采用超精金剛石刀具的超精加工是一種能實現(xiàn)納米級尺寸精度及表面粗糙度的加工技術。最近堵漱，超精加工技術已在光電祷愉、生物領域用精密模具的加工中得到了應用。超精金剛石刀具是實現(xiàn)模具超精加工的關鍵要素之一。本文對日本Allied Diamond株式會社生產(chǎn)的UPC(Ultra Precision Cutting Tool)超精金剛石刀具的性能咏闪、超精切削不同工件材料時刀具的磨損狀態(tài)及加工實例作一介紹曙搬。

　　1.UPC超精金剛石刀具的性能 

　　單晶金剛石具有碳原子間以共價鍵牢固結合的立方晶體結構，其晶格常數(shù)為3.567埃鸽嫂，結合原子間的距離為1.544埃纵装。由于單晶金剛石原子結構的特點，將其作為刀具材料能獲得其它材料所不具備的優(yōu)異硬度和平滑据某、鋒利的切削刃橡娄。UPC超精金剛石刀具采用超精磨削技術制備，可最大限度地發(fā)揮材料特性癣籽，獲得平滑鋒利性與耐磨性兼?zhèn)涞那邢魅型彀Γc超精加工機床匹配能實現(xiàn)高精度非球面形狀及微細形狀的超精加工。 

　　為了滿足模具超精加工的要求筷狼，切削深度應設定在納米級范圍內(nèi)片家。為此，對切削刀具的要求為：①刀尖圓弧半徑R達到數(shù)十納米的鋒利程度棕优；②切削刃棱線的平滑度達到納米級水平缴碉。采用與刀尖圓弧半徑大小相同的切深進行加工時，不易損傷工件的工作面佣虑，加工平穩(wěn)叁乍，排屑流暢，因工件彈性變形引起的切削厚度變化也極小弧定，能實現(xiàn)超精加工则沃。  

　　2.UPC刀具加工不同工件材料的磨損狀態(tài)差異 

　　金剛石刀具的熱化學磨損狀態(tài)根據(jù)被加工材料種類的不同而有很大差異。在超精密車床上使用刀尖角130°的直線切削刃超精金剛石車刀對無氧銅和純鋁進行端面車削后锡跺，刀尖的磨損狀態(tài)表明章迎，切削無氧銅的刀具前刀面產(chǎn)生了月牙洼磨損，但切削刃棱線仍保持鋒利狀態(tài)渴甜；切削純鋁的刀具切削刃棱線磨損變?yōu)閳A弧刃焚寂，但前刀面未發(fā)現(xiàn)月牙洼磨損。從這些磨損狀態(tài)的差異可以看出各不相同的磨損機理：切削銅時顶猜，刀具前刀面產(chǎn)生月牙洼磨損是由于銅的觸媒作用使金剛石氧化而引起的沧奴，而刀具切削刃棱線因與工件無間隙地完全接觸而未產(chǎn)生氧化磨損；切削鋁時长窄，由于工作表面與刀具表面直接接觸而生成碳化鋁滔吠，工件材料被切削刃切除而使切削刃產(chǎn)生磨損，但因磨損擴展方向與切削銅時相反(從切削刃向后刀面擴展)挠日，故不會產(chǎn)生前刀面的月牙洼磨損疮绷。 

　　由于不同工件材料的熱化學現(xiàn)象不同翰舌，刀具的磨損狀態(tài)也不同，因此應根據(jù)不同種類的工件材料來設計合理的刀具前角與后角冬骚。 

　　3.UPC-R超精金剛石刀具加工實例 

　　UPC-R是一種采用圓弧切削刃的UPC超精金剛石刀具椅贱，其典型用途是用于DVD等非球面鏡模具的超精加工。UPC-R刀具圓弧切削刃的輪廓精度小于50nm只冻，是目前世界上最高的精度夜涕；圓弧R僅為5μm，也是世界上最小的属愤。使用UPC-R超精金剛石刀具在CNC兩坐標超精密機床上加工非球面鏡模具的加工要點包括：①如何連續(xù)形成薄而穩(wěn)定的切屑并流暢排出；②工件旋轉時應具有高水平的動平衡性能口迟；③工件能精確地定心岗命；④切削液的穩(wěn)定供給等。 

　　由于加工鋼時的熱化學反應會使金剛石石墨化并向工件擴散保蒲，因此UPC金剛石刀具不適合鋼模具的超精加工品救。但如果在鋼模具表面用非電解方法鍍上數(shù)十微米至數(shù)百微米厚的鎳鍍層，則可用UPC金剛石刀具進行超精加工贼卿。關于涂鍍質(zhì)量他景，應選擇不會產(chǎn)生氣孔、偏析等結晶構造缺陷的非晶質(zhì)鍍層彬率。

　　4.UPC-T超精金剛石刀具加工實例 

　　UPC-T是一種采用三角切削刃的UPC超精金剛石刀具托足，主要用于菲涅爾透鏡模具和液晶導光板等衍射光柵模具的超精加工。近年來署隔，光學元件的高精密化妒穷、小型化和集成化發(fā)展迅速，從非球面透鏡到能夠?qū)崿F(xiàn)薄型輕量化贿妹、集成化的菲涅爾透鏡橡舟，對超精加工技術的要求越來越高。本加工模式是用1把UPC-T超精金剛石刀具超精加工微細光柵部分和非球面形狀的實例芯急，因此要求車刀刀尖切削刃R＜100nm并具有優(yōu)異的切削性能勺届。UPC-T的刀尖切削刃為50nm的微小切削刃，能夠?qū)崿F(xiàn)超精加工娶耍。 

　　用超精金剛石刀具加工模具已發(fā)展為透鏡模具加工中不可缺少的加工方法免姿。今后，隨著模具品位的提高和對成型零件高精密化伺绽、多功能化的市場需求不斷高漲养泡，以及醫(yī)療和生物學領域模具加工需求的增長，將不斷推進新型刀具的開發(fā)奈应。 

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