단결정 다이아몬드 도구
초정밀 가공에서는 고정밀 공작 기계와 매우 안정적인 가공 환경 외에도 가공 표면의 품질을 보장하는 주요 요소인 고품질 공구도 중요한 요소입니다. 단결정 다이아몬드는 높은 경도, 우수한 내마모성, 고강도, 우수한 열전도율, 비철금속과의 낮은 마찰 계수, 우수한 접착 방지 및 우수한 내식성 및 화학적 안정성을 가지고 있으며 칼의 매우 날카로운 모서리에서 연마 할 수 있으며 가공 분야에서 절삭 공구 재료로 이상적인 초정밀 절단으로 간주되며 특히 초정밀 가공 분야에서 중요한 위치를 차지하고 널리 사용되었습니다.
1970 년대 후반 레이저 핵융합 기술 연구에서 많은 수의 고정밀 연질 금속 거울을 가공해야하므로 연질 금속의 표면 거칠기와 형상 정확도가 초정밀 수준에 도달해야합니다. 기존의 연삭 및 연마 가공 방법을 사용하면 가공 시간이 길고 비용이 높을뿐만 아니라 작업이 어려울뿐만 아니라 필요한 정밀도를 달성하기가 쉽지 않습니다. 따라서 새로운 가공 방법을 개발해야 할 필요성이 절실합니다. 실제 요구에 따라 단결정 다이아몬드 초정밀 절단 기술이 빠르게 개발되었습니다. 단결정 다이아몬드 자체의 물리적 특성으로 인해 절단시 칼에 달라 붙어 칩 종양을 생성하기 쉽지 않으며 가공 표면 품질이 우수하고 비철금속 가공시 표면 거칠기가 Rz0.1 ~ 0.05μm에 도달 할 수 있으며 단결정 다이아몬드 도구는 금,은, 구리, 알루미늄 및 기타 비철금속 및 사파이어, 셀렌화물 아연, 황화 아연, 실리콘, Ge, 불화 칼슘, 불화 바륨과 같은 비철금속 재료 및 광학 재료도 효과적으로 처리 할 수 있습니다, 광학 유리, 세라믹 크리스탈 및 기타 광학 재료.
초정밀 가공에서 단결정 다이아몬드 공구의 두 가지 기본 정확도는 절삭 날의 프로파일 정확도와 절삭 날의 무딘 반경입니다. 비구면 렌즈 가공용 원형 공구의 절삭 날의 진원도는 0.05μm 이하이고 다면체 거울 가공용 절삭 날의 직진도는 0.02μm이며 절삭 날의 무딘 반경 (ρ 값)은 공구 절삭 날의 선명도를 나타내며 다양한 가공 요구 사항에 적응하기 위해 절삭 날의 절삭 날 반경은 20nm에서 1μm 범위입니다.
다이아몬드 결정은 각 결정면의 원자 배열 및 원자 밀도의 형태가 다르고 결정면 사이의 거리가 다르기 때문에 천연 다이아몬드 결정의 이방성을 초래하는 평면 입방 결정 시스템에 속하므로 다이아몬드는 각 결정면의 물리적 및 기계적 특성이 다를뿐만 아니라 제조 용이성과 서비스 수명이 동일하지 않으며 각 결정면의 미세한 파단 강도도 크게 다릅니다. 다이아몬드 결정의 미세한 강도는 헤르츠 시험법으로 결정할 수 있습니다. 다이아몬드는 전형적인 취성 재료이기 때문에 일반적으로 강도 값이 많이 편차가 있고 주로 응력 분포의 모양과 분포 범위에 따라 달라 지므로 확률 이론으로 분석하는 것이 적합합니다. 작용 응력이 동일할 경우 (110) 결정 표면의 파손 확률이 가장 크고 (111) 결정 표면이 두 번째로 크며 (100) 결정 표면이 파손 될 확률이 가장 작습니다. 즉, 외력의 작용 하에서 (110) 결정 표면이 파손될 가능성이 가장 크고, (111) 결정 표면이 두 번째로 크며, (100)이 파손될 가능성이 가장 적습니다. (110) 결정 표면의 연삭 속도는 (100) 결정 표면보다 높지만 실험 결과에 따르면 (100) 결정 표면은 다른 결정 표면보다 응력, 부식 및 열 열화에 대한 저항성이 더 높습니다. 미세한 강도를 종합적으로 고려하면 (100) 표면을 공구의 앞면과 뒷면으로 사용하면 고품질 공구 모서리를 쉽게 연마할 수 있으며 미세한 칩핑이 발생할 가능성이 적습니다.
단결정 다이아몬드 공구의 패싯 선택은 일반적으로 공구의 요구 사항에 따라 이루어져야 합니다. 일반적으로, 최고 강도를 얻기위한 다이아몬드 공구의 요구 사항이 공구의 전면 및 후면 커터면으로 (100) 결정 표면을 선택해야하는 경우, 기계적 마모에 저항하는 다이아몬드 공구의 요구 사항이 공구의 전면 및 후면 커터면으로 (110) 결정 표면을 선택해야하는 경우, 화학 마모에 저항하는 다이아몬드 도구의 요구 사항이 도구의 전면면에 (110) 결정 표면, 후면 커터면에 (100) 결정 표면을 사용하거나 전면 및 후면 커터면에 (100) 결정 표면이 사용되거나 전면 및 후면 커터면에 앞뒤로 사용되거나 앞뒤 커팅면이 (100) 절단면으로 사용되는 것이 바람직하다. (100) 도구의 앞면용 크리스탈 표면, (100) 뒷면용 크리스탈 표면 또는 (100) 앞면과 뒷면 모두용 크리스탈 표면. 이러한 요구 사항은 수정 방향 기술을 통해 달성됩니다.
현재 크리스탈 오리엔테이션에는 수동 육안 크리스탈 오리엔테이션, 레이저 크리스탈 오리엔테이션 및 X-레이 크리스탈 오리엔테이션의 세 가지 주요 방법이 있습니다.
인공 육안 결정 방향: 이 방법은 작업자의 오랜 작업 경험을 바탕으로 거친 결정 방향에 의한 관찰 및 실험을 통해 천연 결정의 외부 형상, 표면 성장, 부식 특성 및 결정면 간의 기하학적 각도 관계를 기반으로 합니다. 이 방법은 장비를 사용하지 않고 간단하고 구현하기 쉽지만 오리엔테이션 결과의 정확도가 떨어지고 작업자의 경험이 높아야하며 가공을 위해 공구의 자연적인 단결정 특성의 손실은 시각적으로 수동으로 오리엔테이션 할 수 없습니다.
레이저 결정 방향 : 레이저 결정 방향은 다이아몬드 결정의 표면에 일관된 레이저 광을 조사하는 것으로, 표면에 다른 결정화 방향으로 성장 과정에서 형성된 규칙적인 모양의 결정 선과 미세한 구멍이 화면에 반사되어 특징적인 회절 광 이미지를 형성합니다. 그러나 실제로는 외부 방해 요인으로 인해 자연적으로 형성된 규칙적인 입자 패턴과 미세한 구덩이가 명확하지 않거나 전혀 관찰할 수 없는 경우가 많습니다. 따라서 이러한 결정은 인위적으로 부식되어 배향되기 전에 특징적인 형태를 형성합니다.
X-선 결정 배향: X-선의 파장은 결정의 격자 상수에 가깝기 때문에 X-선이 결정을 통과하거나 결정 표면에서 다시 반사될 때 회절이 발생합니다. 이 원리를 사용하여 특수 X-선 결정 배향기가 개발되었습니다. 이 결정 방향 지정 방법은 매우 정확하지만 X-선은 인체에 해롭기 때문에 사용시 작업자 보호에주의를 기울여야합니다.
다이아몬드 절삭 공구 결정 방향 선택 : 다이아몬드 이방성, 그래서 각 결정 표면의 경도, 내마모성이 다를뿐만 아니라 내마모성의 다른 방향의 동일한 결정 표면도 다릅니다. 결정 방향을 올바르게 선택하지 않으면 결정 표면을 올바르게 선택하더라도 선명도 효율이 크게 저하됩니다. 동시에 다이아몬드 결정 압축 강도가 인장 강도의 5 ~ 7 배보다 높기 때문에 마모하기 쉬운 방향의 결정 표면을 선택하는 선명화 과정에서 동시에 양수 방향의 선명화 연삭 휠 선형 속도 (즉, 역 연삭)를 충족시키기 위해 가장자리가 선명화 효율을 보장하고 미세한 분해 정도의 가장자리를 줄입니다.
다이아몬드 공구 연삭, 파손 : 다이아몬드 공구 마모 메커니즘은 더 복잡하고 매크로 마모와 미세 마모로 나눌 수 있으며 전자는 주로 기계적 마모이고 후자는 주로 열화학적 마모입니다. 일반적인 다이아몬드 공구 마모 및 파손 패턴은 앞면 마모, 뒷면 마모 및 모서리 치핑입니다. 단결정 다이아몬드 공구 연마 공정에서 공구의 요구 사항을 충족하기 위해 연마하기 위해서는 마모가 필요하지만, 원치 않는 마모가 발생하면 이미 연마된 앞면과 뒷면이 손상될 수 있습니다. 모서리 치핑(즉, 치핑)은 모서리의 응력이 다이아몬드 공구의 국부적 지지력을 초과할 때 발생하며 일반적으로 (111) 결정 표면을 따라 다이아몬드 결정의 미세한 용해도가 파손되어 발생합니다. 초정밀 가공에서 다이아몬드 공구의 절삭 날의 무딘 반경은 상대적으로 작고 그 자체가 단단하고 부서지기 쉬운 재료에 속하며 동시에 이방성과 (111) 표면으로 인해 공구 충격의 절삭 날에 진동과 연삭 휠 그릿이 발생하여 디 컨볼 루션이 발생하기 쉽고 종종 치핑 현상이 동반됩니다.
공구의 요구 사항 또는 다이아몬드의 모양으로 인해 원석을 분할해야 하는 경우도 있습니다. 다이아몬드는 평행한 완벽한 솔루션을 가지고 있으며, 다이아몬드의 탄소 원자와 탄소 원자는 더 큰 강도의 공유 결합으로 서로 결합되어 있습니다. 그러나 다이아몬드 구조에서 평행한 팔면체 면의 방향과 같이 특정 방향으로 특정 힘이 가해지면 다이아몬드 결정에서 이러한 면을 연결하는 결합이 상대적으로 적기 때문에 다이아몬드가 매우 쉽게 깨집니다. 따라서 다이아몬드의 원석을 분할하기 위해 다이아몬드의 분해된 면을 선택하며, 분할 방법은 그림 1에 나와 있습니다. 다이아몬드에 슬릿이라고 불리는 홈 또는 홈이 만들어져 분할됩니다. 분할의 요령은 슬릿을 만드는 위치와 절단 깊이를 아는 것입니다. 고품질의 단결정 다이아몬드 공구를 생산하려면 단결정 다이아몬드의 결정 방향을 숙지해야 합니다. 이는 주로 단결정 다이아몬드의 이방성 특성으로 인해 경도의 모든 방향에서 다이아몬드가 매우 다르기 때문입니다. 공구의 앞면, 뒷면, 즉 절삭 날로 적절한 결정 표면과 결정 방향을 선택하여 내마모성과 가공 성능을 더 잘 달성 할 수 있도록합니다. 좋은 연삭 방향으로 모든 계층의 다이아몬드 결정, 연삭 속도의 결정면이 가장 낮고 두 번째의 결정면, 가장 높은 연삭 속도의 결정면이 가장 낮습니다. 결정면의 경도가 너무 높기 때문에 연삭 및 가공이 어렵고 미세 강도가 높지 않고 분해되기 쉬우므로 날카로운 모서리를 연삭하기가 어렵습니다. 좋은 연삭 방향으로 입자 표면의 연삭 속도는 결정 표면의 연삭 속도보다 거의 두 배 높지만 다이아몬드의 다른 결정 표면으로 인한 손상 가능성은 포괄적 인 보호를 위해 다양한 유형의 모터에 적용되며 다른 모터는 해당 밸브 값만 조정하면됩니다.
