聚晶金刚石最佳磨削速度的试验研究

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1 引言
聚晶金刚石(PCD)复合片兼有天然金刚石的硬度、耐磨性和硬质合金的抗冲击性，是理想的刀具材料。PCD刀具在高速切削有色金属及其合金、非金属材料等加工场合表现出优异的切削性能，因此被广泛应用于汽车、航空航天等加工领域。然而，PCD材料的高硬度、高耐磨性也给其加工带来了困难，目前通常采用金刚石砂轮磨削工艺加工PCD材料。砂轮中的金刚石磨料对PCD材料的磨削作用实质上是两种硬度及性质相近的物质之间的相互作用，与普通磨削过程(磨料硬度远高于被磨材料硬度)具有明显区别，因此PCD复合片刃磨工艺具有自身的变化规律，而目前对这种规律的研究还不够充分，认识也不够统一，一些观点和结论也缺乏足够依据。本文针对磨削速度vs对PCD材料的磨除率Q、磨耗比G 等指标的影响进行了较系统的试验研究，并对其作用机理进行了深入的分析探讨，其结果对优化PCD刃磨工艺具有理论指导意义。
2 试验条件与方法
+ E$ R* J( s. \/ k磨削工艺参数表
砂轮摆速(次/min)
: V$ q% x9 R2 T5 v  z1 ?; a进给量(mm/min)
刀架静刚度(N)
6 g4 G7 T) ?1 t. J/ `% M% T( M% Z40
- `4 b9 ?/ z5 ~/ R/ n4 `5 @0.08
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# ^3 X# q; E3 {4 l5 e磨削试验在台湾产FC-200D 型PCD&PCBN专用工具磨床上进行。使用型号为6A2 150×40×15×5 W20 M100 的国产金刚石砂轮磨削美国通用电气(GE)公司生产的长方形(25mm×5mm)1300 PCD刀坯(PCD层横截面积为2.5mm2)。采用日本产Mitutoyo数显千分尺(精度0.001mm)测量PCD刀坯的磨除长度；在磨床进给系统上安装定位块，利用进给数显系统(精度0.001mm)测量金刚石砂轮的磨耗厚度，并通过计算分别求出PCD材料磨除率、砂轮磨耗率及磨耗比。试验中采用水基冷却液，磨削工艺参数见上表。在磨削过程中，用Kistler测力仪同步测量磨削力。将磨削后的PCD试件置于日本产JSL-5600LV扫描电镜上观察其微观形貌。
3 试验结果与分析
+ Z; W, j6 @4 q2 W- a; [( _
图1 PCD磨除率、磨耗比与磨削速度的关系
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8 Z' M* ~1 D7 P7 o6 l2 N1 p图2 低速磨削时PCD磨削表面的微观形貌

图3 高速磨削时PCD磨削表面的微观形貌

& W. F* ~( C' k) s图4 砂轮磨耗率与磨削速度的关系

2 V* E6 P7 x6 f9 I图5 PVD磨削力Ft、Fn与磨削速度的关系