1、引言
在切削技術中，刀具生產(chǎn)加工技術的革新具有十分重要的意義，因為它直接影響機械加工效率的高低和加工質(zhì)量的好壞。刀具生產(chǎn)技術（包括刀具材料和加工技術）最近幾年已經(jīng)有了很大改進和提高，但隨著新興耐磨材料的大量涌現(xiàn)，給刀具加工質(zhì)量（刃口表面粗糙度）和刀具壽命（耐磨度）等提出了更高的要求。聚晶金剛石(PCD)復合片兼有天然盒剛石的硬度、耐磨性和硬質(zhì)合金的抗沖擊性，是理想的刀具材料。PCD刀具尤其在高速切削有色金屬及其合金、非金屬材料等加工中表現(xiàn)出優(yōu)異的切削性能，因此被廣泛應用于汽車、摩托車、航空航天、石材、木材等加工領域。
然而，PCD材料的高硬度、高耐磨性也給其加工帶來了困難。目前，加工PCD材料刀具，一般采用金剛石砂輪磨削工藝，要想充分發(fā)揮PCD刀具本身固有的優(yōu)越性，就要根據(jù)不同的使用目的制作出不同幾何參數(shù)的刀具，在磨削加工中對刀具加工設備、磨削速度、砂輪、刀具幾何參數(shù)等選擇、修整及設計制作起著關鍵性作用。下面主要就PCD刀具磨削加工中的幾點問題作一些探討。
2、關鍵問題
2.1設備選擇
PCD刀具加工磨床須滿足的基本條件如下：
(1)足夠的剛性及穩(wěn)定性。磨削PCD刀具時，將會產(chǎn)生很大的磨削力，磨削系統(tǒng)剛性應該足以使由此產(chǎn)生的變形減到最小。
(2)振動小。磨床應采用精密度軸承、精密導軌和精確的帶傳動系統(tǒng)，以使振動減少。
(3)主軸功率足夠。主軸功率不宜小于1kW，推薦使用2kW。
(4)磨削力大小可調(diào)。調(diào)整磨削力其目的在于補償砂輪同工件接觸區(qū)域磨削力的變化。通過調(diào)整粗磨、精磨時的壓力，可對使用的各種砂輪進行磨削力的優(yōu)化。
(5)冷卻液能充分供給。冷卻系統(tǒng)至少要有2 0L/min的流量，通常使用加有防銹劑的水溶液作為冷卻液。
2.2砂輪的選擇
(1)粒度 砂輪的選擇直接影響加工刀具刃口的表面粗糙度及加工效率，其中主要是砂輪的粒度的選擇。一般在滿足刀具刃口加工質(zhì)量要求的前提下，盡量選擇較粗的粒度，這樣在
保證刀具的加工質(zhì)量的情況下，可最大限度地提高加工效率。對于PCD刀具的磨削加工選-用一種粒度的砂輪是很難達到滿意效果，一般選用2-3種不同粒度砂輪進行磨削。用PCD刀具加工工件的表面粗糙度一般要求在Ra0.08μm以上，所以要求刀具刃口也要有很高的表面粗糙度。在實際加工中，通常刀具刃磨后甩40～50倍放大鏡檢查刃口，如刃口光滑，沒有崩口，即可滿足使用要求。
在加工中采用W40、W28、W7樹脂砂輪進行磨削試驗，刀具刃口如圖1所示，只有W7修磨的刃口滿足使用要求，但如果只用W7砂輪進行磨削加工，完成一把刀的刃磨要用幾天時間，所以要對刃口進行粗磨。只使用W28與W7砂輪磨削，磨20把刀就用完1片W28砂輪。如果先用W40砂輪進行粗磨，再分別用W28、W7進行中磨與精磨，磨100把刀消耗W40、W28各一片，因此只使用W28進行磨削加工是不經(jīng)濟的。
(2)濃度 砂輪的濃度對于刀具加工也是有一定影響的。濃度增大，參加切削的磨粒數(shù)增多，工作效率高；但濃度太大，結合劑所占比例減小，砂輪磨粒會因為粘結力減弱過早脫落，從而降低砂輪使用壽命。通過對75%、100%、12s%等三種濃度的wz8及W7樹脂結合劑砂輪進行對比性試驗，發(fā)現(xiàn)濃度低的砂輪磨削效率較低，砂輪消耗較快；而濃度高的砂輪較硬，容易使刃口出現(xiàn)崩口；濃度在100%的W28砂輪使用效果很好，而對W7砂輪來說，75%濃度效果好一些。
(3)結合劑 2000年開始我們使用本公司砂輪廠生產(chǎn)的樹脂結合劑的砂輪。通過粒度、濃度的加工試驗之后，我們認為樹脂砂輪質(zhì)量很穩(wěn)定，能滿足刀具加工的要求。經(jīng)過一段時間加工使用后進衍統(tǒng)計、分析，結果如下：一般情況下，每加工100把PCD刀消耗掉W40、W28、W7樹脂砂輪各一片，每把刀的砂輪消耗為15元左右，每天可磨削10把刀。
之后，又試用了陶瓷結合劑的砂輪，并做了對比性試驗分析，選用W28或W20的陶瓷結合劑砂輪進行粗磨，結果發(fā)現(xiàn)磨削效率很高，與使用W40樹脂結合劑砂輪粗磨的時間相同，而刃口磨削效果達到W28樹脂砂輪的磨削效果。然后，再使用W8陶瓷結合劑砂輪進行精磨就可以達到使用要求。這樣，既減少了加工工序，叉縮短了磨削時間。統(tǒng)計結果如下：一片W28或W20陶瓷砂輪與一片W8陶瓷砂輪能加工400把刀，每把刀的砂輪消耗為10元左右，平均每天可磨削20把刀。
2.3 磨削速度的選擇
金剮石砂輪對PCD材料的磨削作用實質(zhì)上是兩種硬度及性質(zhì)相近的物質(zhì)之間的互磨，與普通磨削過程（磨料硬度遠高于被磨材料硬度）具有明顯區(qū)別，因此PCD復合片刃磨工藝具有自身的變化規(guī)律。為了使砂輪達到最佳使用狀態(tài)，就磨削速度V。對PCD材料的磨除率Q、磨耗比(PCD與砂輪消耗體積的比值)G的影響進行了試驗分析。
磨削試驗在臺灣產(chǎn)FC一200D型PCD＆PCBN工具磨床上進行。使用粒度為W28、濃度100%，規(guī)格為150×40×15×5的樹脂結合劑金剛石砂輪磨削GE公司生產(chǎn)的1300PCD復合片。試驗中采用水基切削液。磨削工藝參數(shù)：砂輪擺速40次／min，進給量0.08mm/min。
磨削試驗結果如圖2、3所示。由圖2可見PCD磨除率Q隨磨削速度V。的提高而遞增；由圖3可見，磨耗比G曲線存在駝峰，即中速磨削(18m/s～25m／s)時C值最大，而高低速磨削時G值均較小。
對應的砂輪磨耗率Qs與磨削速度V；的關系曲線如圖4所示。由圖可知，在對應G曲線駝峰的磨削速度范圍內(nèi)？砂輪的磨耗率最小；而在其它磨削速度下砂輪的磨耗率均較大。
2.4砂輪的修整
(1)現(xiàn)象在刀具磨削過程中，砂輪工作表面會被切屑堵塞，如圖5所示。這時如果再繼續(xù)使用，由于金剛石露出部分變小，切削能力減小，磨削壓力增大，將加大機床產(chǎn)生振動，影響加工質(zhì)量；同時，摩擦力增大，發(fā)熱量加大，將有可能燒損PCD刀片。為了避免上述情況，就要在磨削加工中對砂輪進行修整，修整工具一般采用碳化硅砂條。
(2)修整方法 手持砂條，從內(nèi)側向外側接觸砂輪表面，用力盡量均勻，一般每磨一把刀中間修5～8次。由于手持砂條用力和移動速度不可能特別均勻，砂輪經(jīng)過一段時間修磨后，會出現(xiàn)軸向和徑向高低不平現(xiàn)象，這時，可采用夾持式修整。將砂條固定于刀架上，調(diào)整砂輪擺動，使砂條貫通砂輪，即砂輪擺向任何一方時，都可與砂條脫開，開始時進刀量可大一點，這時一般為點接觸，隨著接觸面積增大，進刀量相應減小，當砂輪與砂條從接觸到脫開，發(fā)出均勻的“沙沙”聲時，表明砂輪已基本修平，這時每次進刀0.005rmn，并使砂輪擺動兩次，防止砂輪出現(xiàn)中間高外周低的情況。
3、分析與探討
(1)選擇加工設備時，為獲得高質(zhì)量刀具刃口，必須選擇剛性好、振動小的刀具磨床。目前，國產(chǎn)PCD＆PCBN刀具磨床質(zhì)量有很大提高，但與進口設備相比還有一定差距，建議使用性能好的刀具加工設備。
(2)磨削PCD刀具可采用樹脂結合劑砂輪W40（粒度較大）進行粗磨，W28（中等粒度）進行中磨，用W7（粒度較�。┻M行精磨、拋光。也可采用陶瓷結合劑W28或W20進行粗磨，用W8進行精磨、拋光。這樣兩種程序加工出的刀具均能保證在40～50倍放大鏡下觀察刃口非常光滑，沒有崩口，達到刀具的使用要求。砂輪的濃度存在一個最佳使用數(shù)值，前面試驗中使用100%濃度W28樹脂砂輪效果較好，75%
濃度W7樹脂砂輪效果較好，但對于不同結合劑的砂輪，其濃度值還需試驗確定。使用陶瓷結合劑砂輪與使用樹脂結合劑砂輪相比，在同樣保證加工質(zhì)量的情況下既提高了加工效率，叉降低了成本。但陶瓷結合劑砂輪有一定的適用條件，隨著PCD刀具使用的推廣，陶瓷結合劑砂輪會在PCD刀具加工中起到更大的作用。
(3)通過試驗說明，砂輪在中速磨削(18-25 m／s)時處于最佳狀態(tài)。根據(jù)不同的使用情況，在實際加工中，一般采用20m／s左右速度進行粗、中磨，采用25m／s速度進行精磨，砂輪修整時采用10m／s速度。
(4)砂輪修整在磨削加工中必不可少，通過修整，使砂輪保持良好的加工狀態(tài)，保證加工效率及加工質(zhì)量。手持式修整方法簡單方便，可在加工中隨時進行；刀架夾持式修整方法不手持式簡便，但修整效果較好，在實際加工中應視情況結合使用兩種方法。
4、結束語
當今世界機械工業(yè)發(fā)展日新月異，我國包括汽車飛機制造業(yè)在內(nèi)的大多數(shù)生產(chǎn)加工企業(yè)隨著WTO的加入，在面臨巨大挑戰(zhàn)的同時也面臨著更大的市場與機會，我國的刀縣行業(yè)發(fā)展已丑趨完善，PCD刀具是超硬材料刀具眾多產(chǎn)品中一道亮麗風景，必將在這些生產(chǎn)加工企業(yè)發(fā)展洪流中發(fā)揮巨大作用。
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