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[金刚石刀具] 金刚石刀具材料粒度、磨削砂轮粒度与刃口质量的关系

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    发表于 2021-1-6 08:31:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    金刚石刀具材料粒度、磨削砂轮粒度与刃口质量的关系
    刘松,骆明涛,陈宁,吕凌,刘云
    成都工具研究所有限公司
    摘要:聚晶金刚石(PCD)刀具由于其自身的高硬度、高耐磨性的特征,使得刃磨加工极易出现崩刃——呈锯齿状刃口的典型缺陷,因此其机械磨削加工较其它刀具材料来看难度更大。本文针对金刚石刀具常用的加工方式——金刚石砂轮机械刃磨展开试验,主要针对金刚石刀片自身材料颗粒度与磨削砂轮粒度这两方面进行研究。通过收集数据,分析对比,研究金刚石材料颗粒度、磨削砂轮粒度对刀具最终刃口质量的影响。
    关键词:金刚石刀具;金刚石砂轮机械刃磨;刃口质量
    1 引言

    [size=1em]同其它多数刀具材料一样,砂轮机械刃磨也是PCD刀具加工的常规手段,但是PCD刀具的刃磨机理却与其它刀具材料不尽相同。因为其它刀具材料在硬度上都逊于金刚石,刃磨过程更多的是磨削,而PCD刀具与加工它的金刚石砂轮在结构上都可以看成是金刚石微粉与结合剂的组成物,在硬度上没有本质的区别,它的磨削过程可以更多地看作是摩擦、挤压、研磨等。

    [size=1em]金刚石刀具的刃口质量与设备性能、加工参数、砂轮选取、金刚石刀具自身牌号、工装夹具刚性等有关,甚至不同的磨削液都会影响最终的刃口质量。通过试验的方式,在其它试验条件相同的情况下,用不同的材料粒度金刚石刀具制作试样刀具,采用各种粒度的金刚石砂轮进行刃磨,最后得到刃口检测数据。通过收集检测数据、分析统计,摸索金刚石刀具材料粒度、磨削砂轮粒度与刃口质量的关系。

    2 试验方案

    [size=1em]选取了目前常用的5种PCD牌号制作试样,分别是超细颗粒(亚μ级粒度、牌号850)、细颗粒(平均2μ、牌号002)、中等颗粒(10μ、牌号010)、粗颗粒(25μ、牌号025)、混合颗粒(25μ与2μ、牌号302)。每种牌号的试样都分别采用W40、W20、W10、W3.5、D16、D5这6种不同粒度的砂轮进行刃磨,并检测刃口崩缺数据。

    [size=1em]除采取不同粒度的砂轮磨削外,其它测试条件均为:RG5B刃磨机、陶瓷结合剂金刚石砂轮、直径(150、转速2000r/min、横向摆动速度12、标准静压力、刃磨余量0.05mm、美孚230磨削液。

    [size=1em]最后通过比对测试数据,观测不同粒度的砂轮磨削各种牌号PCD刀具的刃口质量变化情况。分析其变化规律,建立金刚石刀具材料粒度、磨削砂轮粒度与刃口质量的关系。

    3 试验数据

    [size=1em]各型砂轮刃磨的情况及PCD刀具刃口崩缺数值见图1-图6和表1-表6。

    [size=1em](1)W40砂轮刃磨情况

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    [size=0.8em]图1

    [size=0.8em]表1 (μ)
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    [size=1em](2)W20砂轮刃磨情况

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    [size=0.8em]图2

    [size=0.8em]表2 (μ)
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    [size=1em](3)W10砂轮刃磨情况

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    [size=0.8em]图3

    [size=0.8em]表3

    [size=0.8em](μ)
    5fa4e776b501ec984d2c12fa21b433b6.jpg

    [size=1em](4)W3.5砂轮刃磨情况

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    [size=0.8em]图4

    [size=0.8em]表4 (μ)
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    [size=1em](5)D16砂轮刃磨情况

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    [size=0.8em]图5

    [size=0.8em]表5 (μ)
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    [size=1em](6)D5砂轮刃磨情况

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    [size=0.8em]图6

    [size=0.8em]表6 (μ)
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    4 数据分析

    [size=1em]将测试所得数据整理分析,并按照刃口最大崩缺值将所有数据整合,其规律如图7所示。

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    [size=0.8em]图7

    [size=1em]可见在本试验条件下,其它测试条件不变,仅改变磨削砂轮的粒度时,金刚石刀具刃口质量的关键指标——刃口崩缺的变化情况有以下规律:

    [size=1em](1)越粗颗粒的砂轮会导致越严重的刃口崩缺,如最粗的W40砂轮,参与测试的5种PCD刀具都出现极大的崩缺。可以理解为:从微观角度来看在砂轮中粗颗粒的金刚石微粉的冲击下,粗粒度的PCD刀具中的金刚石颗粒在被挤压、摩擦中,一旦出现剥落的情况就会形成大尺寸的崩缺,这类崩缺尺寸会大于颗粒自身的尺寸;对于细颗粒的PCD刀具,由于其自身的颗粒度与砂轮相比处于劣势,在刃磨的摩擦挤压中大面积的被划入、挤压,会大面积的出现塌陷导致刃口质量也很差。

    [size=1em](2)随着砂轮粒度的下降,刃口质量基本呈逐步变好的趋势,如W40-W20-W10的三条曲线,崩刃数值下降非常明显。说明砂轮中的磨粒逐渐变小,使刀具刃口中的金刚石颗粒剥落的概率大大降低,从而在刃磨的过程中,能够获得更平滑的刃口。

    [size=1em](3)对于细颗粒或者超细颗粒的PCD刀具,其刃口质量对砂轮粒度极其敏感,由图可见:随着砂轮粒度的降低(W40降低至W3.5)其微观刃口崩缺值一直在下降,刃口越发锋利。这些数据表明:越小的金刚石微粉在刃磨的过程中越容易从结合剂中剥落出来形成缺口,所以要获得高的刃口质量,需采用细颗粒的砂轮(与其本身粒度相当或略低)。

    [size=1em](4)对于粗颗粒的PCD刀具,由于自身所含的金刚石微粉尺寸较大,当砂轮粒度降低至W20以后,再继续降低砂轮粒度来提升刃口质量变得困难。当采用很细的砂轮(如W3.5)时,甚至会出现反弹,导致磨削阻滞。这是在磨削中,由于砂轮粒度太细引起自身大量剥落,砂轮变钝导致磨削加工变得不稳定影响了磨削效果。

    [size=1em](5)W10的砂轮从指标上看通用性更好,针对不同粒度的PCD刀具都能获得不错的刃口质量。

    [size=1em](6)每一种牌号的PCD都可以找到一种对应的砂轮型号,既能满足经济型要求,也能确保一定的刃口质量。

    5 结语

    [size=1em]PCD刀具刃口缺陷主要是自身的金刚石微分从结合剂中剥落导致,并非一味地降低砂轮粒度就可以获得更好的刃口。选取与刀具金刚石材料粒度相当或略低的砂轮能有效地减小刃口上金刚石颗粒的整颗剥落的几率,从而获得较好的刃口质量。本文的试验只选取几种常用的砂轮与PCD牌号加以测试,影响刃口质量还有其它多方面的因素,在实际生产中,需要根据自身的硬软件配置,选取各项合适的参数,以获得较优的刀具刃口。

    [size=1em]参考文献

    [size=1em][1]冯克明,崔恒泰等.聚晶金刚石磨削加工的试验研究[J〗.磨料磨具与磨削,1993(4):22-24.

    [size=1em][2]张建华,艾兴.金刚石砂轮磨削加工聚晶金刚石机理[J〗.山东工业大学学报,1993,23(3):6-15.

    [size=1em][3]刘志强.PCD刀具的金刚石砂轮机械刃磨工艺[J〗.工具技术,2006,40(9):62-64.

    [size=1em][4]曾俊,瓦崇龙.陶瓷结合剂金刚石砂轮在加工PCD刀具中的优越性[J〗.超硬材料工程,2005(8):18-20.


    Relationship between Diamond Cutting Tool Particle Size, Grinding Wheel Grain Size and Cutting Edge Quality
    Liu Song,Luo Mingtao,Chen Ning,Lv Ling,Liu Yun
    Abstract: The grinding process of Polycrystalline Diamond (PCD) cutting tool is difficult, easy tipping with a serrated edge because of its high hardness and good wear-resistance. This research studied grinding wheel grain size and cutting tools particle size based on mechanical grinding of diamond grinding wheel, a commonly used machining method. It explored effect of diamond material particle size and grinding wheel grain size on the cutting edge quality through collected data and comparative analysis.
    Keywordsolycrystalline Diamond (PCD) cutting tools; mechanical grinding of diamond grinding wheel; cutting edge quality
    First Authoriu Song,Chengdu Tool Research Co.Ltd.,Chengdu 610500,China
    中图分类号: TG74
    文献标志码:A
    基金项目:国家科技重大专项(2013ZX04001000-212)
    收稿日期:2014年11月
    第一作者:刘松,成都工具研究所有限公司超硬工具部,610500 成都市

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