近年来,为全面应对现代工业技术和高性能科技产品对机械零件加工精度、表面质量、加工效率的要求,出现了一些先进的磨削加工技术,其中以超高砂轮线速度和超硬磨料砂轮为主要技术特征的超高速磨削技术的发展最为引人注目。普通磨削砂轮的VS一般小于50m/s,当VS大于50 m/s时为高速磨削,当VS大于150 m/s时便为超高速磨削。
PCD刀具在加工工件之前必须保证良好的刃口,金刚石砂轮刃磨是目前使用最广泛的方法。研究表明,刃口质量越高,在工件加工表面刀具几何复映区交界处留下的刀痕越细,加工工件的表面光洁度越高。因为刃口崩缺或扩展极易引起刀具磨损或损坏,降低刀具使用寿命。刃口崩缺是金刚石刀具刃口质量的关键指标。
PCBN刀具经常被用来切削加工灰铸铁、淬硬钢、轴承钢、工具钢、(球墨铸铁)粉末冶金等高硬度难加工材料,在切削过程中刀具的磨损是不可避免的。PCBN刀具的磨损通常是由多种磨损机制如机械磨损、黏结磨损和扩散磨损等共同作用的结果。当刀具的磨损量达到一定程度时,就无法保证零件的加工质量甚至会使刀具发生破损,从而致使刀具失效。为提高PCBN刀具的使用寿命,针对PCBN刀具在实际使用中常见的磨损形式进行原因分析,同时可采取以下具体措施予以改善:
聚晶金刚石(Polycrystalline Diamond,简称PCD)是一种金刚石和硬质合金组成的复合材料,通常是通过将添加一定量结合剂的金刚石粉末与硬质合金基体组装在一起,然后在超高温高压条件下烧结制得的。PCD有极高的耐磨性和硬度、低摩擦系数、高导热率等特点,使得PCD刀具可以实现高速、高效和高精加工,在航空航天、汽车、电子、木材以及石材等领域有着广泛的应用前景。
超硬磨具(固结磨具)一般是由磨料、结合剂、气孔三部分构成,它们对磨具的各项性能有重要的影响,因而磨料、结合剂和气孔三者通常被称为磨具的三要素。在超硬磨具的三要素中,超硬磨料是构成磨具的主要原料,它构成磨具的骨架,是磨具起磨削作用的主要物质,其暴露在磨具表面上的众多棱角是加工工件的切削刃。作为磨削使用的超硬磨料,一般应具备如下性质:①较高的硬度和耐磨性;②有适当的抗破碎性和自锐性;③高温稳定性,在磨削温度下能保持其固有的硬度和强度;④化学稳定性,与被加工材料不易发生化学反应。超硬磨料的主要理化性能决定了以上所述的磨粒性质,是判断磨料质量好坏的基本指标,同时也是影响磨具制造工艺及质量的重要因素。
树脂结合剂金刚石/CBN磨具的使用寿命及使用效率,除了与所选用的超硬磨料有关外,还取决于磨料与结合剂之间的粘结能力。但实际情况下,金刚石、CBN均属脆性材料,由于生产、加工的原因,磨粒表面及内部往往存在一定的结晶缺陷、包裹体等,上述缺陷在树脂结合剂所选的磨料中相对较多,使之抗冲击强度较低,在磨削过程中极易破碎而丧失磨削功能。另一方面,由于金刚石、CBN紧密的共价键结构,使得具有高的表面能,难以与树脂结合剂良好浸润,磨粒与结合剂之间基本没有化学(或冶金)结合,因而导致磨粒大部分与结合剂机械镶嵌结合,结合剂对磨粒的结合力较弱。以上这些问题都将严重影响树脂结合剂超硬磨具的使用性能,因此,无论是增加磨粒自身强度、提高超硬磨料的利用率还是提高磨粒与结合剂的结合能力,都需要改善磨粒表面的物理化学特性。
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