单晶金刚石刀具刃磨特点的研究(下)

　　金刚石刀具的磨、破损

　　金刚石刀具的磨损机理比较复杂，可分为宏观磨损和微观磨损，前者以机械磨损为主，后者以热化学磨损为主。常见的金刚石刀具磨破损形态为前刀面磨损、后刀面磨损和刃口崩裂。在单晶金刚石刀具刃磨过程中，需要其磨损以刃磨出满足要求的刀具，但若产生了不需要的磨损就可能损伤已经刃磨好的前、后刀面。而刃口崩裂(即崩刃)是在刃口上的应力超过金刚石刀具的局部承受能力时发生的，一般是由金刚石晶体沿(111)晶面的微观解理破损造成的。在超精密加工中，金刚石刀具的切削刃钝圆半径比较小，其本身又属于硬脆材料，同时由于其各向异性且(111)面易发生解理，随着振动和砂轮砂粒对刀具刃口的冲击作用，故常常会伴随产生崩刃现象。

　　刃磨试验

　　试验在EWAG RS-12磨刀机上进行。试验中，由于缺乏有效的晶体定向手段，只有通过对报废刀具的结构分析，大致判定刀具的晶面方向，然后通过刃磨过程中刀具与砂轮表面的接触力、接触声音等信息，兼顾砂轮速度、主轴往复运动速度和摆幅等参数，仔细寻找刀具合适的刃磨角度。当刃磨的声音比较沉闷吃力、手感机床有较大振动时，应立即退出刀具，避免刀体损伤砂轮，并重新调整角度。调节适当后，刃磨的声音比较轻快柔软，手感机床振动微小，并且连续上刀0.05mm，机床不会出现振动波动。

　　通过各次刃磨情况的比对，确定主切削刃和副切削刃较为合理的刃磨选向为砂轮旋转方向应指向刃口受压方向，并与之形成15～30º角。根据机床资料并综合考虑材料去除率和磨削比率，推荐采用的砂轮速度为8～65m/s。通过试验发现，砂轮速度在22～28m/s时，研磨效果最好；速度在15 m/s时刃口的Rt值最小。因此，在实际的刃磨过程中，将刀头放置在研磨盘φ140左右的区域内，粗磨时选择砂轮转速为2100rev/min，精磨时选择砂轮转速为1000rev/min，保证粗磨时的砂轮速度为23m/s左右，精磨时为15 m/s左右。主轴往复摆动幅度不宜过大，一般比刃磨刀口宽度略宽即可，摆动频率也不宜过快。

　　为得到经济性的刃磨效果，磨削接触压力需随着刃长的增加而增加。在粗磨时，随着接触压力的升高，会出现材料去除率的正向突变。在超精磨时，材料去除率随接触压力的增加先是逐渐升高，当接触压力增加到180N时，材料去除率转而逐渐降低。精抛时刀具与研磨盘之间的接触压力在12～14N时最有利于保证刃磨面的表面光洁度。因此刃磨时刀具与砂轮表面应有适当的接触力。粗磨时，尽量采用机床的压力控制，在对刀之后应尽快上刀，并且按住机床变位操纵拉杆(该拉杆用于操纵工作台在工作位与测量位之间进行转换)，以保证所需较大接触力，避免引起机床振动导致崩刃。

　　结语

　　针对金刚石晶体各向异性的特点，在刃磨前需要进行准确的晶体定向。同时在刃磨过程中应严格控制温度、机床振动、砂轮粒度、转速和往复运动速度，选择回转精度高的研磨设备和平面精度高的研磨盘，避免由于金刚石晶体的硬脆性和较差的热稳定性而出现不必要的磨、破损。另外，应解决人工手动加压而无法保证压力稳定性的问题，同时配套与刃磨过程相匹配的检测方法和检测仪器，以保证刃磨的质量稳定性。

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