Descifrando la tecnología de mecanizado de ultraprecisión de las herramientas de diamante de ultraprecisión

El diamante de ultraprecisión es uno de los elementos clave para lograr un mecanizado de moldes de ultraprecisión. Este artículo presenta el rendimiento de las herramientas de diamante de ultraprecisión UPC (UltraPrecisionCuttingTool) producidas por Japan AlliedDiamond Co., Ltd., el estado de desgaste de la herramienta al cortar con superprecisión diferentes materiales de piezas de trabajo y ejemplos de procesamiento.

1. El rendimiento de las herramientas diamantadas de ultraprecisión UPC

El diamante monocristalino tiene una estructura cristalina cúbica en la que los átomos de carbono están firmemente unidos mediante enlaces covalentes. Su constante de red es de 3,567 angstroms y la distancia entre los átomos unidos es de 1,544 angstroms. Debido a las características de la estructura atómica del diamante monocristal, se puede utilizar como material de herramienta para obtener una dureza excelente y bordes cortantes suaves y afilados que otros materiales no tienen. Las herramientas de diamante de ultraprecisión UPC se preparan mediante tecnología de rectificado de ultraprecisión, que puede maximizar las características del material y obtener un filo con un filo suave y resistencia al desgaste. Se puede combinar con máquinas herramienta de ultraacabado para lograr formas finas y asféricas de alta precisión. El súper acabado.

Para cumplir con los requisitos del superacabado del molde, la profundidad de corte debe establecerse en el rango nanométrico. Por esta razón, los requisitos para las herramientas de corte son: ①El radio del arco de la punta de la herramienta alcanza una agudeza de decenas de nanómetros; ②La suavidad de la cresta del filo alcanza el nivel nanométrico. Cuando se procesa con la misma profundidad de corte que el radio de la punta de la herramienta, no es fácil dañar la superficie de trabajo de la pieza de trabajo, el procesamiento es estable, la evacuación de viruta es suave y el cambio de espesor de corte es causado por la deformación elástica. de la pieza de trabajo también es muy pequeña, lo que puede lograr un súper acabado.

2. La diferencia en el estado de desgaste de diferentes materiales de piezas procesados ​​por herramientas UPC

El estado de desgaste termoquímico de las herramientas de diamante varía mucho según el tipo de material que se procesa. Después del torneado frontal de cobre libre de oxígeno y aluminio puro con una herramienta de torneado de diamante de superprecisión de filo recto con un ángulo de punta de 130° en un torno de ultraprecisión, el estado de desgaste de la punta de la herramienta indica que la cara de desprendimiento de la herramienta para cortar cobre sin oxígeno ha producido El cráter en forma de media luna se desgasta, pero la línea de cresta del filo permanece afilada; el desgaste de la línea de cresta del filo de corte de la herramienta para cortar aluminio puro se convierte en un borde de arco circular, pero no se encuentra desgaste en forma de cráter en forma de media luna en la cara de inclinación. A partir de las diferencias en estos estados de desgaste, se pueden ver diferentes mecanismos de desgaste: al cortar cobre, el desgaste en cráter en la cara de desprendimiento de la herramienta es causado por la oxidación del diamante por la acción catalítica del cobre, y la línea de cresta del corte el borde de la herramienta se debe a la pieza de trabajo Contacto completo sin espacios sin desgaste oxidativo; Al cortar aluminio, se genera carburo de aluminio debido al contacto directo entre la superficie de trabajo y la superficie de la herramienta, y el filo elimina el material de la pieza de trabajo y el filo se desgasta. Sin embargo, la dirección del desgaste se extiende y al cortar cobre. Por el contrario (expandiéndose desde el filo hasta la cara del flanco), no se producirá el desgaste en forma de media luna de la cara de corte.

Debido a los diferentes fenómenos termoquímicos de los diferentes materiales de la pieza de trabajo, el estado de desgaste de la herramienta también es diferente, por lo que los ángulos frontal y posterior razonables de la herramienta deben diseñarse de acuerdo con los diferentes tipos de materiales de la pieza de trabajo.

3. Ejemplos de procesamiento de herramientas de diamante de ultraprecisión UPC-R

UPC-R es una herramienta de diamante UPC de ultraprecisión con filo de corte circular. Su uso típico es para el ultraacabado de moldes de espejos asféricos como los DVD. La precisión del contorno del filo de arco de la herramienta UPC-R es inferior a 50 nm, que es la precisión más alta del mundo; el arco R mide sólo 5 μm, que también es el más pequeño del mundo. Los puntos principales del procesamiento de moldes de espejos asféricos en máquinas herramienta CNC de ultraprecisión de dos ejes con herramientas de diamante de ultraprecisión UPC-R incluyen: ①Cómo formar continuamente virutas delgadas y estables y descargarlas sin problemas; ②La pieza de trabajo debe tener un alto nivel de rendimiento de equilibrio dinámico al girar. ③La pieza de trabajo se puede centrar con precisión; ④El suministro estable de fluido de corte, etc. Debido a que la reacción termoquímica durante el procesamiento del acero grafitizará el diamante y lo difundirá a la pieza de trabajo, las herramientas de diamante UPC no son adecuadas para moldes de acero con superacabado. Sin embargo, si la superficie del molde de acero se recubre sin electricidad con una capa de níquel de decenas de micras a cientos de micras de espesor, se pueden utilizar herramientas de diamante UPC para el ultraacabado. En cuanto a la calidad del recubrimiento, elija un recubrimiento amorfo que no produzca defectos estructurales cristalinos como porosidad y segregación.

4. Ejemplos de procesamiento de herramientas de diamante de ultraprecisión UPC-T

UPC-T es una herramienta de diamante de ultraprecisión UPC con filos de corte triangulares, que se utiliza principalmente para el ultraacabado de moldes de rejillas de difracción, como moldes de lentes Fresnel y placas guía de luz de cristal líquido.

En los últimos años, la alta precisión, la miniaturización y la integración de componentes ópticos se han desarrollado rápidamente. Desde lentes asféricas hasta lentes Fresnel que pueden ser delgadas, livianas e integradas, los requisitos para la tecnología de ultraacabado están aumentando. Alto. Este modo de procesamiento es un ejemplo del uso de una herramienta de diamante de ultraprecisión UPC-T para lograr un súper acabado de la parte de rejilla fina y la forma asférica. Por lo tanto, se requiere que el filo de la herramienta de torneado tenga un filo R <100nm and excellent cutting performance. The cutting edge of UPC-T's tip is a small cutting edge of 50nm, which can realize super finishing.

El mecanizado de moldes con herramientas de diamante de ultraprecisión se ha convertido en un método de procesamiento indispensable en el procesamiento de moldes de lentes. En el futuro, con la mejora de la calidad de los moldes y la demanda cada vez mayor del mercado de piezas moldeadas multifuncionales y de alta precisión, así como el aumento de la demanda de procesamiento de moldes en los campos médico y biológico, el desarrollo de nuevas herramientas seguirá siendo promovido