聚晶金剛石刀具刃磨工藝刀具刃磨更難

    聚晶金剛石(PCD)是將粒度為微米級的金剛石微粉與少量金屬粉末(如CO)混合后在高溫(1400℃)、高壓(6000MPa)下燒結(jié)而成的聚晶體。與其它刀具材料相比，聚晶金剛石具有如下性能特點(diǎn)：①極高的硬度和耐磨性；②高導(dǎo)熱性和低熱膨脹系數(shù)，切削時(shí)散熱快，切削溫度低，熱變形小；③摩擦系數(shù)小，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，因此不適合加工黑色金屬及其合金。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、高耐磨性和硬質(zhì)合金的良好強(qiáng)度與韌性。

    PCD刀具在有色金屬及其合金、非金屬材料的高速切削中體現(xiàn)出優(yōu)良的切削性能，因此已廣泛應(yīng)用于汽車、航空、航天、建材等工業(yè)領(lǐng)域。但是，PCD的高硬度、高耐磨性使刀具的刃磨相當(dāng)困難，主要體現(xiàn)在材料磨除率小、砂輪損耗大、刃磨效率低、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。為了突破這一工藝瓶頸，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究開發(fā)工作。

    2PCD刀具刃磨技術(shù)

    PCD刀具的主要刃磨工藝有放電刃磨、金剛石砂輪機(jī)械刃磨、電解刃磨等，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，下面對這兩種刃磨方法作一綜合分析。

    2.1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。電火花放電加工技術(shù)用于刃磨PCD刀具稱為放電刃磨(EDG)。

    (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，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，將刀具材料熔化和氣化。刃磨PCD刀具時(shí)，由于金剛石不導(dǎo)電，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)，由此可見，放電刃磨是一種熱蝕加工過程。由于電火花放電的溫度可高達(dá)8000～12000℃，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，可在表面形成深約0.05mm的微裂紋，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程，磨削力小到可忽略不計(jì)，故刃磨效率很高。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；而V.Baar等人在實(shí)驗(yàn)中則得到了1.0mm3/mm3的磨耗比。

    (2)刃磨設(shè)備

    放電刃磨時(shí)，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)，工作電壓一般為直流80～200V，砂輪電極采用銅、鎢、石墨等導(dǎo)電材料。根據(jù)刀具刃磨時(shí)的位置，放電刃磨可分為圓周放電刃磨和端面放電刃磨。刃磨過程中，砂輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使其能均勻磨損。在端面放電刃磨中，砂輪還需左右擺動(dòng)。脈沖電源是影響刃磨效率和刃磨質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備，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

    國外學(xué)者對PCD刀具的放電刃磨技術(shù)開展了大量試驗(yàn)研究，其中英國伯明翰大學(xué)的T.B.Thoe等人的研究成果較具代表性。