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天然金刚石刀具以其优异的切削性能成为超精密加工的理想刀具。随着超精密加工技术的不断发展,应用需求对天然金刚石刀具的刃口形状以及切削刃表面质量有更加苛刻的要求。在当前技术水平下,天然金刚石刀具的制造方法仍以机械刃磨为主,新刃磨出的刀具刃口虽然极其锋利,但刃口强度低,微观缺陷明显,直接切削硬脆材料容易导致缺陷扩展,刀具磨损加剧,使用寿命降低,在一定程度上阻碍了超精密加工技术的发展。因此需要对刃磨成形金刚石刀具进行刃口钝化处理,提高刃口强度,改善刃口表面质量,延长刀具使用寿命。刃口钝化可理解为刀具以“磨损状态”去除材料,并且“磨损状态”可控。本文首先分析金刚石刀具切削不同材料时出现的不同磨损速率,得出刀具切削单晶硅、光学玻璃等硬脆材料在较短切削距离内产生磨损,切削铁钴镍等过渡金属磨损更加剧烈,加工有色金属和高分子聚物则长距离切削后才出现刀具磨损。根据不同材料引起金刚石刀具磨损速率的差异,本文选用高分子聚合物抛光垫作为刃口钝化材料,建立了刀具刃口钝化工艺系统,并通过初步试验论证了刃口钝化工艺的可行性,为天然金刚石刀具刃口钝化试验奠定了基础。其次,本文建立了天然金刚石刀具刃口钝化的质量评价指标,即:1)刃口钝圆半径50nm;2)AFM扫描范围2μm×2μm内,刃口表面粗糙度Ra优于1nm,Rz优于15nm,且无可视的刃口纳米缺陷。以刃口钝化质量评价指标为基础,深入阐述了各工艺参数对R(100)F(110)天然金刚石刀具刃口钝化质量的影响规律,进而优选出了R(100)F(110)天然金刚石刀具刃口钝化的理想工艺参数组合,即:钝化时间100~120min,机床主轴转速1800~2400rpm,刀刃挤压抛光垫深度20~25μm,刀刃-抛光垫接触压力4.9~14.7N,抛光垫往复运动行程2~4mm,抛光垫往复运动频率0.2~0.3Hz,刀柄俯仰角0°。然后,本文继续对R(100)F(100)天然金刚石刀具进行大量刃口钝化工艺实验,分析各工艺参数对R(100)F(100)天然金刚石刀具刃口钝化质量的影响规律,从而优选出了R(100)F(100)天然金刚石刀具刃口钝化工艺的理想工艺参数组合,即:钝化时间60~80min,机床主轴转速2100~2400rpm,刀刃对抛光垫挤压深度5~10μm,刀刃-抛光垫接触压力14.7~19.6N,抛光垫往复运动行程4mm,抛光垫往复运动频率0.3~0.4Hz,刀柄俯仰角0°。最后,本文进行了刃口钝化后的金刚石刀具使用寿命验证实验。选用单晶锗作为工件材料,以工件表面粗糙度优于Ra 5nm作为刀具正常使用状态的评价标准,计算总的刀具切削距离,进而比较刃口钝化处理与未处理金刚石刀具的使用寿命。切削实验结果表明,经过刃口钝化处理的金刚石刀具使用寿命是未钝化刀具使用寿命的1.45倍。