作者：大連理工大學超硬材料工具研究所 劉峰斌 來源：《工具技術》
?!/kZM_ts he hFEy x 1 引言
jmW7)jT8: ?=pT7M 聚晶金剛石（PCD）是將粒度為微米級的金剛石微粉與少量金屬粉末（如CO）混合后在高溫（1400℃）、高壓（6000MPa）下燒結而成的聚晶體。與其它刀具材料相比，聚晶金剛石具有如下性能特點：①極高的硬度和耐磨性；②高導熱性和低熱膨脹系數(shù)，切削時散熱快，切削溫度低，熱變形小；③摩擦系數(shù)小，可降低加工表面粗糙度。但由于聚晶金剛石與鐵族元素有很強親和力，因此不適合加工黑色金屬及其合金。已實現(xiàn)商品化供貨的PCD復合片是將0.5～0.7mm厚的PCD層燒結在硬質(zhì)合金基體上制備而成，因此兼具了PCD的高硬度、高耐磨性和硬質(zhì)合金的良好強度與韌性。
+m,yA mEEd .(2ik5A%9 PCD刀具在有色金屬及其合金、非金屬材料的高速切削中體現(xiàn)出優(yōu)良的切削性能，因此已廣泛應用于汽車、航空、航天、建材等工業(yè)領域。但是，PCD的高硬度、高耐磨性使刀具的刃磨相當困難，主要體現(xiàn)在材料磨除率小、砂輪損耗大、刃磨效率低、刃口呈鋸齒狀。PCD刀具的刃磨工藝性已成為其推廣應用的障礙之一。為了突破這一工藝瓶頸，國內(nèi)外學者進行了大量研究開發(fā)工作。
;i +#fQO7Q FJ?IUy 6 2 PCD刀具刃磨技術
\Y}8S/] 8, >P PCD刀具的主要刃磨工藝有放電刃磨、金剛石砂輪機械刃磨、電解刃磨等，其中放電刃磨和金剛石砂輪機械刃磨在技術上已較為成熟，下面對這兩種刃磨方法作一綜合分析。
;i:d+!3XwC Aq7osU1B 2.1 放電刃磨（EDG）
>b4eL59 II x#2r 電火花放電加工技術（EDM）（特別是電火花線切割和放電磨削）已廣泛應用于刀具制造。電火花放電加工技術用于刃磨PCD刀具稱為放電刃磨（EDG）。
sCHJ&>m5- y:l\$ pGC% （1）刃磨機理
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g{Cr"Ex - A!%*9Z 放電刃磨原理與傳統(tǒng)的磨料磨削原理有根本區(qū)別，也不同于電解刃磨原理（既有磨料機械作用又有電化學作用）。放電刃磨是通過在電介質(zhì)分離的砂輪電極與刀具電極間放電產(chǎn)生瞬時高溫，將刀具材料熔化和氣化。刃磨PCD刀具時，由于金剛石不導電，所以刀具電極即為PCD中的金屬相構成的導電網(wǎng)絡，由此可見，放電刃磨是一種熱蝕加工過程。由于電火花放電的溫度可高達8000～12000℃，因此PCD刀具刃磨時可能引起熱損和石墨化，尤其在PCD與硬質(zhì)合金基底的界面處侵蝕速度更快，可在表面形成深約0.05mm的微裂紋，這是放電刃磨加工方法的主要缺陷。由于放電刃磨是一種非接觸刃磨過程，磨削力小到可忽略不計，故刃磨效率很高。R.Wyss等人在一定實驗條件下得到的磨除率達4mm3/min，磨耗比為0.2mm3/mm3；而V.Baar等人在實驗中則得到了1.0mm3/mm3的磨耗比。
~ W]TD@w 3sZ\0P} （2）刃磨設備
r] 36z X v E-g_".agO 放電刃磨時，通常采用碳氫化合物（如石蠟）作為砂輪電極與工具電極間的電介質(zhì)，工作電壓一般為直流80～200V，砂輪電極采用銅、鎢、石墨等導電材料。根據(jù)刀具刃磨時的位置，放電刃磨可分為圓周放電刃磨和端面放電刃磨。刃磨過程中，砂輪作旋轉運動，使其能均勻磨損。在端面放電刃磨中，砂輪還需左右擺動。脈沖電源是影響刃磨效率和刃磨質(zhì)量的關鍵設備，因此脈沖電源的設計已成為放電刃磨的研究熱點。
3=ymm ^ jo@J}`\Zt （3）研究成果
iAU@Yg`pt UFuX@Lu0 國外學者對PCD刀具的放電刃磨技術開展了大量試驗研究，其中英國伯明翰大學的T.B.Thoe等人的研究成果較具代表性。他們的試驗在伯明翰大學機械學院研制的EDG機床上進行。用于刃磨的PCD樣品牌號為Syndite CTB002、010、025和Compax 1500、1600。通過試驗得出如下結論：①對于細晶粒PCD樣品，端面放電刃磨可獲得較好刃口質(zhì)量；對于粗晶粒PCD樣品，圓周放電刃磨可獲得較好刃口質(zhì)量。②增大電流、電壓或脈沖寬度，可增大磨除率，提高刃磨效率，但同時會導致PCD刀具表面產(chǎn)生更深、更寬的裂紋。③細晶粒PCD樣品容易引起放電，砂輪電極磨損量小，放電中脫落的晶粒平均尺寸等于晶粒本身的尺寸，因此可獲得較好的刃磨質(zhì)量。④粗晶粒PCD樣品與硬質(zhì)合金交界面的侵蝕程度較大。
8)I^ t81 < c/5b]No 脈沖電源及刃磨工藝步驟對PCD放電刃磨的質(zhì)量有較大影響。德國學者E.Beck等人對此作了大量試驗研究。他們在Vollmer QR 20P專用火花放電工具磨床上分別采用普通型和改進型兩種脈沖電源對PCD放電刃磨質(zhì)量進行了對比試驗研究，試驗采用硅基合成油作為電介質(zhì)，以石墨作為砂輪電極（負極），主軸轉速為500r/min，樣品材料去除量為0.5mm。此外，在Microspark 200通用火花放電磨床上進行了刃磨工藝步驟對PCD刃磨質(zhì)量影響的試驗研究，試驗采用刃磨PCD專用脈沖電源，并根據(jù)磨除量及刃磨后的刃口粗糙度將脈沖電源設置為5級；試驗樣品牌號為Syndite CTC002、CTB002、CTB010、CTB025，每種粒度PCD各取4件樣品，試驗中采用不同脈沖電源設置組合（即不同工藝步驟）進行刃磨，然后測量刃口及刀面粗糙度。通過試驗得出如下結論：①脈沖電源的設計及可控性對刃磨質(zhì)量可起到?jīng)Q定性作用，對比試驗結果表明，配備改進型脈沖電源的工具磨床刃磨出的PCD樣品的刃口及刀面粗糙度均接近金剛石砂輪機械刃磨的質(zhì)量。②通過調(diào)節(jié)脈沖電源的設置進行多級刃磨，并合理分配每級磨除量比例及刃磨時間，可獲得較高的刃磨質(zhì)量。
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