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聚晶金刚石的精细镜面磨削

来源:http://www.nbdca.org 责任编辑:博天堂官网 更新日期:2018-02-11 11:52

  

 

  1 前语

  聚晶金刚石(Polycrystalline Diamond,简称PCD)是由特别处理的单晶金刚石微粉与少数粘结剂在高温高压条件下烧结而成的新式超硬资料。选用K类硬质合金刀片为基底,在基底上面限制而成的PCD称之为PCD复合片。PCD中无序摆放的金刚石颗粒使其具有均匀的高硬度和高耐磨性,被广泛运用于刀具、东西和模具等职业。而PCD复合片因为基底的效果,在确保硬度和耐磨性的前提下又在必定程度上统筹了强度和耐性,然后进一步扩展了运用领域,加之造价低价,所以更具运用价值和运用远景。

  可是,超硬度和超耐磨性始终是PCD资料精细加工的最大妨碍,传统的加工办法简直力不从心。跟着加工技能的开展,特种工艺逐步用于PCD资料的加工,但仍存在许多缺乏,加工质量更难尽善尽美。因而,为满意工业开展对PCD资料日益增长的需求,引进了金属结合剂超硬磨料砂轮在线电解修整(ELID)精细镜面磨削技能,旨在经过该技能的试验与研讨,探究PCD资料精细加工的新途径。

  2 PCD资料的ELID精细镜面磨削试验

  PCD-1500物理机械性能表

  目标

  威氏硬度

  热膨胀系数

  (×10-6℃-1)

  抗弯强度

  (MPa)

  弹性模量

  (GPa)

  抗压强度

  (MPa)

  热导率

  [W/(m·K)]

  PCD-1500系列

  6500~8000

  3~3.6

  2800

  5600

  4200

  100~109

  试验资料 试验中选用美国GE公司出产的PCD-1500系列聚晶金刚石复合片。其物理机械性能如右表所示。

  试验条件 在MM7120A卧轴矩台精细平面磨床上加装自行开发的ELID磨削电解电极设备,配以自行研发的砂轮、精细镜面磨削磨削液和电源,组成ELID磨削体系。

  试验用砂轮为铸铁纤维结合剂金刚石砂轮CIFB,标准?240mm×90mm×10mm×5mm,粒度W5。试验中运用的修整电源是自行研发的ELID磨削专用高频脉冲电源,电源输出电压为0~140V,电流0~10A,脉冲频率0~500kHz。磨削液运用自行研发的专用磨削液。聚晶金刚石的因为ELID磨削的磨削液兼作电解液,因而,运用碱性水溶型磨削液,除增加防锈剂、钝化剂、极压增加剂和组成润滑剂外,需要必定数量的无机盐,以使磨削液具有电解才能。

  试验进程 运用ELID磨削设备对PCD复合片进行磨削试验时,首要对砂轮进行电火花精细整形,消除砂轮的圆度和圆柱度差错,使微细磨料尽可能等高地散布在砂轮外表上。然后接通电源,进行电解预修锐,在砂轮外表构成充沛的氧化膜,时刻大约30~45min。接着进行在线电解动态磨削。因为PCD资料的硬度高,该阶段时刻较长,并要严格控制加工参数,确保冷却充沛。磨削结束后,堵截电源,并增大工作台速度,依托砂轮外表的氧化膜对工件光磨30~45min。

  试验成果 选用日本Kosaka Laboratory Ltd.公司制作的SE-3H型轮廓仪进行外表粗糙度检测,其间微观尺度扩大倍数V=50000,走纸方向扩大倍数H=10,采样长度 R0=0.25mm,丈量长度L=2.5mm。经丈量,磨后PCD复合片外表粗糙度到达Ra0.012μm。3 PCD资料ELID磨削的去除机理

  因为PCD资料的高硬度,其磨削加工与硬质合金、工程陶瓷、光学玻璃等硬脆资料有显着的不同。这首要表现在,PCD资料磨削压力高,磨削功率低,砂轮耗费大,磨削比小。特别是引进在线电解修整技能,使得整个磨削进程十分复杂,效果要素很多,因而PCD资料的加工去除机理具有其特别性。

  虽然砂轮中金刚石磨粒与PCD复合片的金刚石层硬度附近,但两者的微观结构截然不同。前者是靠有必定塑性的金属结合剂对金刚石磨粒进行操纵,并且在砂轮外表构成具有杰出弹性和塑性的氧化膜,而后者则是以金刚石C-C键强固结构方法将金刚石微粒固结在一起,故PCD复合片的金刚石层全体硬度极高,简直无塑性,极不耐冲击。磨削加工时,因为接触压力高,跟着砂轮的高速旋转,砂轮外表磨粒对PCD资料外表发作激烈的碰击和冲突,构成对PCD复合片剧烈的机械交变冲击。期间还随同有剧烈的冲突、彼此的揉捏和滑动,并发作粘结、刻划、冲突化学反响和外表开裂等效果。在这种情况下,PCD资料外表的部分晶粒发作解理、脱落或开裂。一起,因为剧烈的冲突和滑动,使磨削温度急剧上升,PCD外表的部分金刚石因为热稳定性差而发作石墨化或氧化,然后被去除。

  因为在线电解修整效果,砂轮始终保持尖利状况参与磨削,克服了砂轮易阻塞的妨碍,有利于进步加工质量和功率:构成的氧化膜具有必定的厚度、强度和细密性,掩盖在砂轮外表,减小了砂轮的损耗:氧化膜中包容了很多的微细粒度磨料,一方面增加了参与磨削的磨粒数,有利于进步磨削功率,另一方面相当于对工件进行研磨抛光,有利于精细镜面的构成。所以ELID磨削方法下去除PCD资料是机械、热化学和电解反响归纳效果的成果,特别是电解反响生成的氧化膜,对终究精细镜面的构成起了要害的效果。 4 定论

  经过对PCD复合片的ELID精细镜面磨削试验和剖析,得出以下定论:

  用金属结合剂金刚石砂轮和在线电解修整(ELID)精细磨削技能对聚晶金刚石进行精细磨削加工能够得到很好的效果,磨削外表粗糙度值很小,是一种聚晶金刚石精细加工新途径,具有很大的推行价值和运用远景。

  因为PCD资料的超硬性,使得其磨削加工较一般硬脆资料有很大不同。选用ELID磨削技能时,资料的去除是机械、热化学和电解反响归纳效果的成果。

  因为在线电解修整效果,砂轮外表构成一层具有必定强度、厚度和细密性的氧化膜,该氧化膜对整个磨削进程以及终究的外表质量都起到了极其重要的效果。

  

   


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