PCD 刀具的特性聚晶金钢石 (PCD)是将粒径为μm级的金刚石微粉与小量金属粉 (如Co) 混和后在高溫(1400℃)、髙压(6000M Pa)下煅烧而成的聚结晶。与其他刀具原材料对比,PCD具备很高的强度和耐磨性能、高传热性、低线膨胀系数、摩擦阻力小、钻削排热快、钻削温度低、热变型小、可减低生产加工表面表面粗糙度等功能特性。
已达到商业化供应的PCD复合型片是将0.5 ~0.7mm 厚的PCD层煅烧在硬质合金刀具基材上制作而成,因而兼有了PCD的高韧性、高耐磨性能和硬质合金刀具的优良抗压强度与延展性。PCD刀具在稀有金属以及铝合金 、非金属材质的飞速钻削中表现出良好的加工性,已广泛运用于车辆、航空公司、航空航天、装饰建材等制造业行业。可是,PCD 的高韧性、高耐磨性能使刀具刃磨非常艰难,关键表现在原材料磨除率小 、砂轮耗损大 、刃磨率低 、刀口呈锯齿形等。PCD刀具的刃磨工艺性能已成为了其应用推广的阻碍之一,为了更好地提升这一加工工艺短板,世界各国开展了很多科学研究研发工作中。
2PCD刀具的金钢石砂轮刃磨加工工艺常见的PCD刀具刃磨加工工艺有金钢石砂轮机械设备刃磨 、充放电刃磨 、电解法刃磨等 ,在其中以金钢石砂轮机械设备刃磨从技术上更为完善,在现阶段应用也更为普遍。该办法尽管刃磨率较低 、生产成本较高 ,但可得到较好的刀具刀口品质和详细 、光滑的前后左右刃口。
2.1刃磨生产加工原理金钢石砂轮机械设备刃磨 PCD刀具的材质除去原理较为复杂,世界各国研究者为此开展了很多科学研究,现阶段具体具有下列几个见解 :
(1)法国学者M .Kenter觉得,金钢石砂轮磨削PCD刀具的环节中发生了刻画功效和滚动功效,原材料的方法主要是为粘接 、刻画 、磨擦化学变化和表面破裂。他觉得,在大部分状况下,PCD 原材料的是以磨擦化学变化和表面破裂为主导。因为PCD原材料延性大,在金钢石磨砂颗粒的轻压下非常容易引起裂痕,裂痕在机械设备和内应力效果下拓展 ,造成小块PCD原材料脱落,与此同时,磨擦热会使 PCD 产生石墨化和其他磨擦化学变化。
(2)GE公司的 K .J.Dunn 等用扫描仪显微镜对刃磨后的PCD复合型片的表面外部经济外貌开展观查后觉得,PCD原材料的损坏原理具体为外部经济延性粉碎和疲惫损坏。
(3 )在我国艾兴工程院院士等觉得PCD原材料的方法为:当砂轮与PCD触碰的一瞬间,磨削力忽然扩大,强烈的机械设备 冲击性使 PCD表面造成裂痕乃至粉碎。在平稳磨削期,砂轮磨砂颗粒在PCD 表面上开展压挤和磨擦,当工作压力做到一定水平时,PCD表面会产生裂痕;当磨擦溫度超过一定水平时,PCD会产生石墨化和其他化学变化。
2.2刃磨数控车床标准PCD原材料的特征确定了对PCD刀具刃磨数控车床的规定:不可以等同一般数控磨床,即务必符合下述标准 :
(1)规定砂轮主轴轴承及数控车床总体有着很高的刚度和可靠性,以维持刃磨时砂轮对 PCD 原材料的稳定工作压力。
(2)砂轮架可横着晃动,以确保砂轮内孔损坏匀称,砂轮架的晃动頻率和力度可调式。
(3)配备电子光学投射设备和高精密旋转工作台。
(4)选用专用型金钢石砂轮。
2.3 刃磨生产流程(1)刃磨数控车床的采用
因为 PCD 刀具具备很高的强度和耐磨性能,刃磨规定较高,一般数控车床难以做到刃磨精密度规定。对于PCD刀的特性和机械设备刃磨必要条件,大家使用了法国制造的 EWAG RS15超硬刀具数控磨床 (见图 1)。该设备是当前全世界较的超硬刀具数控磨床之一,具备下列特性:
①数控车床总体刚度高,可靠性好;
②磨削主轴轴承可达到无极变速(1000--8000rpm );
③磨削工作压力可调式(0~400N )且可靠性好,并能往复式晃动,晃动力度 (0~70mm )和頻率(30~60 次/分 )可调式;
④配置高精密光学投影仪和旋转工作台,一次夹装就可以进行定位一磨削一精确测量整个过程;
⑤装有数显式设备,规格精密度达 0.001ram 。
图 1 EWAG RS15 超硬刀具数控磨床
(2)砂轮的采用
PCD刀具的机械设备刃磨主要是借助与金钢石砂轮的磨擦化学变化和表面破裂来割除不必要原材料,金钢石砂轮的粒度分布 、浓度值等对PCD刀具刃磨的产品质量和效果危害非常大。因而,恰当采用砂轮十分关键。历经较为,大家使用了欧洲地区产的泰利莱 ( TY—R0LIT)砂轮,该砂轮的金钢石磨砂颗粒一颗颗嵌入砂轮,井然有序排序,每分磨除率是一般金钢石砂轮的20~30倍。工作经验说明,在能够考虑生产加工产品质量需要的条件下,应尽可能采用粒度分布过大的砂轮。大家选择的金钢石磨砂颗粒粒度分布为:精磨 粒度分布 22um ;半精抛粒度分布15um ;精抛粒度分布 9um 。
(3)砂轮的均衡
选中砂轮后,需对砂轮开展均衡。将砂轮平衡仪置放于镜面玻璃台子上开展校正,根据调节平衡仪底端的3个平衡螺母,使平衡仪内的均衡小水泡坐落于正中间就可以。随后将砂轮滑人砂轮调节棒中,调节砂轮侧边的3个均衡螺丝使其均布(互相夹63角约为120),直到平衡仪内的均衡小水泡再度坐落于正中间,砂轮即保持了均衡。
(4)旋转核心与电子光学核心对中对PCD刀具开展夹装和调节,需将十字操作台的旋转核心与光学投影仪的核心对中重叠,根据调节光学投影仪的固定螺钉,使尖刀处各自与投影机内的两侧某一大 弧形在270°、0°、90°处相交;随后依据 工程图纸规定,把夹装好的 PCD刀具根据十字操作台調整到光学投影仪的基准点上 ,该部位便是刃磨生产加工部位。为确保 PCD刀具的加工精度规定,全部刃磨规格应在一次夹紧中进行,刃磨 PCD刀具时,应将全部磨损率所有摘除。
(5)挑选砂轮摆幅
因为金钢石砂轮较价格昂贵,为灵活运用砂轮的磨削工作能力和避免出现沟痕,应依据 PCD 刀具规格有效挑选砂轮晃动幅度值。
图为砂轮摆幅与刀具的相对位置
(6)明确刃磨速率 、頻率以及它主要参数
根据大量的实验,明确刃磨 PCD刀具的转速比为2300 ~2500r/min ( 150ram砂轮 ),砂轮正方向转动。一般刃磨頻率越高,磨除率也越大,PCD刀具刃磨頻率选择 60 次/min。其他主要参数:水性冷冻液浓度值 4%,磨削工作压力 2.5Bar(约167N)。
(7)砂轮的清理
砂轮磨削生产加工一段时間后 ,磨砂颗粒相互间的间隙会被磨屑铺满,造成磨削面变钝,生产加工效果减少(这时砂轮磨削时常常传出吱吱作响尖呼啸声)。为维持砂轮的车削工作能力,必须常常对砂轮切削面开展清理,方式 是将碳碳复合材料(SIC)水磨石压在砂轮磨削表面转动打磨抛光。
(8)刃磨前后左右刀头的解决
刃磨PCD刀具以前,应观查前后左右刃口是不是有铁屑,若有,用金钢石磨刀石将其擦掉。刃磨进行后,用金钢石研磨膏碾磨前面面。经精磨 、半精抛 、精抛 、碾磨加工处理的 PCD刀具才可以真正的做到应用规定。
(9)刀具的检验
刃磨进行后 ,可在设备的投影上立即检验PCD刀具的外形尺寸精密度和刀口竖直度 ,不允许有凸凹不平或锯齿状等缺点。刀口竖直度也可在100倍之上显微镜下查验。
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