聚晶金剛石研磨工藝及機(jī)理研究
聚晶金剛石(PCD)具有接近天然金剛石的硬度、耐磨性以及與硬質(zhì)合金相當(dāng)?shù)目箾_擊性，是一種被廣泛應(yīng)用于有色金屬和非金屬材料精密加工的新型刀具材料。為充分發(fā)揮PCD刀具的優(yōu)良性能，提高加工零件的表面質(zhì)量，刀具前刀面(PCD表面)需加工成鏡面。目前，PCD鏡面通常采用樹(shù)脂基金剛石砂輪進(jìn)行研磨加工，但由于PCD與所用的金剛石磨料硬度、性質(zhì)相近，因而與傳統(tǒng)的研磨加工有著很大的不同，其研磨機(jī)理、研磨工藝具有自身的變化規(guī)律。本文對(duì)PcD研磨工藝進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，并對(duì)其研磨機(jī)理進(jìn)行了較深入的分析。 　　1試驗(yàn)條件　　試驗(yàn)在BDJP-902聚晶金剛石研磨機(jī)上進(jìn)行；金剛石砂輪的類(lèi)型、規(guī)格、尺寸為6A2250×36×50×5120B100，砂輪速度為18.3m/s、；試件為美國(guó)GE公司生產(chǎn)的三角形1600PCD90T5/1.6標(biāo)準(zhǔn)刀坯。為提高試驗(yàn)精度，減小試驗(yàn)誤差，在一個(gè)夾頭上同時(shí)研磨3個(gè)尺寸相同的PCD刀坯，用光較儀測(cè)量每片刀坯的去除厚度，取其平均值作為去除量。用干涉儀觀察、測(cè)量PCD研磨表面形態(tài)及粗糙度Rz值，采用JSM-5600LV掃描儀觀察PCD研磨表面微觀形貌?！　?試驗(yàn)結(jié)果　　1)冷卻液對(duì)去除率及表面粗糙度的影響　　PCD干研磨(研磨前砂輪修整10秒鐘，冷卻液未加在研磨區(qū))和濕研磨(研磨前砂輪修整10秒鐘，冷卻液加在研磨區(qū))兩種條件下材料去除量隨研磨時(shí)間的變化情況。試驗(yàn)時(shí)作用在試件夾頭上的法向載荷為20N?！　CD材料去除量與研磨時(shí)間的關(guān)系　　干研磨材料去除率Q干與濕研磨材料去除率Q濕的關(guān)系為：研磨初期Q干=2.54Q濕；中期Q干=1.6Q濕；穩(wěn)態(tài)期Q干=1.68µm/min，Q濕≈O。用干涉儀觀察、測(cè)量PCD表面形態(tài)及粗糙度：濕研磨時(shí)PCD表面上存在許多深凹坑，研磨130分鐘后其表面干涉條紋仍呈斷續(xù)狀態(tài)，即Rz>0.3µm，達(dá)不到鏡面要求；干研磨時(shí)表面粗糙度Rz隨研磨時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，其關(guān)系曲線如圖2所示。由圖2可知，研磨20分鐘時(shí)，PCD表面達(dá)鏡面(Rz≯0.05µm),且再延長(zhǎng)研磨時(shí)間表面粗糙度基本無(wú)變化，但根據(jù)表面形態(tài)觀察結(jié)果可知，其平面度有所提高。因此，PCD鏡面加工應(yīng)采用干研磨工藝，在試驗(yàn)條件下，研磨20～30分鐘其表面可達(dá)鏡面；若對(duì)研磨表面的平面度要求較高，可適當(dāng)延長(zhǎng)研磨時(shí)間?！　?)法向載荷對(duì)去除率的影響　　PCD干研磨時(shí)作用在試件夾頭上的法向載荷F與材料去除率Q的關(guān)系。由圖3可知，材料去除率Q隨著法向載荷F的增大而增加，且存在一個(gè)折點(diǎn)A(F=15N)，當(dāng)≤15N時(shí)，其去除率Q以較小的幅度隨著F的增大而增加，當(dāng)F>15N時(shí)，其去除率O隨著F的增大而大幅度增加?！　?結(jié)果分析及機(jī)理探討　　為了弄清產(chǎn)生上述試驗(yàn)結(jié)果的原因，需對(duì)PCD材料去除機(jī)理進(jìn)行探討?！　?)濕研磨去除機(jī)理　　濕研磨表面雖也凹凸不平，但與未研磨表面凹凸?fàn)顟B(tài)完全不同，明顯存在大量的剝落坑。這種現(xiàn)象說(shuō)明PCD表面發(fā)生了脆性去除。筆者認(rèn)為其脆性去除方式是動(dòng)載脆性去除(即疲勞脆性去除)而不是靜載脆性去除。這是因?yàn)檠心顟B(tài)下法向載荷F較小(20N)，作用在PDD表面上的應(yīng)力大大低于靜載荷下產(chǎn)生裂紋的極限應(yīng)力值，因此基本不會(huì)發(fā)生靜載脆性去除。但英國(guó)學(xué)者coopr曾通過(guò)試驗(yàn)指出：金剛石在沖擊載荷的循環(huán)作用下，產(chǎn)生裂紋的應(yīng)力值大大低于所需的靜應(yīng)力。而研磨過(guò)程中PCD片承受的是交變沖擊載荷，因此將會(huì)產(chǎn)生疲勞脆性去除。濕研磨時(shí)PCD材料的脆性去除方式正是這種疲勞脆性去除。在圖5中同時(shí)還可觀察到局部平滑區(qū)，這是PCD局部發(fā)生熱化學(xué)去除的結(jié)果。因濕研磨時(shí)雖然冷卻液加在研磨區(qū)內(nèi)，PCD表面與砂輪間產(chǎn)生的摩擦熱大部分被冷卻液帶走，研磨區(qū)平均溫度較低，但仍會(huì)產(chǎn)生局部高溫接觸點(diǎn)，使此處PCD材料產(chǎn)生氧化、石墨化的熱化學(xué)去除。由此可見(jiàn)，PCD材料濕研磨時(shí)，其去除機(jī)理以疲勞脆性去除為主，同時(shí)存在局部的熱化學(xué)去除?！　?)干研磨去除機(jī)理　　其表面呈平滑形貌，基本無(wú)剝落坑，說(shuō)明干研磨時(shí)PCD材料基本不發(fā)生疲勞脆性去除。干研磨時(shí)PCD材料去除機(jī)理應(yīng)以熱化學(xué)去除為主。這是因?yàn)楦裳心r(shí)冷卻液未加在研磨區(qū)，PCD材料表面與砂輪中金剛石磨粒間產(chǎn)生的摩擦熱只能通過(guò)PCD片和砂輪擴(kuò)散出去，所以研磨區(qū)平均溫度較高。另外，在高溫非高壓條件下，石墨或無(wú)定形碳是熱力學(xué)上碳的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，金剛石的硬度隨著溫度的升高(T>350℃)而降低，且研磨是在空氣氛圍下進(jìn)行，PCD材料表面將會(huì)發(fā)生氧化、石墨化，同時(shí)表面還會(huì)產(chǎn)生一定的硬度軟化層。同時(shí)砂輪中金剛石磨粒也將發(fā)生氧化、石墨化，產(chǎn)生硬度軟化層，但程度較輕，且磨粒硬度PCD軟化層硬度。因?yàn)楦裳心r(shí)冷卻液加在砂輪非工作層的基體上，砂輪中金剛石磨粒初始溫度較低，因此磨粒工作溫度比PCD片低；另外，磨粒瞬時(shí)通過(guò)研磨區(qū)，其保溫時(shí)間比PCD片短，有研究表明：溫度不變，金剛石燒失率隨著保溫時(shí)間呈線性增加；而且PCD材料中殘存觸媒鉆等，在高溫非高壓條件下又進(jìn)一步促使其產(chǎn)生氧化、石墨化和硬度軟化。所以，干研磨時(shí)PCD材料的熱化學(xué)去除包括PCD表面氧化、石墨化去除以及因磨粒硬度PCD軟化層硬度而產(chǎn)生一定的機(jī)械去除，由于產(chǎn)生機(jī)械去除的原因是熱作用的結(jié)果，所以在此稱(chēng)為機(jī)械熱去除。　　綜上所述，由于干、濕研磨時(shí)PCD材料去除機(jī)理不同，從而導(dǎo)致干、濕研磨時(shí)材料去除率明顯不同，即Q干＞Q濕。濕研磨時(shí)材料去除機(jī)理以疲勞脆性去除為主，而干研磨時(shí)材料去除機(jī)理以熱化學(xué)去除為主，基本不發(fā)生疲勞脆性去除，所以濕研磨不能使PCD表面達(dá)到鏡面，而干研磨當(dāng)砂輪磨損到一定程度時(shí)將會(huì)使PCD表面達(dá)到鏡面。干研磨時(shí)，隨著法向載荷F的增大，研磨區(qū)溫度將升高，PCD材料更易產(chǎn)生熱化學(xué)去除，所以其去除率口隨著法向載荷F的增大而增加(見(jiàn)圖3)。由耶格爾的觀點(diǎn)可知：溫升與載荷F成正比。因此，材料去除率Q應(yīng)與F基本成正比，但圖3中卻存在折點(diǎn)A(F=15N)，這與耶格爾的觀點(diǎn)并不矛盾，只是以折點(diǎn)A為分界點(diǎn)，PCD材料的熱化學(xué)去除方式發(fā)生變化而已。當(dāng)F≤15N時(shí)，由于法向載荷F較小，研磨區(qū)平均溫度T＜750℃，因此其熱化學(xué)去除將以機(jī)械熱去除方式為主，以局部氧化、石墨化去除方式為輔；當(dāng)F＞15N時(shí)，研磨區(qū)平均溫度T＞750℃，其熱化學(xué)去除將同時(shí)以PCD表面氧化、石墨化及機(jī)械熱去除方式進(jìn)行，因此材料去除率遠(yuǎn)大于F≤15N時(shí)的去除率?！　纳鲜龇治隹芍褐挥懈裳心ゲ拍苁筆CD表面達(dá)到鏡面，而PCD干研磨時(shí)材料的去除機(jī)理是熱化學(xué)去除，因此可以嘗試采用價(jià)格低廉、熔點(diǎn)較高的非金剛石磨粒的砂輪進(jìn)行研磨加工，以降低PCD刀具的加工成本；干研磨時(shí)，高材料去除率必然帶來(lái)研磨后PCD表面硬度軟化加劇，這將在一定程度上影響PCD刀具的使用壽命，因此PCD表面的鏡面加工應(yīng)采用逐漸減載的干研磨工藝，既可保持較高的研磨效率，又可降低研磨后表面硬度的軟化程度。石材

來(lái)了解石材機(jī)械的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)吧
我相信大家對(duì)石材行業(yè)的發(fā)展有目共睹，并且這也與我們的日常生活息息相關(guān)，那么大家對(duì)它未來(lái)的發(fā)展有什么期待嗎？實(shí)際上，只要我們掌握一些關(guān)于石材機(jī)械的知識(shí)就會(huì)知道，石材機(jī)器將會(huì)朝著多樣化、率、精密化、自動(dòng)化、組裝鏈的方向發(fā)展。 石材適用于鉆石線鋸末石材提取機(jī)械，適應(yīng)了大型起重桅、多頭鉆床、提高現(xiàn)代石材生產(chǎn)效率的方向。適用于石材加工機(jī)械，用于生產(chǎn)線的不斷發(fā)展。大型砂鋸、底盤(pán)鋸、多刀切割機(jī)、連續(xù)及表面處理廠、異形機(jī)、雕刻機(jī)、加工中心深受用戶(hù)的青睞。裝飾機(jī)有小型化、便攜化、多樣化的傾向。 石材養(yǎng)護(hù)機(jī)械正在朝著小型化、化、化和便攜化的方向發(fā)展。石材檢查工具和設(shè)備正朝著更加化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、小型化和智能化的方向發(fā)展。石材的裝飾設(shè)計(jì)正朝著計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。相關(guān)設(shè)備、工具和應(yīng)用技術(shù)的結(jié)合也將成為今后石材軟件科學(xué)發(fā)展的重要組成部分。

臨城縣打造華北大的磨料磨具生產(chǎn)基地
河北省臨城縣按照“產(chǎn)業(yè)集群、要素集聚、項(xiàng)目集中、資源集約”的要求和“好、追求快、好中求快”的發(fā)展理念，在推動(dòng)發(fā)展中兼顧長(zhǎng)遠(yuǎn)，注重成本，講求效益，努力使經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)建立在利用資源、減少環(huán)境污染、提效益的基礎(chǔ)上。以大園區(qū)聚集大項(xiàng)目，抓好“一城兩帶三區(qū)”（一城，縣城新區(qū)；兩帶，建材耐材工業(yè)帶、石材工業(yè)帶；三區(qū)，高新技術(shù)園區(qū)、臨東工業(yè)園區(qū)、“兩湖”產(chǎn)業(yè)園區(qū)）建設(shè)，嚴(yán)把投資強(qiáng)度關(guān)、環(huán)保關(guān)，高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)生態(tài)型高科技園區(qū)。 　　目前，已有12個(gè)項(xiàng)目入駐，完成投資20多億元。以大項(xiàng)目催生產(chǎn)業(yè)，依托現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，積極發(fā)展能耗低、污染少、效益高的產(chǎn)業(yè)，努力形成主業(yè)、多業(yè)并舉、相互支撐的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。石材 石材