近年來,為全面應對現代工業技術和高性能科技產品對機械零件加工精度、表面質量、加工效率的要求,出現了一些先進的磨削加工技術,其中以超高砂輪線速度和超硬磨料砂輪為主要技術特征的超高速磨削技術的發展最為引人注目。普通磨削砂輪的VS一般小于50m/s,當VS大于50 m/s時為高速磨削,當VS大于150 m/s時便為超高速磨削。
PCD刀具在加工工件之前必須保證良好的刃口,金剛石砂輪刃磨是目前使用最廣泛的方法。研究表明,刃口質量越高,在工件加工表面刀具幾何復映區交界處留下的刀痕越細,加工工件的表面光潔度越高。因為刃口崩缺或擴展極易引起刀具磨損或損壞,降低刀具使用壽命。刃口崩缺是金剛石刀具刃口質量的關鍵指標。
PCBN刀具經常被用來切削加工灰鑄鐵、淬硬鋼、軸承鋼、工具鋼、(球墨鑄鐵)粉末冶金等高硬度難加工材料,在切削過程中刀具的磨損是不可避免的。PCBN刀具的磨損通常是由多種磨損機制如機械磨損、黏結磨損和擴散磨損等共同作用的結果。當刀具的磨損量達到一定程度時,就無法保證零件的加工質量甚至會使刀具發生破損,從而致使刀具失效。為提高PCBN刀具的使用壽命,針對PCBN刀具在實際使用中常見的磨損形式進行原因分析,同時可采取以下具體措施予以改善:
聚晶金剛石(Polycrystalline Diamond,簡稱PCD)是一種金剛石和硬質合金組成的復合材料,通常是通過將添加一定量結合劑的金剛石粉末與硬質合金基體組裝在一起,然后在超高溫高壓條件下燒結制得的。PCD有極高的耐磨性和硬度、低摩擦系數、高導熱率等特點,使得PCD刀具可以實現高速、高效和高精加工,在航空航天、汽車、電子、木材以及石材等領域有著廣泛的應用前景。
超硬磨具(固結磨具)一般是由磨料、結合劑、氣孔三部分構成,它們對磨具的各項性能有重要的影響,因而磨料、結合劑和氣孔三者通常被稱為磨具的三要素。在超硬磨具的三要素中,超硬磨料是構成磨具的主要原料,它構成磨具的骨架,是磨具起磨削作用的主要物質,其暴露在磨具表面上的眾多棱角是加工工件的切削刃。作為磨削使用的超硬磨料,一般應具備如下性質:①較高的硬度和耐磨性;②有適當的抗破碎性和自銳性;③高溫穩定性,在磨削溫度下能保持其固有的硬度和強度;④化學穩定性,與被加工材料不易發生化學反應。超硬磨料的主要理化性能決定了以上所述的磨粒性質,是判斷磨料質量好壞的基本指標,同時也是影響磨具制造工藝及質量的重要因素。
樹脂結合劑金剛石/CBN磨具的使用壽命及使用效率,除了與所選用的超硬磨料有關外,還取決于磨料與結合劑之間的粘結能力。但實際情況下,金剛石、CBN均屬脆性材料,由于生產、加工的原因,磨粒表面及內部往往存在一定的結晶缺陷、包裹體等,上述缺陷在樹脂結合劑所選的磨料中相對較多,使之抗沖擊強度較低,在磨削過程中極易破碎而喪失磨削功能。另一方面,由于金剛石、CBN緊密的共價鍵結構,使得具有高的表面能,難以與樹脂結合劑良好浸潤,磨粒與結合劑之間基本沒有化學(或冶金)結合,因而導致磨粒大部分與結合劑機械鑲嵌結合,結合劑對磨粒的結合力較弱。以上這些問題都將嚴重影響樹脂結合劑超硬磨具的使用性能,因此,無論是增加磨粒自身強度、提高超硬磨料的利用率還是提高磨粒與結合劑的結合能力,都需要改善磨粒表面的物理化學特性。
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