PCD刀具金刚石砂轮刃磨质量的研究

发布时间: 2020-06-04 发布者: 富耐克应用研究中心

PCD刀具在加工工件之前必须保证良好的刃口,金刚石砂轮刃磨是目前使用最广泛的方法。研究表明,刃口质量越高,在工件加工表面刀具几何复映区交界处留下的刀痕越细,加工工件的表面光洁度越高。因为刃口崩缺或扩展极易引起刀具磨损或损坏,降低刀具使用寿命。刃口崩缺是金刚石刀具刃口质量的关键指标。

PCD刀具的刃磨机理:金刚石砂轮的磨粒不断冲击PCD材料,使PCD上的金刚石发生脆性破碎(包括晶内微细破碎、沿晶破碎和解理破碎)、滑擦磨损、刻划作用;热化学作用则是磨削过程中产生的高温使金刚石发生氧化或石墨化。影响PCD刀具的刃口质量的因素很多,PCD复合片中金刚石微粉颗粒度、金刚石砂轮种类、设备性能及工装夹具刚性等。

1.PCD复合片中金刚石微粉颗粒度

在其他条件相同的情况下,PCD材料的金刚石微粉颗粒度与刀具刃口崩缺呈正相关关系,即微粉粒度越大,刃口崩缺也越大。同时,混合粒度的刃口崩缺小于粗颗粒的,更接近中粒度的,这是因为单纯的粗颗粒中间填充的是金属结合剂,而混合粒度是在粗颗粒之间既有结合剂又有其他细粒度级配。

在刃磨过程中砂轮金刚石的磨粒不断冲击PCD刀具刃口处,PCD刀具塑性较差,刃口处就会产生微观崩刃。从微观方面分析,PCD刀具中的金刚石颗粒在被挤压、摩擦中出现脆性破碎并形成崩缺,而脆性破碎形成的崩缺大小与金刚石微粉颗粒度成正相关,粒度越大,刃口崩缺也越大。此外,由于细砂轮的金刚石磨料硬度低于中、粗颗粒PCD中的金刚石微粒,磨料的刻划作用弱,但细砂轮的磨料易磨损和堵塞,磨削温度高时,滑擦和热化学作用占主导,这样就减小或消除了脆性破碎出现的较大崩口,故最终形成的刃口崩缺小于粒度尺寸。

2.金刚石砂轮种类

刃口崩缺顺序:金属结合剂砂轮>陶瓷结合剂砂轮>树脂结合剂砂轮。砂轮粒度大于W10时,刃口崩缺值对砂轮粒度很敏感,并随粒度增大而增大;当砂轮粒度小于W10时,刃口崩缺值对砂轮粒度不敏感。

金属结合剂金刚石砂轮磨粒在磨削过程中发生破碎以保持锋利状态,从而实现磨削,树脂结合剂金刚石砂轮表面会因为受热而发生变形,宜采用较低磨削速度,陶瓷结合剂是由多种材料配压而成,磨削过程中结合剂和金刚石磨粒容易集体脱落,致使PCD刀具表面处留下凹坑。

3.设备转速

在PCD刀具的刃磨过程中,较高或较低的转速都无法保证刃口的质量,需要一个适中的转速才能获得最小的刃口崩缺,刃磨机床的刚性精度影响最优转速的范围区间。

4.磨削压力

一般情况下,刃口崩缺最大值随着磨削压力的增大而增大。磨削压力增大,单个磨粒对PCD的挤压作用也会增强,造成PCD更容易发生解理破碎和疲劳破碎。压力太小则磨削效率低,压力太大则刃口易产生崩缺,需要根据设备情况确定合适的磨削压力。

综上所述,金刚石砂轮磨削PCD刀具刃口质量最关键的是不产生刃口崩缺,需要根据不同的PCD牌号确定合适的加工工艺,以保证良好的加工刃口,进而延长PCD刀具的使用寿命并提高加工工件的表面质量。

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