3.2 金剛石刀具的定向方法

    目前，晶體定向主要有三種方法：人工目測晶體定向、激光晶體定向和X射線晶體定向。

    （1）人工目測晶體定向

    該方法是根據(jù)天然晶體外部幾何形狀、表面生長、腐蝕特征及各晶面之間的幾何角度關(guān)系，憑借操作者長期的工作經(jīng)驗(yàn)，通過觀察和試驗(yàn)所做的粗略晶體定向。該方法簡單、易行、不需要借助設(shè)備，但定向結(jié)果準(zhǔn)確性差，對操作者經(jīng)驗(yàn)要求高，且對于經(jīng)過加工、失去了天然單晶晶體特征的刀具就無法再進(jìn)行人工目測定向。

    （2）激光晶體定向

    激光晶體定向是用相干性較好的激光照射到金剛石晶體表面上，在不同結(jié)晶方向上表面存在的在生長過程中形成的形狀規(guī)則的晶面晶紋和微觀凹坑被反射到屏幕上形成特征衍射光圖像。但實(shí)際上因受到外界干擾因素，自然形成的規(guī)則晶面晶紋和微觀凹坑往往不明顯或根本無法觀察到。因此這種晶體在定向之前，要經(jīng)過適當(dāng)?shù)娜斯じ�蝕，以形成特征形貌。

    （3）X射線晶體定向

    由于X射線的波長接近晶體的晶格常數(shù)，當(dāng)X射線透過晶體或從晶體表面反射回來時，會發(fā)生衍射。利用這個原理已開發(fā)有專用的X射線晶體定向儀。這種晶體定向方法精度高，但是因X射線對人體有一定的危害，在使用時需注重對操作人員的保護(hù)。

    3.3金剛石刀具的晶向選擇

    金剛石各向異性，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。如果晶向選擇不當(dāng)，即使晶面選擇正確，刃磨效率也會大大降低。同時由于金剛石晶體的抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度大5～7倍，所以在刃磨過程中要選擇晶面的易磨方向，同時刃口要迎著刃磨砂輪線速度的正方向（即采取逆磨），以保證刃磨效率并減小刃口的微觀解理程度。

    3.4 金剛石刀具的磨、破損

    金剛石刀具的磨損機(jī)理比較復(fù)雜，可分為宏觀磨損和微觀磨損，前者以機(jī)械http://www.stonebuy.com/machine/磨損為主，后者以熱化學(xué)磨損為主。常見的金剛石刀具磨破損形態(tài)為前刀面磨損、后刀面磨損和刃口崩裂。在單晶金剛石刀具刃磨過程中，需要其磨損以刃磨出滿足要求的刀具，但若產(chǎn)生了不需要的磨損就可能損傷已經(jīng)刃磨好的前、后刀面。而刃口崩裂(即崩刃)是在刃口上的應(yīng)力超過金剛石刀具的局部承受能力時發(fā)生的，一般是由金剛石晶體沿（111）晶面的微觀解理破損造成的。在超精密加工中，金剛石刀具的切削刃鈍圓半徑比較小，其本身又屬于硬脆材料，同時由于其各向異性且（111）面易發(fā)生解理，隨著振動和砂輪砂粒對刀具刃口的沖擊作用，故常常會伴隨產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象。

    4 刃磨試驗(yàn)

    試驗(yàn)在EWAGRS-12磨刀機(jī)上進(jìn)行。試驗(yàn)中，由于缺乏有效的晶體定向手段，只有通過對報廢刀具的結(jié)構(gòu)分析，大致判定刀具的晶面方向，然后通過刃磨過程中刀具與砂輪表面的接觸力、接觸聲音等信息，兼顧砂輪速度、主軸往復(fù)運(yùn)動速度和擺幅等參數(shù)，仔細(xì)尋找刀具合適的刃磨角度。當(dāng)刃磨的聲音比較沉悶吃力、手感機(jī)床有較大振動時，應(yīng)立即退出刀具，避免刀體損傷砂輪，并重新調(diào)整角度。調(diào)節(jié)適當(dāng)后，刃磨的聲音比較輕快柔軟，手感機(jī)床振動微小，并且連續(xù)上刀0.05mm，機(jī)床不會出現(xiàn)振動波動。

    通過各次刃磨情況的比對，確定主切削刃和副切削刃較為合理的刃磨選向?yàn)樯拜喰�轉(zhuǎn)方向應(yīng)指向刃口受壓方向，并與之形成15～30o角。根據(jù)機(jī)床資料并綜合考慮材料去除率和磨削比率，推薦采用的砂輪速度為8～65m/s。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，砂輪速度在22～28m/s時，研磨效果最好；速度在15m/s時刃口的Rt值最小。因此，在實(shí)際的刃磨過程中，將刀頭放置在研磨盤φ140左右的區(qū)域內(nèi)，粗磨時選擇砂輪轉(zhuǎn)速為2100rev/min，精磨時選擇砂輪轉(zhuǎn)速為1000rev/min，保證粗磨時的砂輪速度為23m/s左右，精磨時為15m/s左右。主軸往復(fù)擺動幅度不宜過大，一般比刃磨刀口寬度略寬即可，擺動頻率也不宜過快。

    為得到經(jīng)濟(jì)性的刃磨效果，磨削接觸壓力需隨著刃長的增加而增加。在粗磨時，隨著接觸壓力的升高，會出現(xiàn)材料去除率的正向突變。在超精磨時，材料去除率隨接觸壓力的增加先是逐漸升高，當(dāng)接觸壓力增加到180N時，材料去除率轉(zhuǎn)而逐漸降低。精拋時刀具與研磨盤之間的接觸壓力在12～14N時最有利于保證刃磨面的表面光潔度。因此刃磨時刀具與砂輪表面應(yīng)有適當(dāng)?shù)慕佑|力。粗磨時，盡量采用機(jī)床的壓力控制，在對刀之后應(yīng)盡快上刀，并且按住機(jī)床變位操縱拉桿（該拉桿用于操縱工作臺在工作位與測量位之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換），以保證所需較大接觸力，避免引起機(jī)床振動導(dǎo)致崩刃。

    5 結(jié)語

    針對金剛石晶體各向異性的特點(diǎn)，在刃磨前需要進(jìn)行準(zhǔn)確的晶體定向。同時在刃磨過程中應(yīng)嚴(yán)格控制溫度、機(jī)床振動、砂輪粒度、轉(zhuǎn)速和往復(fù)運(yùn)動速度，選擇回轉(zhuǎn)精度高的研磨設(shè)備和平面精度高的研磨盤，避免由于金剛石晶體的硬脆性和較差的熱穩(wěn)定性而出現(xiàn)不必要的磨、破損。另外，應(yīng)解決人工手動加壓而無法保證壓力穩(wěn)定性的問題，同時配套與刃磨過程相匹配的檢測方法和檢測儀器，以保證刃磨的質(zhì)量穩(wěn)定性。