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    PCD刀具金剛石砂輪刃磨質量的研究

    發布時間: 2020-06-04 發布者: 富耐克應用研究中心

    PCD刀具在加工工件之前必須保證良好的刃口,金剛石砂輪刃磨是目前使用最廣泛的方法。研究表明,刃口質量越高,在工件加工表面刀具幾何復映區交界處留下的刀痕越細,加工工件的表面光潔度越高。因為刃口崩缺或擴展極易引起刀具磨損或損壞,降低刀具使用壽命。刃口崩缺是金剛石刀具刃口質量的關鍵指標。

    PCD刀具的刃磨機理:金剛石砂輪的磨粒不斷沖擊PCD材料,使PCD上的金剛石發生脆性破碎(包括晶內微細破碎、沿晶破碎和解理破碎)、滑擦磨損、刻劃作用;熱化學作用則是磨削過程中產生的高溫使金剛石發生氧化或石墨化。影響PCD刀具的刃口質量的因素很多,PCD復合片中金剛石微粉顆粒度、金剛石砂輪種類、設備性能及工裝夾具剛性等。

    1.PCD復合片中金剛石微粉顆粒度

    在其他條件相同的情況下,PCD材料的金剛石微粉顆粒度與刀具刃口崩缺呈正相關關系,即微粉粒度越大,刃口崩缺也越大。同時,混合粒度的刃口崩缺小于粗顆粒的,更接近中粒度的,這是因為單純的粗顆粒中間填充的是金屬結合劑,而混合粒度是在粗顆粒之間既有結合劑又有其他細粒度級配。

    在刃磨過程中砂輪金剛石的磨粒不斷沖擊PCD刀具刃口處,PCD刀具塑性較差,刃口處就會產生微觀崩刃。從微觀方面分析,PCD刀具中的金剛石顆粒在被擠壓、摩擦中出現脆性破碎并形成崩缺,而脆性破碎形成的崩缺大小與金剛石微粉顆粒度成正相關,粒度越大,刃口崩缺也越大。此外,由于細砂輪的金剛石磨料硬度低于中、粗顆粒PCD中的金剛石微粒,磨料的刻劃作用弱,但細砂輪的磨料易磨損和堵塞,磨削溫度高時,滑擦和熱化學作用占主導,這樣就減小或消除了脆性破碎出現的較大崩口,故最終形成的刃口崩缺小于粒度尺寸。

    2.金剛石砂輪種類

    刃口崩缺順序:金屬結合劑砂輪>陶瓷結合劑砂輪>樹脂結合劑砂輪。砂輪粒度大于W10時,刃口崩缺值對砂輪粒度很敏感,并隨粒度增大而增大;當砂輪粒度小于W10時,刃口崩缺值對砂輪粒度不敏感。

    金屬結合劑金剛石砂輪磨粒在磨削過程中發生破碎以保持鋒利狀態,從而實現磨削,樹脂結合劑金剛石砂輪表面會因為受熱而發生變形,宜采用較低磨削速度,陶瓷結合劑是由多種材料配壓而成,磨削過程中結合劑和金剛石磨粒容易集體脫落,致使PCD刀具表面處留下凹坑。

    3.設備轉速

    在PCD刀具的刃磨過程中,較高或較低的轉速都無法保證刃口的質量,需要一個適中的轉速才能獲得最小的刃口崩缺,刃磨機床的剛性精度影響最優轉速的范圍區間。

    4.磨削壓力

    一般情況下,刃口崩缺最大值隨著磨削壓力的增大而增大。磨削壓力增大,單個磨粒對PCD的擠壓作用也會增強,造成PCD更容易發生解理破碎和疲勞破碎。壓力太小則磨削效率低,壓力太大則刃口易產生崩缺,需要根據設備情況確定合適的磨削壓力。

    綜上所述,金剛石砂輪磨削PCD刀具刃口質量最關鍵的是不產生刃口崩缺,需要根據不同的PCD牌號確定合適的加工工藝,以保證良好的加工刃口,進而延長PCD刀具的使用壽命并提高加工工件的表面質量。

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