal use only in study and research; not for commercial use. Nur f r den pers?nlichen fr Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden. Pour l tude et la recherche uniquement des fins personnelles; pas des fins commerciales. , , . 以下无正文
