单晶金刚石刀具研磨工艺及影响因素(上)

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　　1金刚石刀具的研磨方法

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　　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最大平面锯割开，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。

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　　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，首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。

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　　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。

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　　2磨削量的影响因素

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　　通过实验发现，磨削量与研磨条件的关系为V=kv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。

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　　3研磨质量的影响因素

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　　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

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　　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。

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　　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。

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　　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，可获得最理想的研磨盘面，此时盘面达到稳定的时间最短，研磨后的刀刃锯齿度最小。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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　　刃磨角对研磨质量的影响

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　　刃磨角q是研磨的线速度方向与刀刃的夹角。当q>0°时，研磨方向从刀体指向刀刃，称为顺磨；当q<0°时，研磨方向从刀刃指向刀体，称为逆磨。图2所示为刀刃锯齿度与刃磨角的关系。由于金刚石的抗拉强度极高，顺磨时，刀刃承受拉应力，因此磨后锯齿度较小；逆磨时，刀刃承受压应力，因此磨后锯齿度较大。从图2可看出，当q大于且接近于0°时刀刃可获得最小的锯齿度，此时刃口处的应力方向与刀刃基本平行,而刀刃在此方向上有最高的抗拉应力强度。平行于刀刃研磨的另一个好处是刀面的磨痕也与刀刃平行，在切削加工中不会复映到已加工表面，有助于提高切削加工质量。