1 前言 RR|Eqm 3)
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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雜化共價鍵，因此具有很強(qiáng)的結(jié)合力、穩(wěn)定性和方向性。獨特的晶體結(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。 K.~U%v}
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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)到原子級的平直度與鋒利度，切削時切薄能力強(qiáng)、精度高、切削力��；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壽命，能保證持續(xù)長久的正常切削，并減少由于刀具磨損對零件精度的影響；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、計算機(jī)硬盤基片、加速器電子槍等超精密零件)，采用天然金剛石刀具無論在價格上還是在精度上都比傳統(tǒng)加工方法具有明顯優(yōu)勢。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、價格上的比較
~gD]JiiA 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，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，可以說天然金剛石刀具已深入機(jī)械加工各個領(lǐng)域，起著越來越重要的作用。
50A_+f.7% 2rM i~8 T 另一方面，由于天然金剛石的獨特性能，使得對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，過去長期無法對其進(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與刀具價格居高不下，同時還影響了刀具和零件的精度。
tB.9Ov* `x{gF8GV 近百年來，科技人員對金剛石刀具在機(jī)械加工中的重要作用、應(yīng)用前景及實現(xiàn)方法等進(jìn)行了長期研究及開發(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。
%iv'/B8 G$b4`w t 2 天然金剛石刀具傳統(tǒng)加工工藝 {[+gM? Ycwb1e# 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)展帶來了手表及相關(guān)制造技術(shù)的重大變革。
Lif mYn[ K k m7L- 鉆石首飾的研磨拋光工藝方法為：在鑄鐵研磨盤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)的研磨盤上進(jìn)行研磨。
.wywO| kcb'`<B 采用鉆石首飾加工方法研磨天然金剛石刀具時，需完成以下特殊工藝：
~S9nLb:O{ >KJ]\`2>)c 1) 刀刃處理及檢測：刀刃質(zhì)量將直接影響被加工零件質(zhì)量。
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_ 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。傳統(tǒng)的定向方法一般采用肉眼定向。
)d~Mag+ 3) 裝卡：在切削過程中，天然金剛石刀具要承受來自各個方向的切削力，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)時尚未發(fā)明金剛石釬焊技術(shù)，因此只能采用機(jī)械夾持。
PhQD}|S ;DTNw= 由于傳統(tǒng)的金剛石刀具加工方法工藝簡單，設(shè)備造價低，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，半個世紀(jì)以來科技人員對金剛石晶體的物理、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)的開發(fā)打下了堅實基礎(chǔ)，許多研究課題今天仍在繼續(xù)進(jìn)行。
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