关于PCD刀具的金刚石砂轮刃磨工艺的介绍

发布者:金锐 发布时间:2017/11/27 15:23:07 阅读:

PCD刀具在有色金属及其合金 、非金属材料的高速切削中体现出优良的切削性能,已广泛应用于汽车、航空、航天、建材等工业领域。但是,PCD 的高硬度、高耐磨性使刀具刃磨相当困难,主要体现在材料磨除率小 、砂轮损耗大 、刃磨效率低 、刃口呈锯齿状等。

常用的PCD刀具刃磨工艺有金刚石砂轮机械刃磨 、放电刃磨 、电解刃磨等 ,其中以金刚石砂轮机械刃磨在技术上最为成熟,在目前使用也最为广泛。该方法虽然刃磨效率较低 、加工成本较高 ,但可获得良好的刀具刃口质量和完整 、光洁的前后刀面。

金刚石砂轮机械刃磨 PCD刀具的材料去除机理比较复杂,德国学者M .Kenter认为,金刚石砂轮磨削PCD刀具的过程中发生了刻划作用和滑动作用,材料的去除方式主要为粘结 、刻划 、摩擦化学反应和表面断裂。他认为,在绝大多数情况下,PCD 材料的去除是以摩擦化学反应和表面断裂为主。由于PCD材料脆性大,在金刚石磨粒的挤压下容易诱发裂纹,裂纹在机械和热应力作用下扩展 ,最终导致小片PCD材料剥落,同时,摩擦热会使 PCD 发生石墨化和其它摩擦化学反应。

我国艾兴院士等人认为PCD材料的去除方式为:当砂轮与PCD接触的瞬间,磨削力突然增大,剧烈的机械 冲击使 PCD表面产生裂纹甚至破碎。在稳定磨削期,砂轮磨粒在PCD 表面上进行挤压和摩擦,当压力达到一定程度时,PCD表面会形成裂纹;当摩擦温度达到一定程度时,PCD会发生石墨化和其它化学反应。

PCD材料的特性决定了对PCD刀具刃磨机床的要求,不能等同于普通工具磨床,即必须满足以下条件:

(1)要求砂轮主轴及机床整体具有很高的刚性和稳定性,以保持刃磨时砂轮对 PCD 材料的恒定压力。

(2)砂轮架可横向摆动,以保证砂轮端面磨损均匀,砂轮架的摆动频率和幅度可调。

(3)配置光学投影装置和高精度回转工作台。

(4)采用专用金刚石砂轮

PCD刀具的机械刃磨主要是依靠与金刚石砂轮的摩擦化学反应和表面断裂来切除多余材料,金刚石砂轮的粒度 、浓度和结合剂等对PCD刀具刃磨的质量和效率影响很大。因此,正确选用砂轮十分重要。经验表明,在可以满足加工质量要求的前提下,应尽量选用粒度较大的砂轮。

选定砂轮后,需对砂轮进行平衡。首先将砂轮平衡仪放置于镜面台上进行校准,通过调整平衡仪底部的3个平衡螺母,使平衡仪内的平衡水泡位于正中央即可。然后将砂轮滑人砂轮调整棒中,调整砂轮侧面的3个平衡螺钉使其均布(相互夹63角约为120),直至平衡仪内的平衡水泡再次位于正中央,砂轮即实现了平衡。此外,由于金刚石砂轮较昂贵,为充分利用砂轮的磨削能力和防止出现沟痕,应根据 PCD 刀具尺寸合理选择砂轮摆动幅值。

砂轮磨削加工一段时问后 ,磨粒之间的缝隙会被磨屑填满,导致磨削面变钝,加工效率降低(此时砂轮磨削时往往发出吱吱尖啸声)。为保持砂轮的切削能力,需要经常对砂轮切削面进行清洁,方法是将碳化硅(SIC)磨石压在砂轮磨削面上旋转打磨。

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