1 引言  

　　隨著現代科學技術的高速發(fā)展幅猖，由聚晶金剛石(PCD)闺蜈、聚晶立方氮化硼(PCBN)等超硬材料制成的刀具品種越來越豐富，其性能也得到不斷發(fā)展和提高艾烫。刀片磨料粒徑從數十微米镀翁、幾微米到納米級；金剛石拄讨、立方氮化硼的含量分為低含量卸悼、中等含量和高含量；結合劑既有金屬察绷、非金屬也有混合材料干签；PCD層厚度從毫米級到微米級；PCD層與硬質合金襯底的結合方式有平面拆撼、波紋面容劳；PCD層有高耐磨、高韌性闸度、高耐熱等不同特性竭贩。目前PCD、PCBN刀具的應用范圍擴大到汽車莺禁、航天航空留量、精密機械、家電哟冬、木材楼熄、電子電氣等行業(yè)，用于制作車刀浩峡、鏜刀可岂、銑刀和鉆頭、鉸刀村钧、锪刀僵息、鋸刀、鏤刀臊骂、剃刀等咕咸。 

　　盡管PCD、PCBN刀具發(fā)展如此之快云拔，但因其高硬度導致的刀具刃磨困難一直困擾著大多數用戶倡剥，刀片的重磨也主要由原刀具生產廠家來完成。不僅刀具價格高足曹，交貨期長檀萝，而且占用企業(yè)流動資金。因此林品，很有必要認真研究PCD的磨削特點及PCD刀具的刃磨技術词惭。 

　　2 PCD刀具的制造工藝 

　　PCD切削刀具的生產工藝流程一般包括拋光、切割增队、固接扣墩、刃磨、質檢等扛吞。PCD超硬材料毛坯直徑通常有1/2呻惕、1、2滥比、3亚脆、4英寸，其表面一般較粗糙(Ra2～10μm)盲泛，不能直接用于制作刀具濒持，需經研磨拋光使其表面達到鏡面(Ra≤0.01μm)，然后通過激光切割或電火花線切割加工成一定幾何形狀和尺寸要求的刀片寺滚，再進一步對刀片和基體待固接面進行機械和化學處理柑营，然后采用銀基硬釬焊將刀片固接于基體上，最后經金剛石砂輪刃磨村视。 

　　PCD切削刀具制造技術的關鍵之一是切削刃的刃磨質量官套。優(yōu)質刀頭材料缺乏理想的刃磨工藝和技術將會造成資源浪費，采用好的刃磨工藝則會提升刀具的產品質量蚁孔，降低刀具使用成本奶赔。 

　　3 PCD材料的磨削加工特點 

　　PCD是由特殊處理的金剛石與少量粘結劑在高溫超高壓下燒結而成。無序排列的金剛石晶粒使PCD具有均勻的眠亿、極高的硬度和耐磨性衷屋。PCD可用于切削刀具、砂輪修整陵租、地質鉆探泉蠢、量具測頭、拉絲摸具育床、噴砂摸具等诡语。但是PCD的高硬度和高耐磨性也給其加工帶來了很大困難。 

　　國內外學者針對PCD材料的高硬度和高耐磨性所帶來的加工難題進行了大量的研究和試驗松浆，其中包括電火花加工窑竖、超聲波加工、電化學加工旧晴、激光加工等适固，并取得了一定效果。但綜合分析發(fā)現遮尚，這些加工技術目前多適用于PCD材料的粗加工場合誊涯。要想獲得好的PCD切削刃口質量挡毅，最理想的加工方法仍是用金剛石砂輪磨削或研磨。  

　　PCD的磨削加工主要是機械和熱化學兩方面混合作用的結果暴构。機械作用是通過金剛石砂輪磨粒對PCD材料的不斷沖擊而形成的金剛石的微破碎跪呈、磨損、脫落或解理取逾；熱化學作用則是金剛石砂輪磨削PCD形成的高溫使金剛石發(fā)生氧化或石墨化耗绿。二者混合作用的結果致使PCD材料被去除。其磨削加工特點主要為： 

　　(1)磨削力很大 

　　金剛石是已知礦物中硬度最高的物質砾隅，與各種金屬误阻、非金屬材料配對摩擦的磨損量僅為硬質合金的1/50～1/800；PCD的硬度(HV)為80～120KN/mm2晴埂，僅次于單晶金剛石究反，遠高于硬質合金。采用金剛石砂輪磨削PCD時邑时，起始切削強度很高奴紧，約為硬質合金(0.4MPa)的10倍以上；比磨削能達1.2×104～1.4×105J/mm3晶丘；因此磨削力遠高于磨削硬質合金冬蝶。 

　　(2)磨削比很小 

　　由于PCD的硬度和耐磨性很高(相對耐磨性為硬質合金的16～199倍)，磨削PCD時其磨削比僅為0.005～0.033象体，約為硬質合金的1/1000～1/100000瘟气；磨削效率僅0.4～4.8mm3/min。因此档改，為了保證切削刀具的刃口質量和去除量断憨，磨削時間很長、加工效率很低谅囚。此外瑰保，當PCD的硬度、含量雄防、粒度不同時柱阱，其磨削時間也相差懸殊。 

　　(3)粒度影響很大 

　　PCD材料用于切削刀具按粒度主要分為三類：粗粒度(20～50μm)康局、中粒度(10μm左右)和細粒度(～5μm)概尝，其磨削力、磨削比相差幾倍至數十倍蟆盐。粗粒度PCD磨削比最高承边，磨削也最困難，且磨削后刃口鋸齒狀最嚴重、質量最差博助，但耐磨性最強险污；細粒度PCD磨削比相對最低，磨削較易富岳、磨削后刃口質量最好罗心。 

　　4 PCD切削刀具刃磨對工裝的要求 

　　基于PCD的上述磨削特點，用金剛石砂輪磨削加工PCD時對刃磨設備的要求比一般工具磨床高得多城瞎。主要有： 

　　(1)機床具有良好的工藝系統(tǒng)剛性 

　　由于PCD材料硬度很高，因此磨床必須有較高的抗變形能力疾瓮，特別是主軸系統(tǒng)和刀具裝夾系統(tǒng)脖镀。PCD切削刀具刃磨時磨削力一般達100～500N。因此要求機床的軸徑大狼电、軸承的軸向剛性和強度要高蜒灰。  

　　(2)機床具有行程可調和速度可調的短程擺動機構 

　　PCD磨削比極低，PCD的磨削加工機理主要是通過金剛石砂輪對PCD材料的不斷沖擊而形成的微破碎哥钉、磨損蜗原、脫落、解理等機械作用和氧化峦铲、石墨化熱化學作用混合的結果嗤锯。因此采用短程擺動機構有利于提高磨削效率，改善刀具刃口質量筑轻。一般擺動距離0～50mm钉栈，擺動速度20～60次/分。 

　　(3)機床的刀夾具有高精度回轉功能和在線檢測裝置 

　　由于PCD材料硬脆而耐磨具雹，通常將其刀尖設計為圓弧狀滥庭，以減小刀具和工件相對振動的幅值。為了實現刀尖圓弧的加工衔系，機床的刀夾應具有高精度回轉功能和刀尖圓弧半徑尺寸與質量在線檢測裝置胞讯。這樣可避免多次裝夾帶來的定位誤差，同時可成倍提高加工效率砾褂。 

　　5 PCD炸涝、PCBN刀具的刃磨工藝 

　　5.1 刃磨工藝的選擇 

　　切削刀具刃磨的目的之一是獲取性價比高的切削刃口質量，而質量好壞的關鍵在于刃磨砂輪粒度的選擇刹碾。砂輪粒度越細燥撞，切削刃崩口越小，而磨削效率越低迷帜。為此可根據刀具切削刃的精度物舒、用途(見表1)或其失效程度(見表2)，將PCD切削刀具刃磨工藝分為粗戏锹、精冠胯、細三個加工階段火诸。根據具體情況制訂合理刃磨工藝可大幅度提高加工效率。 

　　序號—切刃精度—可選刃磨砂輪粒度—用途  

　　a粗—0.05mm—230/270#～320/400#—粗加工  

　　b精—0.02mm—M20～M40—半精加工  

　　c細—0.005mm—M5～M10—精加工  

　　表2 按刀刃失效程度分類(重磨刀具)  

　　序號—失效程度—可選刃磨砂輪粒度—備注  

　　a粗—切刃破損0.5mm—230/270#～320/400#—或電加工  

　　b精—切刃崩口0.3mm—M20～M40  

　　c細—切刃磨損0.1mm—M5～M10 

　　粗加工對刃口要求不高荠察，可選電加工或磨削加工置蜀。電加工效率高，宜用于加工復雜刀具悉盆，如印刷電路板用鉆頭盯荤、切削強化木地板用成型銑刀等。磨削加工時可選粗粒度砂輪焕盟，刃磨時接觸面積大秋秤、磨削力高(300～400N)，可快速去除多余的加工余量铣飘；細加工時選用細粒度砂輪纷辈，刃磨時接觸面積小、磨削力低(100～200N)卤酬、磨削發(fā)熱量少膛躁，但材料去除率低。此階段主要是通過研磨和拋光枕娱，進一步改善切削刃口質量赢虚。精加工居于二者之中。 

　　5.2 刃磨工藝要點 

　　 (1)主軸精度要好叶素，一般砂輪端面跳動應≤0.02mm剧么。砂輪端面跳動過大，磨削時砂輪斷續(xù)沖擊切削刃沧蛉，容易使切削刃發(fā)生崩口苫治，難以獲得高精度切削刃。  

　　(2)砂輪應具有良好的動平衡蟀思。砂輪的不平衡將導致機床的振動零院，進而影響被加工刀具的刃口質量和加工精度。 

　　(3)刃磨砂輪應優(yōu)先選用陶瓷結合劑金剛石砂輪村刨。因為在磨削過程中陶瓷結合劑易發(fā)生微裂使磨粒得到更新自銳告抄，使磨削過程平穩(wěn)，有利于提高加工表面的精度和效率嵌牺；次之可選耐熱性較高的樹脂結合劑金剛石砂輪打洼。 

　　(4)適時注意砂輪開刃，且開刃油石粒度要合適逆粹。用金剛石砂輪加工PCD刀具時募疮，砂輪會發(fā)生堵塞、鈍化、高溫和快速磨損阿浓，導致加工速度降低和振紋他嚷、噪音、燒傷的產生芭毙。通常選擇比所用砂輪粒度細1～2號的軟碳化硅油石作為開刃油石筋蓖。 

　　(5)因金剛石易與鐵系合金發(fā)生化學擴散，加速砂輪磨損魁跷，因此應盡可能避免同時磨削金屬與PCD孟若。  

　　(6)砂輪回轉方向務必從刀具前刀面向后刀面回轉。從磨削時PCD 刀具切削刃的受力可知洗念，當砂輪從刀具前刀面向后刀面回轉時药屠，其磨削力(切向與法向力之和)作用于切削刃向內，即刀具受壓應力誊桅，不易崩刀；反之則為拉應力都鸳，切削刃易崩口难踱。若因刀具結構原因必須反轉刃磨時，則選用樹脂結合劑砂輪優(yōu)于金屬和陶瓷結合劑砂輪猪楣。 

　　(7)為了保證切削刃質量同時提高刃磨效率刷络，可將刀具的后角分為大后角和小后角。用粗粒度砂輪先磨大后角象掖，因接觸面大磨削力大丽优，刃磨效率高；然后用細粒度砂輪刃磨小后角腾蔼，將小后角的刃帶寬度控制在0.1～0.3mm左右手趣，接觸面小刃磨質量好。 

　　(8)盡可能在一次裝夾中完成對刀具切削刃的加工肥荔。 

　　(9)PCD刃磨冷卻液應優(yōu)選水基磨削液绿渣。由于PCD材料硬度高且耐熱性差，水基磨削液冷卻效果優(yōu)于油基磨削液燕耿，可提高加工效率和刃口質量中符。另外磨削過程中冷卻要充分，不能斷流誉帅，避免因磨削液量小或斷續(xù)供給造成金剛石(砂輪淀散、刀具)的大量消耗(氧化、石墨化)和刀具的刃口破損蚜锨。 

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