关于陶瓷结合剂金刚石砂轮磨削加工PDC的介绍

发布者:金锐 发布时间:2018/4/26 10:57:42 阅读:

陶瓷结合剂金刚石磨具具有陶瓷结合剂和金刚石的共同特点,与普通磨料磨具相比,它的磨削能力强,磨削温度低,磨具耐用度高;磨削时磨具的形状保持性好,加工出来的零件尺寸精度高;磨具整体自锐性好,修整间隔的时间长,修整时也比较容易;磨削时不易堵塞、不易烧伤工件,并且可以用各种冷却液冷却。因此,陶瓷结合剂金刚石磨具在国外一些发达国家的使用日益增多,而我国还处于实验室阶段或试用阶段。


陶瓷结合剂金刚石磨具主要应用于金刚石刀具、立方氮化硼刀具、硬质合金、金属陶瓷、铁氧体、铸铁、宝石、普通陶瓷及新型工程陶瓷材料的磨削和加工,亦可用于铬淬火钢轴承滚柱、汽车和拖拉机曲轴、液压泵齿轮颈等精密磨削。


研究开发高强度、低温、低膨胀系数的陶瓷结合剂,是目前国内外超硬材料陶瓷磨具研究的重点。金刚石的热稳定性不高,在空气中加热到700 ℃以上时,即开始氧化或石墨化,质量减低,表面结构开始变化,强度降低。在非氧化性介质中,于1600~1800 ℃时,将全部石墨化。开发的结合剂其耐火度只有760℃,其烧成温度远低于1000℃,烧结过程中,金刚石性能几乎没有变化。


SiO2的热膨胀系数为0.5×10-6/℃,有人研究,增加结合剂中的SiO2含量,其热膨胀系数可大为降低,会急剧地提高结合剂的耐火度,从而也就提高了砂轮的烧成温度,对金刚石磨粒有一定的炭化作用,因此SiO2的含量必须适中,从而达到磨粒与结合剂之间的最佳匹配。结合剂的机械强度也是一个影响砂轮综合性能的重要方面,其抗折、抗拉强度与硬度都会影响砂轮的使用寿命。金刚石是已知世界上最硬的物质,具有优良的机械性能,在磨削加工过程中,往往是结合剂首先出现破坏而引起金刚石磨粒的脱落。二者要达到同步损耗,砂轮才能有较高的耐用度,但要做到这一点,并不容易,除应选择高强度硼玻璃外,还要注意砂轮的烧成工艺,以获得结合剂机械性能的最佳值。


PDC是金刚石微粉与硬质合金基体经高温高压烧结而成的复合材料,其磨耗比一般达到13~40万,属于极难加工产品。陶瓷结合剂金刚石砂轮在加工PDC时相对于树脂结合剂金刚石砂轮还具有如下5个方面的优势:


  ①陶瓷砂轮的磨削效率是树脂砂轮的3倍以上;


  ②砂轮在整个磨削过程中,除首先砂轮表面开刃以外,无须再修整。树脂砂轮必须修整7~12次,否则磨不动工件;


  ③磨削出来的PDC在形状上也大为不同,树脂砂轮加工出来的PDC侧面投影成等腰梯形,有金刚石层的一头远大于基体另一头,而陶瓷砂轮加工出来的PDC侧面投影成长方形,2个端面尺寸一致,此点用角尺测量一目了然。特别是PDC“跑料”时,树脂砂轮几乎无法修正,陶瓷砂轮就不会出现这种情况。这主要是因为树脂砂轮具有一定的弹性,在磨削加工时会产生一定的退让,而陶瓷砂轮因整体弹性模量大、刚性好、能耐高温、磨削时不会产生让刀现象;


  ④工件光洁度要比树脂砂轮好。因为树脂砂轮中的树脂材料不耐高温,在200℃时就容易软化,产生较大的脆性,从而引起砂轮崩边,故砂轮中往往添加了较多的铜粉用以散热,而铜的延展性大,容易粘附在PDC四周,使得加工出来的产品不光亮。而陶瓷砂轮加工出来的产品几乎可以达到镜面的程度,有望粗、精加工一道工序完成;


  ⑤可以采用大进给量。树脂砂轮如果采用大进给量时,要么砂轮磨不动工件,要么砂轮崩块。


  总之,陶瓷砂轮磨削加工PDC时,其磨削效率高,磨削时修整次数少,工件尺寸加工精度高,光洁度高,是磨削PDC最合适的选择。但存在的问题是陶瓷砂轮在制造成本上比树脂砂轮要高,因此必须进一步提高砂轮的耐用度,以扩大陶瓷砂轮在磨削加工PDC材料时的性价比优势。

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