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1、金刚石的结晶构造属于最简单的等轴晶系。如果金刚石的晶形完整，通常只含两种晶面，即六面体或立方体的 (100)面(通常为四方形)，及八面体或正立与倒影对接的四面锥体的 (111)面(三角形或六边形)。随着垂直于这两种晶面方向生长速率的高低，(100)与(111)面的大小也跟着消长，形成一系列的六至八面体。工业用金刚石的粒度在30目以下(小于0.59mm)，而且一种工具所用金刚石的粒度处于一定范围内，比如40/50，50/60，80/100等。正是由于金刚石粒度和形状的多样性，使得金刚石的有序排布存在较大的困难。本文借鉴其它相关技术，设计了四种新型的金刚石有序排布方案，并对其装置进行结构设计。1.
2、1电磁排布1.1.1电磁排布原理纯金刚石不具有磁性，但工业用人造金刚石，由于在高温高压合成时使用的触媒中含有Fe、C。、Ni等，使得大多数金刚石中含有杂质，从而具有一定的磁性。测定表明，人造金刚石的平均磁化率在156x10-60.6x10-6cm/g之间。因此，可利用电磁铁或磁铁来实现金刚石有序排布。装置的主要原理是多枚细针按一定的阵列形式组合成针模板，利用电磁铁或磁铁磁化细针，然后利用集中在针尖的磁力吸附金刚石，控制针尖的磁力大小，使每个针尖能且仅能吸附一颗金刚石，将细针移动到基体表面后释放磁力，实现金刚石的有序排布。 1.1.2电磁排布装置示意图电磁排布系统的结构示意图如图1-1所示。其具
3、体工作过程为:(l)基体在传送带的带动下移动到电磁排布系统的悬臂的正下方，传送带停止运转。(2)金刚石排布电磁铁在导轮的带动下，移动到装料盘的正上方，支座上的传动齿轮顺时针转动，使排布电磁铁在升降齿条的推动下向下移动到装料盘。(3)调节针模板上的细针的磁力，排布电磁铁的细针针尖接触到装料盘里的金刚石并将其吸住。(4)传动齿轮逆时针转动，把排布电磁铁带离装料盘，在达到一定高度后，电磁铁断电，此时细针已被磁化仍具有磁性，金刚石不会脱落。(5)排布电磁铁在导轮的带动下，移动到基体的正上方，传动齿轮顺时针转动，排布电磁铁下降，针尖靠近基体，电磁线圈通电，去磁磁通与永磁磁通互相抵消，电磁铁吸引力消失，金
4、刚石落下并排布在钎料合金表面。(6)传送带移动一个工位，把排布好金刚石的基体带走，并送来下一个待排布的基体。 图1-1电磁排布系统结构示意图 1.2静电排布1.2.1静电排布基本原理静电植砂是利用高压静电场，使磨粒成为带电体，在电场力的作用下克服自身重力，而被吸附到已涂有粘结剂的基体上，其原理示意图如图1-2所示。通过静电植砂技术对磨料进行相对有向合理分布，并与网格排布技术结合起来，就可实现金刚石有序排布。图1-2静电植砂工艺过程示意图人造金刚石由于有杂质的存在，在外电场的作用下，可被静电场极化，受到极板电荷的作用力，当两极板间电场强度达到一定强度后，金刚石将会克服自身重力的作用，沿电力线的方
5、向向上移动。如此，只需把包覆了网模板的基体放置到两极板间，就可以在其表面排布金刚石。1.2.2静电单层排布装置示意图静电排布箱的结构如图1-3所示。在开始工作之前，须根据生产要求选择适合的网模板，并安装到滑块上。并根据需要调节两极板间的电压和距离。装置具体的工作过程如下所述:(1)在基体上涂敷有机胶后，把基体安置在传送带上。启动传送带，由传送带把基体传送到静电排布箱里的网模板的正上方，基体到达指定位置后传送带停止运转。(2)电机驱动带轮运转，在带轮的带动下，连杆推动滑块和网模板沿着导轨向上移动。当滑块和网模板达到导轨的顶端时，网模板正好覆盖在基体的表面。同时，由于有挡铁的阻挡作用，连杆和带轮停
6、止运动，带轮的驱动电机断电。(3)静电排布箱下方的电磁铁和落料轮的驱动电机通电。电磁铁把挡住贮料漏斗出口的调料刀吸持上去，使出料口打开。电机驱动落料轮转动，把从出料口流出的金刚石送到下极板之中。(4)给上下极板通电，在静电力的作用下，金刚石克服自身重力，沿电力线的方向向上移动。通过网模板，将金刚石排布到基体上。(5)电机驱动带轮反向转动，滑块和网模板在连杆的带动下向下移动。当滑块和网模板移动到导轨的底端后，网模板在导轨的导向作用下向下倾斜，把留在网模板上的余料金刚石倾倒到下极板上。(6)排布好金刚石的基体在传送带的带动下离开静电排布箱，在基体表面涂附好钎料后进行钎焊。而静电排布箱则继续为下一个
7、基体排布金刚石。图1-3静电排布箱1.3机械筛网自动排布1.3.1机械筛网自动排布原理机械筛网自动排布装置主要是根据平面、环形或球面的金刚石工具表面形貌和金刚石排布的要求，设计孔模板的形状和网孔的阵列形状，依据网孔排布原理，使金刚石在一定压力的作用下，通过网孔，排布到基体表面，实现金刚石自动排布。1.3.2机械筛网自动排布装置示意图本装置原理图如图1-4所示，主要由顶盖、带导向销的垂直导向柱塞、储料筒、连网转轴、复位弹簧、以及两个特制筛网所组成。图中所示是这个装置的核心部分。排布原理如下: 图1-4机械筛网自动排布装置 两个特制筛网，网孔的大小和位置完全相同，直径比所需排布的金刚石粒径略大，但
8、小于2倍金刚石粒径。筛网二点厚度亦在12倍金刚石粒径之间，筛网一可略微厚一点，但也不宜超过金刚石粒径的34倍。储料筒空腔内储放金刚石，两个特制筛网初始状态网孔错开一定角度。柱塞外部有两个对称的小凸台与套筒的沟槽相配合，保证柱塞在上下移动时不发生旋转;内部有一斜槽，导向销装于槽内。装置具体的工作过程如下: (1)当有外来压力压向顶盖推动柱塞向下压时，导向销相对斜槽向上运动，从而带动转轴和筛网一旋转一定角度，使两个筛网的网孔重合。(2)筒内空气压缩将金刚石压下，排布于基体上。(3)当松开顶盖上的外力时，弹簧回弹，将柱塞顶上去，同时转轴旋转过的角度复位，阻止金刚石继续下落。完成金刚石的排布。1.4吸
9、气筛网自动排布1.4.1吸气筛网自动排布原理气动筛网自动排布装置的主要原理是利用真空泵抽气时产生的吸引力，吸持住锥孔筛网网孔中的金刚石，随后把筛网移动到基体上方，将金刚石排布到基体上，实现金刚石的自动排布。1.4.2吸气筛网自动排布装置结构示意图图1-5气动筛网自动排布装置气动筛网自动排布装置的原理图如图1-5所示，装置主要有真空泵，布料吸盘、软管、工件台、支撑钢板、轴承、转轴和定位销八个主要部分。其中工件台的高度可调整。布料吸盘是装置中的关键部分，结构如图1-6所示。孔模板是根据所需的金刚石排布方式加工出若干小锥孔，锥孔的上孔径大于所需排布的金刚石粒径，但小于2倍金刚石粒径。下孔径小于所需排
10、布的金刚石粒径，孔的形状如图1-6中A-A截面所示。这样布料吸盘下端抽气时，锥孔中的金刚石就会被吸入到锥孔中。为了防止布料吸盘上的金刚石通过吸盘吸进真空泵里，特设计了两个过滤层，把吸进的金刚石和空气中的粉尘过滤掉。此外，可根据工件的具体形状要求设计孔模板的形状，以满足不同大小和形状的工件上金刚石排布的需求。图1-6布料吸盘结构示意图装置具体工作过程如下:(1)布料吸盘在图1-5所示位置时，将金刚石撒在布料吸盘上，用一个外形与布料吸盘上孔模板形状相符的刮板将多余的金刚石刮走。(2)启动真空泵，气体通过筛网纱布和过滤层被抽走，金刚石被吸附在锥孔中。(3)拔出定位销，转动转轴，旋转180后，将定位销插入支撑钢板另一边的定位孔内。此时布料吸盘转动到工件台上方，并翻转对准台上的工件。调整工件台的高度，使布料吸盘与工件靠近，且具有一定的间隙。(4)关闭真空泵，此时吸附在孔模板上的金刚石被瞬间进入布料吸盘内的空气吹到涂有胶水和钎料混合物的工件上。因布料吸盘与工件的间距极小，金刚石到达工件表面时仍能保持孔板上锥孔阵列的形状，实现金刚石的有序排布。(5)拔出定位销，反向转动转轴180，将布料吸盘复位，插上定位销定位。1.5本文小结本文设计了电磁排布，静电排布，机械筛网自动排布，吸气筛网自动排布四种简单实用的金刚石自动排布装置，可根据工具基体的形状要求，排布出所需的金刚石阵列图案。