鏡面加工用單晶金剛石刀具

微型高精密鏡面模具對加工后的形狀精度和表面粗糙度要求非常高，原有的“粗切削+精磨+研磨”的加工方法不僅要花費很長時間，而且微細(xì)形狀不適合采用磨削加工，此外，研磨會使微細(xì)形狀產(chǎn)生塌邊等缺陷，使形狀精度達不到要求。

　　單晶金剛石刀具能制成非常鋒利而無凹凸鋸齒的切削刃，只需通過切削就能完成微型高精密模具的鏡面加工。單晶金剛石刀具主要用于DVD檢波鏡和數(shù)碼相機用塑料透鏡模具的鏡面加工。

　　由于金剛石易與鐵族金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此不適合加工淬硬鋼等工件材料，僅局限于加工非電解鍍鎳等非鐵金屬。但近年來，由于采用超聲波橢圓振動切削的加工機床性能的改進，單晶金剛石刀具也能用于淬硬鋼等鐵族金屬的鏡面加工。下面簡要介紹具有優(yōu)良切削性能和鋒利切削刃的單晶金剛石刀具的特點及應(yīng)用實例。

　�。�1）單晶金剛石切削刀具的特點

　　眾所周知，金剛石是硬度最高、導(dǎo)熱性能最佳的刀具材料，在難加工材料的切削加工、干式和半干式切削加工中具有很長的使用壽命。單晶金剛石是一種碳原子（C）通過共價鍵實現(xiàn)牢固而緊密結(jié)合的單晶材料。通過高精密刃磨，單晶金剛石刀具能獲得非常鋒利而無凹凸鋸齒的切削刃。聚晶金剛石是一種多晶金剛石，它是利用金屬結(jié)合劑在高溫高壓條件下由微細(xì)金剛石粒子燒結(jié)而成的金剛石聚晶體，但在微細(xì)晶粒的晶界上也存在金屬結(jié)合相。由于聚晶金剛石粒子間的結(jié)合強度弱于單晶金剛石，因此刃磨后的切削刃也會產(chǎn)生晶界面的凹凸和粒子脫落現(xiàn)象。

　　（2）鋁合金的鏡面加工

　　用圓弧形切削刃單晶金剛石車刀加工A5056鋁合金（加工條件：切削速度：300m/min,加工余量：0.05mm,進給速度：0.04mm/r,刀尖R:0.5mm,前角：0°，后角：7°），加工面可以清楚看到切削刀痕，該刀痕達到了鏡面水平，即實現(xiàn)了接近理論表面粗糙度的鏡面加工。采用聚晶金剛石車刀的加工面可以看到行切進給的切痕，進給切痕中留下了由凹凸切削刃形成的凹凸加工痕跡。采用同規(guī)格硬質(zhì)合金車刀的加工面，車刀切削刃粉末顆粒的凹凸全部反映在加工面上，留下了切削方向的切痕，但觀察不到進刀切痕。單晶金剛石車刀的加工面（Ry0.238μm,Rz0.166μm,Ra0.034μm）與聚晶金剛石車刀加工面（Ry1.327μm,Rz1.149μm,Ra0.261μm）的比較可以看出，單晶金剛石車刀加工出的表面為優(yōu)質(zhì)鏡面。

　�。�3）淬硬鋼的金剛石刀具超聲波橢圓振動鏡面加工

　　由于單晶金剛石與鐵族金屬的親和性極強，因此過去不能用單晶金剛石刀具對淬硬鋼等鋼件進行鏡面加工。隨著能抑制金剛石與鐵發(fā)生反應(yīng)的超聲波橢圓振動切削技術(shù)的開發(fā)成功，已能實現(xiàn)用單晶金剛石刀具對淬硬鋼進行鏡面切削加工。最近，通過對超聲波橢圓振動切削裝置的改進，使其達到了實用水平。超聲波橢圓振動切削的二維切削模型表明，刀具切削刃作橢圓運動，切屑與金剛石車刀前刀面在相同方向運動，從而能抑制摩擦阻力，同時，由于兩者之間存在間隙，抑制了金剛石與鐵的反應(yīng)，因此對鐵族金屬進行加工也能獲得切削鋁合金、非電解鍍鎳層時一樣的鏡面。

　　單晶金剛石切削刀具主要用于非球面透鏡、衍射光柵高精度光學(xué)元件的加工。隨著超聲波橢圓振動切削技術(shù)的不斷改進和推廣應(yīng)用，單晶金剛石刀具在淬硬鋼模具鏡面加工方面的應(yīng)用必將得到普及。