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金刚石切削刀具刃磨技术研究进展作者：杨敬午学院：机电工程学院班级：机械1510班学号：0801150405指导老师：吴旺青完成日期：2019年1月中南大学CentralSouthUniversity摘要：简述了金刚石刀具的分类和应用现状，介绍了制造聚晶金刚石（PCB）刀具的刃磨技术的原理与设备，还有其加工质量检测指标和方法。1引言先进制造技术是一个国家经济发展的重要手段之一,也是当前世界各国发展国民经济的主攻方向和战略决策。精密与超精密加工技术是先进制造技术的基础和关键。随着现代加工制造业的快速发展，制造业对高速切削加工的要求不断提高,对于各种难以切削的工程陶瓷材料、复合材料等,传统的切削刀具已不能满足高速切削的需要,金刚石刀具则可有效解决上述问题。金刚石具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、低热膨胀系数，在现代切削加工中体现出优越的性能。目前,金刚石刀具在机械加工中的应用越来越广,已成为现代材料加工中不可或缺的重要工具。由于金刚石的硬度极高，其刃磨比较困难，因此刃磨技术是超硬刀具开发与应用的必要技术，是刀具加工精度与质量的重要保证，对金刚石刀具的发展有着重大的影响。可以说金刚石刀具刃磨技术与装备决定着未来金刚石刀具的发展。而在金刚石刀具中由于天然金刚石价格昂贵，所以人造聚晶金刚石（PCD）刀具的应用最广。本文主要简述了金刚石刀具的应用现状，介绍了PCD金刚石刀具刃磨技术的研究进展。2金刚石刀具的应用2.1金刚石刀具的分类金刚石刀具分为单晶金刚石与多晶金刚石两种（见图一），其中多晶金刚石在机械加工中的应用更广。多晶金刚石刀具又分为人造聚晶金刚石(PCD)刀具、CVD金刚石涂层刀具以及电镀金刚石刀具[1]。图1金刚石刀具的分类[2]2.2PCD金刚石刀具的应用PCD刀具目前主要用于有色金属及其合金、复合材料、人造板材、石墨及碳纤维、非金属材料等难加工材料的加工。在汽车工业、航空航天工业、木材加工工业等领域发挥着不可替代的作用。表1PCD刀具应用领域[3]汽车工业60%木材加工29%航空航天3%其它8%(1)难加工有色金属材料的加工加工铜、锌、铝等有色金属及其合金时，材料易粘附刀具，加工困难。利用金刚石摩擦系数低、与有色金属亲和力小的特点，金刚石刀具可有效防止金属与刀具发生粘结。难加工非金属材料的加工加工含有大量高硬度质点的难加工非金属材料如：陶瓷材料，石墨等材料时，材料的硬质点使刀具磨损严重，用硬质合金刀具难以加工，而金刚石刀具硬度高、耐磨性好，因此加工效率高。木质材料的加工据统计,大约30%的PCD刀具用于木业加工。PCD木工刀具主要分为PCD成型铣刀和PCD锯片两类，其切削速度可达到3000m/min～5000m/min,走刀量可达到每分钟数十米,刀具耐用度是硬质合金木工刀具的几十倍甚至上百倍。[4]目前，国际上著名的PCD复合片生产商有：美国的GE公司，日本的住友电工株式会社，英国的ElementSix公司等。而我国的PCD刀具制造商多为购进这些公司的原材料进行加工，这意味着我国在PCD刀具材料方面还比较薄弱，跟世界先进水平比还有很长的一段路要走。随着PCD刀具刃磨技术研究的深入，PCD刀具的发展有以下几个趋势：复合片的规格尺寸越来越大；晶粒细化、质量优化、性能均一化；磨除率与磨耗比越来越高；形状结构多样化。[5]3PCD刀具刃磨技术与装备刃磨工艺方法是金刚石刀具获取理想表面粗糙度、刃口锋利度和刃口完整性的关键。目前PCD刀具的刃磨工艺方法主要有：3.1机械刃磨法金刚石砂轮机械刃磨法是目前主要的PCD刀具加工方法。它加工出来的刀具刃口质量好，前、后刀面光洁。对结合剂、粒度与金刚石的浓度都有严格要求,而且在研磨过程中对砂轮要不断修整,还要采用切削液。由于磨料和PCD的硬度相近，所以其作用机理较为复杂。磨削过程分为三个阶段：（1）接触期：在PVD材料与磨料刚接触的时候磨削力突然增大,剧烈的冲击使PCD表面出现裂纹,产生碎片;（2）稳定期：当压力达到一定程度时，PCD在磨料的挤压和摩擦下产生裂纹；（3）摩擦期：由于摩擦生热，当温度达到一定程度时，PCD会发生石墨化和其他化学反应。[6]经过这三个阶段后，PCD刀具刃磨完成。图3机械刃磨法原理图[6]不可否认的是金刚石砂轮机械刃磨法存在磨削效率低、加工成本高等缺陷，而影响刃磨质量的主要因素有砂轮粒度和刃磨工艺，砂轮粒度是影响刃口质量的关键，砂轮粒度越细,切削刃崩口越小,而磨削效率越低。为此可根据刀具切削刃的精度、用途或其失效程度将PCD切削刀具刃磨工艺分为粗、精、细三个加工阶段[