聚晶金剛石(PCD)是將粒度為微米級(jí)的金剛石微粉與少量金屬粉末(如CO)混合后在高溫(1400℃)仆洞、高壓(6000MPa)下燒結(jié)而成的聚晶體嗦枢。與其它刀具材料相比阅悍，聚晶金剛石具有如下性能特點(diǎn)：①極高的硬度和耐磨性朗伶；②高導(dǎo)熱性和低熱膨脹系數(shù)弦撩，切削時(shí)散熱快，切削溫度低腕让，熱變形泄虑铡歧斟；③摩擦系數(shù)小纯丸，可降低加工表面粗糙度。但由于聚晶金剛石與鐵族元素有很強(qiáng)親和力静袖，因此不適合加工黑色金屬及其合金觉鼻。已實(shí)現(xiàn)商品化供貨的PCD復(fù)合片是將0.5～0.7mm厚的PCD層燒結(jié)在硬質(zhì)合金基體上制備而成，因此兼具了PCD的高硬度队橙、高耐磨性和硬質(zhì)合金的良好強(qiáng)度與韌性坠陈。　　

　　PCD刀具在有色金屬及其合金淮辕、非金屬材料的高速切削中體現(xiàn)出優(yōu)良的切削性能蘸错，因此已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空、航天冬溯、建材等工業(yè)領(lǐng)域缰伶。但是，PCD的高硬度录教、高耐磨性使刀具的刃磨相當(dāng)困難壮煎，主要體現(xiàn)在材料磨除率小、砂輪損耗大字瘫、刃磨效率低触迄、刃口呈鋸齒狀。PCD刀具的刃磨工藝性已成為其推廣應(yīng)用的障礙之一借街。為了突破這一工藝瓶頸惦参，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究開(kāi)發(fā)工作√耄　　

　　PCD刀具刃磨技術(shù)　　

　　PCD刀具的主要刃磨工藝有放電刃磨悼做、金剛石砂輪機(jī)械刃磨、電解刃磨等哗魂，其中放電刃磨和金剛石砂輪機(jī)械刃磨在技術(shù)上已較為成熟肛走，下面對(duì)這兩種刃磨方法作一綜合分析÷急穑　　

　　放電刃磨(EDG)　　

　　電火花放電加工技術(shù)(EDM)(特別是電火花線切割和放電磨削)已廣泛應(yīng)用于刀具制造朽色。電火花放電加工技術(shù)用于刃磨PCD刀具稱為放電刃磨(EDG)∽樘猓　　

　　(1)刃磨機(jī)理　　

　　放電刃磨原理與傳統(tǒng)的磨料磨削原理有根本區(qū)別葫男，也不同于電解刃磨原理(既有磨料機(jī)械作用又有電化學(xué)作用)。放電刃磨是通過(guò)在電介質(zhì)分離的砂輪電極與刀具電極間放電產(chǎn)生瞬時(shí)高溫崔列，將刀具材料熔化和氣化梢褐。刃磨PCD刀具時(shí)，由于金剛石不導(dǎo)電赵讯，所以刀具電極即為PCD中的金屬相構(gòu)成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)盈咳，由此可見(jiàn)，放電刃磨是一種熱蝕加工過(guò)程边翼。由于電火花放電的溫度可高達(dá)8000～12000℃淳某，因此PCD刀具刃磨時(shí)可能引起熱損和石墨化，尤其在PCD與硬質(zhì)合金基底的界面處侵蝕速度更快徽七，可在表面形成深約0.05mm的微裂紋馍上，這是放電刃磨加工方法的主要缺陷。由于放電刃磨是一種非接觸刃磨過(guò)程蛹柔，磨削力小到可忽略不計(jì)哑暮，故刃磨效率很高签梭。R.Wyss等人在一定實(shí)驗(yàn)條件下得到的磨除率達(dá)4mm3/min，磨耗比為0.2mm3/mm3奕碑；而V.Baar等人在實(shí)驗(yàn)中則得到了1.0mm3/mm3的磨耗比翠蓄。　　

　　(2)刃磨設(shè)備　　

　　放電刃磨時(shí)鸣拦，通常采用碳?xì)浠衔?如石蠟)作為砂輪電極與工具電極間的電介質(zhì)抢纹，工作電壓一般為直流80～200V，砂輪電極采用銅葱妒、鎢谚剿、石墨等導(dǎo)電材料。根據(jù)刀具刃磨時(shí)的位置连锯，放電刃磨可分為圓周放電刃磨和端面放電刃磨归苍。刃磨過(guò)程中，砂輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)运怖，使其能均勻磨損拼弃。在端面放電刃磨中，砂輪還需左右擺動(dòng)摇展。脈沖電源是影響刃磨效率和刃磨質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備吻氧，因此脈沖電源的設(shè)計(jì)已成為放電刃磨的研究熱點(diǎn)。

　　(3)研究成果　　

　　國(guó)外學(xué)者對(duì)PCD刀具的放電刃磨技術(shù)開(kāi)展了大量試驗(yàn)研究咏连，其中英國(guó)伯明翰大學(xué)的T.B.Thoe等人的研究成果較具代表性盯孙。　　

　　他們的試驗(yàn)在伯明翰大學(xué)機(jī)械學(xué)院研制的EDG機(jī)床上進(jìn)行祟滴。用于刃磨的PCD樣品牌號(hào)為SynditeCTB002振惰、010、025和Compax1500垄懂、1600骑晶。通過(guò)試驗(yàn)得出如下結(jié)論：①對(duì)于細(xì)晶粒PCD樣品，端面放電刃磨可獲得較好刃口質(zhì)量秋衡；對(duì)于粗晶粒PCD樣品梁促，圓周放電刃磨可獲得較好刃口質(zhì)量。②增大電流诀烫、電壓或脈沖寬度榔况，可增大磨除率峡逆，提高刃磨效率勃拢，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致PCD刀具表面產(chǎn)生更深、更寬的裂紋念弧。③細(xì)晶粒PCD樣品容易引起放電后涛，砂輪電極磨損量小武也，放電中脫落的晶粒平均尺寸等于晶粒本身的尺寸，因此可獲得較好的刃磨質(zhì)量口愁。④粗晶粒PCD樣品與硬質(zhì)合金交界面的侵蝕程度較大耿逐。　　

　　脈沖電源及刃磨工藝步驟對(duì)PCD放電刃磨的質(zhì)量有較大影響鸿挠。德國(guó)學(xué)者E.Beck等人對(duì)此作了大量試驗(yàn)研究醇舶。他們?cè)赩ollmerQR20P專用火花放電工具磨床上分別采用普通型和改進(jìn)型兩種脈沖電源對(duì)PCD放電刃磨質(zhì)量進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)研究，試驗(yàn)采用硅基合成油作為電介質(zhì)宋梧，以石墨作為砂輪電極(負(fù)極)匣沼，主軸轉(zhuǎn)速為500r/min，樣品材料去除量為0.5mm捂龄。此外释涛，在Microspark200通用火花放電磨床上進(jìn)行了刃磨工藝步驟對(duì)PCD刃磨質(zhì)量影響的試驗(yàn)研究，試驗(yàn)采用刃磨PCD專用脈沖電源倦沧，并根據(jù)磨除量及刃磨后的刃口粗糙度將脈沖電源設(shè)置為5級(jí)唇撬；試驗(yàn)樣品牌號(hào)為SynditeCTC002、CTB002展融、CTB010窖认、CTB025，每種粒度PCD各取4件樣品告希，試驗(yàn)中采用不同脈沖電源設(shè)置組合(即不同工藝步驟)進(jìn)行刃磨耀态，然后測(cè)量刃口及刀面粗糙度。通過(guò)試驗(yàn)得出如下結(jié)論：①脈沖電源的設(shè)計(jì)及可控性對(duì)刃磨質(zhì)量可起到?jīng)Q定性作用暂雹，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明首装，配備改進(jìn)型脈沖電源的工具磨床刃磨出的PCD樣品的刃口及刀面粗糙度均接近金剛石砂輪機(jī)械刃磨的質(zhì)量。②通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖電源的設(shè)置進(jìn)行多級(jí)刃磨衔耕，并合理分配每級(jí)磨除量比例及刃磨時(shí)間赊偿，可獲得較高的刃磨質(zhì)量⌒剩　　

　　金剛石砂輪機(jī)械刃磨　　

　　金剛石砂輪機(jī)械刃磨是目前使用最廣泛的PCD刀具刃磨方法绅鉴，與放電刃磨相比，其刃磨效率較低(磨除率約為1.5mm3/min)厉源、加工成本較高(磨耗比約為0.02min3/min3)既蛙，但可獲得良好的刀具刃口質(zhì)量和完整光潔的前、后刀面豆蝠”蜕纾　　

　　(1)刃磨機(jī)理　　

　　金剛石砂輪機(jī)械刃磨PCD刀具的機(jī)理比較復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了大量研究赛羡，目前主要存在以下幾種觀點(diǎn)：①德國(guó)學(xué)者M(jìn).Kenter認(rèn)為衍止，金剛石砂輪磨削PCD刀具的過(guò)程中發(fā)生了刻劃作用和滑動(dòng)作用哗蛋，材料的去除方式主要為粘結(jié)、刻劃园担、摩擦化學(xué)反應(yīng)和表面斷裂届谈。用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察3種被刃磨工件PCD-1(粒度2μm)、PCD-2(粒度10μm)和PCD-3(粒度25μm)的表面微觀形貌時(shí)弯汰，在PCD-1上可觀察到犁溝艰山，而在其它兩種PCD工件上觀察不到犁溝。因此Kenter認(rèn)為：在絕大多數(shù)情況下咏闪，PCD材料的去除是以摩擦化學(xué)反應(yīng)和表面斷裂為主程剥。隨著磨削的進(jìn)行，金剛石磨粒逐漸鈍化汤踏，即使在PCD-1上也不易觀察到犁溝织鲸。由于PCD材料脆性大，在金剛石磨粒的擠壓下容易誘發(fā)裂紋溪胶，裂紋在機(jī)械和熱應(yīng)力作用下擴(kuò)展搂擦，最終導(dǎo)致小片PCD材料剝落，同時(shí)摩擦熱會(huì)使PCD發(fā)生石墨化和其它摩擦化學(xué)反應(yīng)哗脖。②PCD材料的破壞機(jī)理主要為微觀脆性破碎和疲勞破損瀑踢。③我國(guó)艾興院士等人用開(kāi)槽的金剛石砂輪磨削PCD，同時(shí)用超聲波振動(dòng)和激光照射來(lái)模擬磨削時(shí)的機(jī)械沖擊和熱沖擊才避，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果咱茂，將PCD材料的去除方式歸納如下：當(dāng)砂輪與PCD接觸的瞬間，磨削力突然增大棕优，劇烈的機(jī)械沖擊使PCD表面產(chǎn)生裂紋缴碉，甚至有碎片產(chǎn)生。在穩(wěn)定磨削期佣虑，砂輪磨粒在PCD表面上進(jìn)行擠壓和摩擦叁乍，當(dāng)壓力達(dá)到一定程度，PCD表面上會(huì)形成裂紋弧定；當(dāng)摩擦溫度達(dá)到一定程度则沃，PCD會(huì)發(fā)生石墨化和其它化學(xué)反應(yīng)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)锡跺，用開(kāi)槽的金剛石砂輪進(jìn)行磨削時(shí)章迎，由于磨削力不連續(xù)，加之冷卻液的周期冷卻作用渴甜，有利于裂紋擴(kuò)展焚寂，從而使開(kāi)槽砂輪比非開(kāi)槽砂輪的磨削效率高1～2倍。　　

　　(2)刃磨設(shè)備　　

　　PCD材料的特性決定了對(duì)PCD刀具刃磨機(jī)床的要求不同于普通工具磨床粉臊，即：①要求砂輪主軸及機(jī)床整體具有很高的剛性和穩(wěn)定性草添，以保持刃磨時(shí)砂輪對(duì)PCD材料的恒定壓力驶兜。②砂輪架可作橫向擺動(dòng)扼仲，以保證砂輪端面磨損均勻；砂輪架的擺動(dòng)頻率和擺動(dòng)幅度可調(diào)抄淑。③機(jī)床上應(yīng)配置光學(xué)投影裝置和高精度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)屠凶。④應(yīng)采用專用金剛石砂輪∷磷剩　　

　　(3)研究成果　　

　　德國(guó)學(xué)者M(jìn).Kenter通過(guò)試驗(yàn)矗愧，研究了金剛石砂輪機(jī)械刃磨PCD的工藝參數(shù)對(duì)磨除率、磨耗比的影響郑原。由于PCD刀具刃磨為恒定壓力磨削唉韭，因此M.Kenter采用磨除率和磨耗比作為試驗(yàn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得出如下結(jié)論：①為使杯狀金剛石砂輪徑向磨損均勻犯犁，應(yīng)使砂輪與刀具的重合度≥1属愤，通過(guò)調(diào)節(jié)刃磨機(jī)床砂輪擺動(dòng)架的擺幅和頻率可達(dá)到這一要求。②分別增大砂輪旋轉(zhuǎn)速度VC口迟、恒定壓力FA和PCD粒度岗命，磨除率和磨耗比均隨之增大。由于這三個(gè)工藝參數(shù)對(duì)磨除率和磨耗比影響程度最大保蒲，因此可通過(guò)改變其大小來(lái)提高刃磨效率品救，降低刃磨成本。③砂輪粒度贼卿、金剛石濃度他景、結(jié)合劑種類、冷卻液濃度等均對(duì)磨除率和磨耗比有一定影響彬率∈搅妫　　

　　研究方向　　

　　PCD刀具的放電刃磨和金剛石砂輪機(jī)械刃磨技術(shù)目前仍不完善，今后的主要研究方向有以下幾點(diǎn)：①刃磨后的PCD刀具刃口質(zhì)量及表面質(zhì)量較差是放電刃磨工藝存在的突出問(wèn)題鄙叼；而金剛石砂輪機(jī)械刃磨工藝的主要缺點(diǎn)則是PCD刀具刃磨效率低贡金、刃磨成本高。為解決這些關(guān)鍵問(wèn)題群娃，需要對(duì)影響刃磨質(zhì)量衅侥、刃磨效率、刃磨成本的關(guān)鍵參數(shù)建立數(shù)學(xué)模型劫瞳，深入研究工藝要素的作用機(jī)理及相互關(guān)系倘潜，通過(guò)對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行綜合優(yōu)化，改善刃磨工藝系統(tǒng)的性能志于。②針對(duì)主要PCD產(chǎn)品的刃磨工藝進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)涮因。③從理論上進(jìn)一步深入研究PCD刃磨機(jī)理废睦，以指導(dǎo)實(shí)用刃磨工藝的開(kāi)發(fā)與完善。根據(jù)PCD材料的特性养泡，對(duì)現(xiàn)有刃磨工藝方法進(jìn)行復(fù)合研究嗜湃，探索行之有效的新型刃磨工藝±窖冢　　

　　隨著PCD刀具應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展购披，對(duì)PCD刀具刃磨工藝的研究顯得日益重要，而此項(xiàng)研究的成果也必將有力推動(dòng)PCD刀具的發(fā)展和推廣應(yīng)用肩榕。

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