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影响单晶金刚石刀具的研磨的因素分析
时间:2019-04-24

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       1金刚石刀具的研磨方法

  单晶金刚石刀具的制造工序一般包括选料、定向、锯割、开坯、装卡、粗磨、精磨和检验。将选定的金刚石原石经定向后沿较大平面锯割开,可得到两把刀具的坯料,这样既能提高金刚石材料的利用率,又可减少总研磨量。通过开坯可使刀具形状达到装卡(镶嵌或钎焊)要求。开坯和粗、精磨加工均采用研磨的方法。

  金刚石的研磨加工在铸铁研磨盘上进行。研磨盘的直径约为300mm,由材料组织中孔隙的形状、大小和比例均经过优化的研磨金刚石专用高磷铸铁制成。研磨盘的表面镶嵌有金刚石研磨粉,其颗粒尺寸可从小于1µm直到40µm。粗颗粒的金刚石粉具有较高的研磨速率,但研磨质量较差,因此粗磨时一般采用粗粉,而精磨时则采用尺寸小于1µm的细粉。研磨前,先将金刚石粉与橄榄油或其它类似物质混合成研磨膏,然后涂敷在研磨盘表面,放置一段时间使研磨膏充分渗入研磨盘的铸铁孔隙中,再用一较大的金刚石在研磨盘表面进行来回预研磨,以进一步强化金刚石粉在铸铁孔隙中的镶嵌作用。研磨时,一般将被研磨的金刚石包埋在锡斗中,只露出需研磨的面。研磨时的研磨盘转速约为2500r/min,研磨压力约为1kg/mm2。金刚石的研磨与其它刀具材料的加工有很大区别,其研磨机理至今尚未得到令人信服的阐释,影响研磨质量的因素也是多方面的。下面就金刚石刀具研磨的一些工艺问题进行讨论。

  2磨削量的影响因素

  通过实验发现,磨削量与研磨条件的关系为

  V=kvp

  式中V——研磨体积

  k——磨削率

  v——磨削速度

  p——研磨压力

  此外,金刚石的磨向、磨料的粒度、磨粒在铸铁孔隙中的镶嵌状况等因素也会改变磨削率的大小,从而影响磨削量。

  3研磨质量的影响因素

  金刚石硬度高、脆性大,研磨时虽然刀具表面粗糙度较易保证,但刀刃容易出现崩口,刀刃锯齿度不易降低。超精密加工要求刀具刃口在500倍显微镜下观察无崩口,因此需要从各方面优化研磨过程,以获得平直完美的刀刃。

  研磨粉粒度和研磨盘表面状态对研磨质量的影响

  可以看出,由于粗粉对刀刃的冲击性较大,研磨后刀刃锯齿度也较大,基本上难以研磨出无崩口的刀刃;而采用细粉时,经过几分钟的研磨后刀刃即变得平直,锯齿度趋向于零。

  新制造的研磨盘因加工精度的限制,其盘面不平度较大,对于研磨的稳定性有一定影响。此外,刚涂敷在盘面上的磨粒本身的等高性也较差。经过一段时间的研磨后,盘面上的高点被研平,磨粒中的较大颗粒也被打碎或铲离盘面,从而使磨粒的等高性得到改善,刀刃锯齿度稳定减小。所以对于金刚石刀具的开刃或精磨等关键工序,必须在稳定的研磨盘盘面上进行。

  由于研磨过程中磨粒会被不断打碎或损失,若不及时加以补充,将导致因盘面磨粒密度不够而使金刚石直接与铸铁接触,不但会影响刀具研磨质量,还会因金刚石的挤刮作用破坏或堵塞盘面上的孔隙,从而降低研磨盘的使用寿命。因此,在研磨过程中需要经常向盘面添加新的研磨膏。

  此外,在涂粉之前对研磨盘盘面的预处理也至关重要,一般需用油石或较粗的SiC研磨粉对盘面进行推磨,以去除车削沟纹,提高盘面的平整性。通过用各种油石和SiC粉研磨盘面的比较试验,发现用TL280ZY1油石推磨盘面1小时后再涂以W1细金刚石粉,可获得较理想的研磨盘面,此时盘面达到稳定的时间较短,研磨后的刀刃锯齿度小。而采用游离的SiC研磨粉则容易堵塞盘面上的孔隙,使金刚石粉难以大量而牢固地镶嵌于研磨盘上

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