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金刚石磨削非球面钢材磨具用于光学复制 ,, FraunhoferIPT,Steinbachstrasse1752074Aachen, 241 8904122 摘要由于高强度的道具磨损,金刚石车削钢材零件通常是不可能的。然而这个过程能够让几个不同的应用具有了很高的经济创新潜能。有一种技术即超声辅助车削工艺可以直接制造具有单晶金刚石的材料。这项技术已经被 FraunhoferIPT 研究多年,并被证明了它的潜在。表面粗糙度在 Ra=5 的范围内金刚石的磨损被减少了 100 或者更多。目前已经调查了在实验室的条件下仅仅用于平面制造,为了证明其工业实用性,两个相关的非球面形状,凸透镜和凹透镜已经被定义和制造。其形状精度和表面粗糙度将达到本文的描述。关键词:金刚石磨削,超精密制造,超声辅助设备,磨具制造,非球面制造 。如今,光学磨具注射成型的涂层是镍。以便有金刚石工具加工其表成,直接加工零件会降低磨具的总生产时间,是涂层成为不必有的步骤,此外,磨具的寿命显著增加,因此单价会降低。钢件工具有较强的耐磨性和无分成风险。因此用单晶金刚石直接加工零件,其潜能和效益是非常高的。但传统的金刚石加工不含铁的,少量结晶和塑料的材料。即使在非常小的切割范围内炭和铁之间的作用力导致常规钢材加工的过度磨损。图 1 显示双金刚石工具, 被用于切削常规的具有不同硬度( 35HRC 左 53HRC 右)***磨损增加太大,只有几米的穿透量和切削深度。这意味着用金刚石加工小型钢材零件是不可能有理想的精度的。通过超声辅助可以实现金刚石直接加工钢部件,这项技术应经被 Frcuhofer IPT 研究多年并证实其潜能,表面粗糙度在 Ra=5 的范围内条件,此时金刚石的磨损被降低到了 100 或者更多。在这次出版物里有一项关于超声辅助金刚石加工淬火钢的调查将要被发表。用金刚石工具第一次直接切割非球面钢材磨具的结果将要被引用,为了证明工业重要部分的生产潜能将选用两个典型的球面几何学。而且要特别关注表面质量,形状精度,***磨损。这次目标是达到 300nm 以下的光学表面粗糙精度。 加工钢材时的金刚石磨损为了描述金刚石高度磨损的原因, 已经建立了许多不同的模型。 Paul 和 Evan s 能够辨别待加工材料和金刚石的电子排布关系。根据模型材料的机制打破金刚石的碳晶格引起的变化。实际上不含磷的铁、钢材、纯镍会引起额外的工具磨损。 Wilks 和 Uemura 解释了工具磨损的主要原因:是碳和铁的高度亲和力,加上一种催化剂引起了接触区的石墨化,导致了直接磨损。有实验证明金刚石***磨损的主要原因是化学变化。他分析了金刚石工具并检测出磨损的金刚石表面形态和由于化学变化引起的表面形态之间的相似处。最近的研究成果是有 Shimada 根据分子仿真完成的,该成果表明金刚石的碳原子和氧化铁在 900K 温度是将被氧化。 一些过去的研究关于降低金刚石***切割钢材是的磨损过去很多尝试去抑制工具的高度磨损。主要的方法可分为两类注重过程变化和材料属性的方法。已经试过其他的材料来用最低的磨损实现精确的切割表面,没有一种符合