一种光纤切割用钻石刀的加工设计方法技术

本发明专利技术涉及超精密加工的技术领域，公开了一种光纤切割用钻石刀的加工设计方法。为了解决现有技术无法兼顾使钻石刀刃有较高锋利度和较大强度等问题，提出了发明专利技术技术方案，其特征是：包括以下步骤，Ａ．选料；Ｂ．确定一根晶轴的轴向作为钻石刀刃方向；Ｃ．对天然钻石、或对合成钻石确定加工基面；Ｄ．以确定的加工基面来精确确定刀刃面的方位；然后确定与基面垂直的两个刀面的方位；再加工两个刀面；Ｅ．以所述的两个刀面分别作为定位面、实施对钻石刀的刀刃面及刀刃的加工。有益效果是：可以使刀刃在达到锋利度要求的同时具有较大的机械强度和耐磨性，产品合格率高，修复方便、可以容易达到与新品相同的性能指标。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超精密加工的
，特别是涉及一种光纤切割用钻石刀的加工设 计方法。
技术介绍
铺设或维修四通八达的光纤通讯网离不开光纤切割、对接技术。超精密微型光纤切割所使用的钻石刀是现代光纤切割、对接不可缺少的专用工具(见图1)。钻石是世上最硬的晶体材料，被称为珍贵的超硬工具材料。精密微型钻石刀具必 须以钻石单晶为原料。在钻石刀的设计上，为了保证钻石刀的刀刃强度达到加工和使用要求，通常都采 用比较大的楔角，如常规钻石切削刀具的楔角必须大于75°的角度。增大钻石刀的楔角虽 然可以提高刀刃的强度，但刀刃的楔角越大，刀刃锋利度越差。为了保证光纤玻璃切割后的切面平整光滑，以使光信号能顺利通过切割面，光纤 切割用钻石刀的刀刃需要非常锋利，因此该刀的楔角希望能做得小。但在现有技术的生产 中，如果将钻石切割刀设计、制造为小楔角的话，将会出现很多问题和困难一是刀刃的强 度不够，容易损坏；二是在制造中，产品的合格率较低，浪费了宝贵的钻石材料；三是使用 后的修复，不仅工艺步骤繁复、加工过程困难重重，而且还往往达不到钻石刀新品出厂时的 性能指标。
技术实现思路
采用现有技术设计、加工的切割钻石刀，无法兼顾钻石刀刃的较高锋利度和较大 强度，而且在生产中产品合格率低，浪费大；使用后的修复困难很大。本专利技术的目的是为了解决上述的技术问题，提出一种新的加工设计方法，其技术 方案如下。1. ，所述的加工设计包括首次生产制作中 的加工设计方法和经使用后再进行修复的方法；所述的首次生产制作中的加工设计方法， 包括以下步骤，A.选用Ia或Ib型天然钻石单晶体或Ib型合成钻石单晶体，选用的要求还有 a.体积为10mm3以上；b.净度达到一级砂轮刀用金刚石的标准；c.晶形完整，或者晶形完 整的部分占全部单晶体的50%以上；B.用放大镜观察、检查钻石单晶体，确定一根晶轴的轴向作为钻石刀刃方向；C.利用钻石晶体的生长特征、钻石晶体的溶解特征、钻石晶体的对称性、钻石晶体 的异向性规律，确定钻石刀的加工基面，所述的确定，其内容包括设计工作和验证工作；实施所述的确定钻石刀的加工基面时，其目标要求如下，a.加工设计对象是天然钻石单晶体的，其目标要求是包括下列内容的任意组合加工基面与垂直的(100)晶面上四边形蚀纹的对角线平行；加工基面与(111)晶面呈54° 44'夹角；加工基面与阶梯状生长台阶、生长纹平行；加工基面与(111)晶面上的三角锥中的一边平行；加工基面与(111)晶面上的倒三角蚀纹的一边平行；加工基面与(110)晶面上的平行蚀纹平行、或与网状生长纹呈对称状态；加工基面与(111)晶面的中等一完全解理面呈54° 44'夹角；加工基面与(110)晶面的不完全解理的阶梯状条纹平行；加工基面与钻石晶体的二根晶轴平行；所述的二根晶轴，其方向由晶体的(111) 晶面部位、(100)晶面部位、(110)晶面上的(210)面溶蚀方向位置确定；b.加工设计对象是合成钻石单晶体的，其目标要求是包括下列内容的任意组合加工基面与(111)晶面呈54° 44'夹角；加工基面与阶梯状生长台阶、生长纹平行；加工基面与(111)晶面上的三角锥中的一边平行；加工基面与(111)晶面的中等一完全解理面呈54° 44'夹角；加工基面与(110)晶面的不完全解理的阶梯状条纹平行；加工基面与合成钻石晶体的二根晶轴平行；所述的二根晶轴，其方向由晶体的 (111)晶面部位、(100)晶面部位、(110)晶面部位、合成钻石晶体上的籽晶幻影方位确定；D.以确定的加工基面来精确确定刀刃面的方位；然后确定与基面垂直的两个刀 面的方位；再加工两个刀面；E.以所述的两个刀面分别作为定位面、实施对钻石刀的刀刃面及刀刃的加工。2.所述的加工基面确定为(001)、(00丁)晶面，所述的刀刃既与(001)晶面平行、 又和由X晶轴、Y晶轴所在的平面平行；所述的刀刃与两根L3轴所在的平面平行、或者所述 的刀刃与两根L3轴所在的平面之间的不平行度< 3° ；所述的刀刃面与所述的加工基面成 59° 士 Γ夹角；所述的二个刀面与所述的加工基面垂直、并与两根L3轴所在的平面平行， 或者所述的二个刀面与所述的加工基面垂直、并与两根L3轴所在的平面之间的不平行度 彡3°。3.所述的刀刃，其处在钻石晶体(100)面网的一个密度最大的行列上，其线密度 为3/a/I > (a = 0. 356nm)，所述的刀刃，其微观共价键结构呈可以提高强度和耐磨性的 对称状态。4.所述的经使用后再进行修复的方法是指以所述的两个刀面分别作为定位面、 实施对钻石刀的刀刃面及刀刃的修复。本专利技术的有益效果是实施本专利技术的加工设计方法，可以使光纤切割用钻石刀的 刀刃在达到锋利度要求的同时具有较大的机械强度和耐磨性，产品合格率高，使用后的修 复不仅方便，而且可以容易达到与新品出厂时相同的性能指标。附图说明图1是本专利技术方法在一个八面体中实施的示意图；图2是图1中的八面体的示意图3是图1中的钻石刀头示意图；图4是加工完成后钻石刀头的立体示意图； 图5是钻石刀头的的示意图。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。 具体实施例方式钻石单晶刀具的加工设计，首先要设计钻石单晶晶体的加工定向、即确定刀具加 工基面的晶向。由于晶体的异向性，在设计定向时，一是要考虑选择钻石晶体结构中面网密 度相对大的方向作刀刃，以保证钻石刀的耐磨性；二是要考虑刀刃受力方向如何避开钻石 晶体的解理方向，设计稍有不周，钻石单晶的异向性和解理特性极有可能成为钻石刀的簿 弱点，导致在加工或使用过程中钻石刀刃强度不够，造成钻石刀刃裂碎；三是要按照钻石刀 的加工工艺要求，从钻石晶体不同方向上的硬度差异来考虑钻石刀的加工定向。要加工最 硬的钻石晶体，就要按钻石晶体的硬度差异来设计钻石刀每个加工面的琢磨抛光方向，以 使设计钻石刀能实现加工。比如，设计加工定向必须使钻石刀刃的二个刀刃面中的一个能 实施刀刃面的逆向加工抛光，否则，即使设计的加工定向能满足其它各项要求，最终也会因 为不能实施刀刃的抛光而失败。因此，钻石晶体的加工定向是钻石刀加工设计的关键。在钻石刀的设计上，为了保证钻石刀的刀刃强度达到加工和使用要求，通常都采 用比较大的楔角，如常规钻石切削刀具的楔角必须大于75度。增大钻石刀的楔角可以提高 刀刃强度，但刀具楔角越大，刀刃锋利度越差。为了保证光纤玻璃切割后的切面平整光滑， 以使光信号能顺利通过切割面，光纤切割用钻石刀的刀刃必须非常锋利，因此该刀的楔角， 在强度得到保证的情况下，希望能小一些。精密微型光纤切割用钻石刀设计、加工主要难点 是(1)切割光纤需要切割刀非常锋利，因此钻石刀的楔角要小一些，这使刀刃强度和加工 工艺的设计难度较大；(2)光纤切割用钻石刀属于微型钻石刀，加工过程对钻石刀的定向、 固定、琢磨、检测等都有较大难度，造成加工精度难以保证，加工合格率较低；(3)光纤切割 用钻石刀在使用后刀刃需要多次修复，对加工工艺的重复精度要求很高。本专利技术方法可以使钻石刀的刀刃密度相对最大、使钻石刀刃微观的共价键结构 呈对称状态、使钻石刀的刀刃强度和光纤切割质量得到提高(刀刃微观共价键结构是指钻 石刀刃对应晶向上的碳原子共价键晶体结构状态)。本专利技术的加工工艺简便、可靠本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤切割用钻石刀的加工设计方法，所述的加工设计包括首次生产制作中的加工设计方法和经使用后再进行修复的方法；其特征是：所述的首次生产制作中的加工设计方法，包括以下步骤，Ａ．选用Ⅰａ或Ⅰｂ型天然钻石单晶体或Ⅰｂ型合成钻石单晶体，选用的要求还有：ａ．体积为１０ｍｍ３以上；ｂ．净度达到一级砂轮刀用金刚石的标准；ｃ．晶形完整，或者晶形完整的部分占全部单晶体的５０％以上；Ｂ．用放大镜观察、检查钻石单晶体，确定一根晶轴的轴向作为钻石刀刃方向；Ｃ．利用钻石晶体的生长特征、钻石晶体的溶解特征、钻石晶体的对称性、钻石晶体的异向性规律，确定钻石刀的加工基面，所述的确定，其内容包括设计工作和验证工作；实施所述的确定钻石刀的加工基面时，其目标要求如下，ａ．加工设计对象是天然钻石单晶体的，其目标要求是包括下列内容的任意组合：加工基面与垂直的（１００）晶面上四边形蚀纹的对角线平行；加工基面与（１１１）晶面呈５４°４４′夹角；加工基面与阶梯状生长台阶、生长纹平行；加工基面与（１１１）晶面上的三角锥中的一边平行；加工基面与（１１１）晶面上的倒三角蚀纹的一边平行；加工基面与（１１０）晶面上的平行蚀纹平行、或与网状生长纹呈对称状态；加工基面与（１１１）晶面的中等－－－完全解理面呈５４°４４′夹角；加工基面与（１１０）晶面的不完全解理的阶梯状条纹平行；加工基面与钻石晶体的二根晶轴平行；所述的二根晶轴，其方向由晶体的（１１１）晶面部位、（１００）晶面部位、（１１０）晶面上的（２１０）面溶蚀方向位置确定；ｂ．加工设计对象是合成钻石单晶体的，其目标要求是包括下列内容的任意组合：加工基面与（１１１）晶面呈５４°４４′夹角；加工基面与阶梯状生长台阶、生长纹平行；加工基面与（１１１）晶面上的三角锥中的一边平行；加工基面与（１１１）晶面的中等－－－完全解理面呈５４°４４′夹角；加工基面与（１１０）晶面的不完全解理的阶梯状条纹平行；加工基面与合成钻石晶体的二根晶轴平行；所述的二根晶轴，其方向由晶体的（１１１）晶面部位、（１００）晶面部位、（１１０）晶面部位、合成钻石晶体上的籽晶幻影方位确定；Ｄ．以确定的加工基面来精确确定刀刃面的方位；然后确定与基面垂直的两个刀面的方位；再加工两个刀面；Ｅ．以所述的两个刀面分别作为定位面、实施对钻石刀的刀刃面及刀刃的加工。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：沈志义，赵磊，
申请(专利权)人：上海老凤祥钻石加工中心有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]