UPC超精金刚石刀具采用超精磨削技术制备

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分析超精金刚石刀具的超精加工技术
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! j8 d+ }, {4 O- u% s% {超精金刚石刀具实现模具超精加工关键要素之一。本文对日本Allied Diamond株式会社生产UPC（Ultra Precision Cutting Tool）Tuck Point Blade超精金刚石刀具性能、超精切削不同工件材料时刀具磨损状态及加工实例作一介绍。



　　1.UPC超精金刚石刀具性能

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) t' ]3 }) _  C8 N) ]6 ~, y　　单晶金刚石具有碳原子间以共价键牢固结合立方晶体结构，其晶格常数为3.567埃，结合原子间距离为1.544埃。由于单晶金刚石原子结构特点，将其作为刀具材料能获得其它材料所不具备优异硬度平滑、锋利切削刃。UPC超精金刚石刀具采用超精磨削技术制备，可最大限度地发挥材料特性，获得平滑锋利性与耐磨性兼备切削刃，与超精加工机床匹配能实现高精度非球面形状及微细形状超精加工。
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　　为了满足模具超精加工要求，切削深度应设定纳米级范围内。为此，对切削刀具要求为：①刀尖圆弧半径R达到数十纳米锋利程度；②切削刃棱线平滑度达到纳米级水平。采用与刀尖圆弧半径大小相同切深进行加工时，不易损伤工件工作面，加工平稳，排屑流畅，因工件弹性变形引起切削厚度变化也极小，能实现超精加工。

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　　2.UPC刀具加工不同工件材料磨损状态差异
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+ p9 o# L( [) e; E4 V7 H　　金刚石刀具热化学磨损状态根据被加工材料种类不同而有很大差异。超精密车床上使用刀尖角130Tuck Point Blade°直线切削刃超精金刚石车刀对无氧铜纯铝进行端面车削后,Travel qingdao，刀尖磨损状态表明，切削无氧铜刀具前刀面产生了月牙洼磨损，但切削刃棱线仍保持锋利状态#x；切削纯铝刀具切削刃棱线磨损变为圆弧刃，但前刀面未发现月牙洼磨损。从这些磨损状态差异可以看出各不相同磨损机理：切削铜时，刀具前刀面产生月牙洼磨损由于铜触媒作用使金刚石氧化而引起，而刀具切削刃棱线因与工件无间隙地完全接触而未产生氧化磨损；切削铝时，由于工作表面与刀具表面直接接触而生成碳化铝，工件材料被切削刃切除而使切削刃产生磨损，但因磨损扩展方向与切削铜时相反（从切削刃向后刀面扩展），故不会产生前刀面月牙洼磨损。



' P6 Z9 [9 t# h　　由于不同工件材料热化学现象不同，刀具磨损状态也不同，因此应根据不同种类工件材料来设计合理刀具前角与后角。
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4 U8 W, e! E( V) k6 B　　3.UPC-R超精金刚石刀具加工实例

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　　UPC-R一种采用圆弧切削刃UPC超精金刚石刀具，其典型用途用于DVDTuck Point Blade等非球面镜模具超精加工。UPC-R刀具圆弧切削刃轮廓精度小于50nm，目前世界上最高精度；圆弧R仅为5μm，也世界上最小。使用UPC-R超精金刚石刀具CNC两坐标超精密机床上加工非球面镜模具加工要点包括：①如何连续形成薄而稳定切屑并流畅排出；②工件旋转时应具有高水平动平衡性能；③工件能精确地定心；④切削液稳定供给等。由于加工钢时热化学反应会使金刚石石墨化并向工件扩散，因此UPC金刚石刀具不适合钢模具超精加工。但如果钢模具表面用非电解方法镀上数十微米至数百微米厚镍镀层，则可用UPC金刚石刀具进行超精加工。关于涂镀质量，应选择不会产生气孔、偏析等结晶构造缺陷非晶质镀层。
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　　4.UPC-T超精金刚石刀具加工实例
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  t( X; X$ e2 Y+ i* J# q; M4 M3 B　　UPC-T一种采用三角切削刃UPC超精金刚石刀具，主要用于菲涅尔透镜模具液晶导光板等衍射光栅模具超精加工。近年来，光学元件高精密化、小型化集成化发展迅速，从非球面透镜到能够实现薄型轻量化、集成化菲涅尔透镜，对超精加工技术要求越来越高。本加工模式用1把UPC-T#x超精金刚石刀具超精加工微细光栅部分非球面形状实例，因此要求车刀刀尖切削刃R＜100nm并具有优异切削性能。UPC-T刀尖切削刃为50nm微小切削刃，能够实现超精加工。


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