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天然金刚石刀具超精密加工技术

天然金刚石刀具超精密加工技术

  二十世纪七十年代后期,在激光核融合技术的研究中,需要大量加工高精度软质金属反射镜,要求软质金属表面粗糙度和形状精度达到超精密水平。如采用传统的研磨、抛光加工方法,不仅加工时间长、费用高、操作难度大,而且不易达到要求的精度。因此,亟需开发新的加工方法。在现实需求的推动下,天然金刚石超精密镜面切削技术得以迅速发展,在已有的金刚石车削技术基础上,通过提高机床精度与刚性、严格控制加工时的振动和温度漂移、研制超精密天然金刚石刀具等,形成了镜面切削工艺,并发展成为一项专门技术。作为超精密镜面切削的关键技术之一,天然金刚石刀具技术在理论及实践上都取得了显著的创新与发展,主要体现在以下几方面:

  1.超精密金刚石刀具的开发

  (1)在主切削刃与副切削刃之间引入修光刃,使已加工表面的理论粗糙度接近于零且修光刃在500× 或更高倍显微镜下检测时无缺陷。(2)金刚石刀具关键角度的加工精度达到2”。(3)车削内曲面所用圆弧刀具的圆弧精度达到微米量级。

  2.精密刃磨设备的研制由于传统的研磨设备已无法满足超精密金刚石刀具的加工要求,因此开发了采用空气轴承的圆弧与刀刃研磨机,其刃磨精度可达0.1μm。3.精密定向技术及装备对金刚石刀具定向的目的不仅是要使刀具具有最长寿命,而且要求刀具后刀面与已加工表面的摩擦及刀刃附近解理面的应力达到最小。为此,需要采用更精密的X 射线衍射仪进行定向。

  4.真空钎焊技术的发明真空钎焊是金刚石刀具制造技术最重要的突破之一。一方面,传统的机械夹持方法可能导致金刚石刀具在切削中产生微小位移和振动等缺陷,影响加工质量;另一方面,由于金刚石本身具有极高化学稳定性,一般条件下很难与其它金属发生反应而实现焊接,即金刚石具有不可焊性。为解决这一矛盾,经过长期研究和探索,终于发现了钎焊金刚石的特定条件(高真空环境)和钎焊合金(以钛为活性元素的银基合金)。

  5.刀具磨损机理的确立通过研究发现,在切削过程中,金刚石刀具的磨损以化学粘结磨损为主,并存在少量机械磨损等其它磨损形式。刀具磨损机理的确立决定了刀具定向原则:将化学稳定性最好的晶面置于刀具的后刀面

  6.机械磨削方法的系统研究

  7.金刚石理论研究的进展通过对金刚石理论的深入研究,发现了金刚石的宏观塑性变形(过去认为金刚石只有少量弹性变形而无塑性变形);研究了金刚石晶体中的微量杂质,根据杂质的不同将金刚石分为四类,从而可根据不同用途选择不同种类的金刚石;此外,通过对金刚石的断裂特性、解理特性、表面形成机理等进行系统的理论研究,获得了大量数据,形成了各种理论,对金刚石有了更为科学、更为深刻的认识。这一阶段金刚石刀具技术的发展特点是:由于金刚石刀具被应用于国防、高科技等领域,因此得到大量资金投入,在研究中使用了尖端设备、仪器和最新科学方法,取得了飞跃性发展。


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