作者：大連理工大學(xué)超硬材料工具研究所 劉峰斌 來(lái)源：《工具技術(shù)》
cD>o(#x] upJishy&I 1 引言
Ns $PS\ UOY1^wY 聚晶金剛石（PCD）是將粒度為微米級(jí)的金剛石微粉與少量金屬粉末（如CO）混合后在高溫（1400℃）、高壓（6000MPa）下燒結(jié)而成的聚晶體。與其它刀具材料相比，聚晶金剛石具有如下性能特點(diǎn)：①極高的硬度和耐磨性；②高導(dǎo)熱性和低熱膨脹系數(shù)，切削時(shí)散熱快，切削溫度低，熱變形小；③摩擦系數(shù)小，可降低加工表面粗糙度。但由于聚晶金剛石與鐵族元素有很強(qiáng)親和力，因此不適合加工黑色金屬及其合金。已實(shí)現(xiàn)商品化供貨的PCD復(fù)合片是將0.5～0.7mm厚的PCD層燒結(jié)在硬質(zhì)合金基體上制備而成，因此兼具了PCD的高硬度、高耐磨性和硬質(zhì)合金的良好強(qiáng)度與韌性。
p$V+IJtO( p-}:7CXP 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(chē)、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(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究開(kāi)發(fā)工作。
VMHY.Rf ;~K($_#H 2 PCD刀具刃磨技術(shù)
=f["M=)ZJ -lp_~)j^ 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(duì)這兩種刃磨方法作一綜合分析。
}_;nl n?t( zPXd]jIwV 2.1 放電刃磨（EDG）
&yN<@. =_86{ wl k 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(chēng)為放電刃磨（EDG）。
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r O j,D （1）刃磨機(jī)理
e`oc#Od&x] Ju\"l8[f 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(guò)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(jiàn)，放電刃磨是一種熱蝕加工過(guò)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(guò)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。
l ghzd6 5Q88OxH （2）刃磨設(shè)備
o#Y1Uamkf 0 QpWt 放電刃磨時(shí)，通常采用碳?xì)浠衔铮ㄈ缡灒┳鳛樯拜嗠姌O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(guò)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)。
s 6egd%r vuAjAeKm （3）研究成果
V1fPH; 4EK[gM 8 國(guó)外學(xué)者對(duì)PCD刀具的放電刃磨技術(shù)開(kāi)展了大量試驗(yàn)研究，其中英國(guó)伯明翰大學(xué)的T.B.Thoe等人的研究成果較具代表性。他們的試驗(yàn)在伯明翰大學(xué)機(jī)械學(xué)院研制的EDG機(jī)床上進(jìn)行。用于刃磨的PCD樣品牌號(hào)為Syndite CTB002、010、025和Compax 1500、1600。通過(guò)試驗(yàn)得出如下結(jié)論：①對(duì)于細(xì)晶粒PCD樣品，端面放電刃磨可獲得較好刃口質(zhì)量；對(duì)于粗晶粒PCD樣品，圓周放電刃磨可獲得較好刃口質(zhì)量。②增大電流、電壓或脈沖寬度，可增大磨除率，提高刃磨效率，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致PCD刀具表面產(chǎn)生更深、更寬的裂紋。③細(xì)晶粒PCD樣品容易引起放電，砂輪電極磨損量小，放電中脫落的晶粒平均尺寸等于晶粒本身的尺寸，因此可獲得較好的刃磨質(zhì)量。④粗晶粒PCD樣品與硬質(zhì)合金交界面的侵蝕程度較大。
)Ga6O2: ~RJg.9V 脈沖電源及刃磨工藝步驟對(duì)PCD放電刃磨的質(zhì)量有較大影響。德國(guó)學(xué)者E.Beck等人對(duì)此作了大量試驗(yàn)研究。他們?cè)赩ollmer QR 20P專(zhuān)用火花放電工具磨床上分別采用普通型和改進(jìn)型兩種脈沖電源對(duì)PCD放電刃磨質(zhì)量進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)研究，試驗(yàn)采用硅基合成油作為電介質(zhì)，以石墨作為砂輪電極（負(fù)極），主軸轉(zhuǎn)速為500r/min，樣品材料去除量為0.5mm。此外，在Microspark 200通用火花放電磨床上進(jìn)行了刃磨工藝步驟對(duì)PCD刃磨質(zhì)量影響的試驗(yàn)研究，試驗(yàn)采用刃磨PCD專(zhuān)用脈沖電源，并根據(jù)磨除量及刃磨后的刃口粗糙度將脈沖電源設(shè)置為5級(jí)；試驗(yàn)樣品牌號(hào)為Syndite CTC002、CTB002、CTB010、CTB025，每種粒度PCD各取4件樣品，試驗(yàn)中采用不同脈沖電源設(shè)置組合（即不同工藝步驟）進(jìn)行刃磨，然后測(cè)量刃口及刀面粗糙度。通過(guò)試驗(yàn)得出如下結(jié)論：①脈沖電源的設(shè)計(jì)及可控性對(duì)刃磨質(zhì)量可起到?jīng)Q定性作用，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，配備改進(jìn)型脈沖電源的工具磨床刃磨出的PCD樣品的刃口及刀面粗糙度均接近金剛石砂輪機(jī)械刃磨的質(zhì)量。②通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖電源的設(shè)置進(jìn)行多級(jí)刃磨，并合理分配每級(jí)磨除量比例及刃磨時(shí)間，可獲得較高的刃磨質(zhì)量。
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