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单晶金刚石刀具研磨会遇到的4大影响因素

我们知道研磨刀具是个精细的工作,在工艺流程上也比较谨慎,那么,在加工过程中,哪些因素会影响研磨呢?

1 磨削量的影响因素

通过实验发现,磨削量与研磨条件的关系为 V=kv式中V研磨体积 k磨削率 v磨削速度 p研磨压力此外,金刚石的磨向、磨料的粒度、磨粒在铸铁孔隙中的镶嵌状况等因素也会改变磨削率的大小,从而影响磨削量。

2 研磨质量的影响因素

金刚石硬度高、脆性大,研磨时虽然刀具表面粗糙度较易保证,但刀刃容易出现崩口,刀刃锯齿度不易降低。精密加工要求刀具刃口在500倍显微镜下观察无崩口,因此需要从各方面优化研磨过程,以获得平直完善的刀刃

研磨粉粒度和研磨盘表面状态对研磨质量的影响

可以看出,由于粗粉对刀刃的冲击性较大,研磨后刀刃锯齿度也较大,基本上难以研磨出无崩口的刀刃;而采用细粉时,经过几分钟的研磨后刀刃即变得平直,锯齿度趋向于零。

新制造的研磨盘因加工精度的限制,其盘面不平度较大,对于研磨的稳定性有一定影响。此外,刚涂敷在盘面上的磨粒本身的等高性也较差。经过一段时间的研磨后,盘面上的高点被研平,磨粒中的较大颗粒也被打碎或铲离盘面,从而使磨粒的等高性得到改善,刀刃锯齿度稳定减小。所以对于金刚石刀具的开刃或精磨等关键工序,必须在稳定的研磨盘盘面上进行。

由于研磨过程中磨粒会被不断打碎或损失,若不及时加以补充,将导致因盘面磨粒密度不够而使金刚石直接与铸铁接触,不但会影响刀具研磨质量,还会因金刚石的挤刮作用破坏或堵塞盘面上的孔隙,从而降低研磨盘的使用寿命。因此,在研磨过程中需要经常向盘面添加新的研磨膏。

此外,在涂粉之前对研磨盘盘面的预处理也至关重要,一般需用油石或较粗的SiC研磨粉对盘面进行推磨,以去除车削沟纹,提高盘面的平整性。通过用各种油石和SiC粉研磨盘面的比较试验,发现用TL280ZY1油石推磨盘面1小时后再涂以W1细金刚石粉,可获得理想的研磨盘面,此时盘面达到稳定的时间很短,研磨后的刀刃锯齿度很小。而采用游离的SiC研磨粉则容易堵塞盘面上的孔隙,使金刚石粉难以大量而牢固地镶嵌于研磨盘上。

3 刃磨角对研磨质量的影响

刃磨角q是研磨的线速度方向与刀刃的夹角。当q>0°时,研磨方向从刀体指向刀刃,称为顺磨;当q<0°时,研磨方向从刀刃指向刀体,称为逆磨。由于金刚石的抗拉强度很高,顺磨时,刀刃承受拉应力,因此磨后锯齿度较小;逆磨时,刀刃承受压应力,因此磨后锯齿度较大。当q大于且接近于0°时刀刃可获得很小的锯齿度,此时刃口处的应力方向与刀刃基本平行,而刀刃在此方向上有很高的抗拉应力强度。平行于刀刃研磨的另一个好处是刀面的磨痕也与刀刃平行,在切削加工中不会复映到已加工表面,有助于提高切削加工质量。

盘面端跳和机床振动对研磨质量的影响

研磨盘面的端跳和机床的振动会引起研磨时盘面对刀刃的冲击,从而破坏刀刃的平直性,其中尤以盘面端跳的影响更为直接,这是因为由端跳引起的冲击方向垂直于盘面。盘面端跳和机床振动对刀刃锯齿度的影响分别存在一个临界值,当小于临界值时,刀刃锯齿度趋向于零;而当大于临界值时,刀刃锯齿度急剧上升。

为了减小盘面端跳,在用油石研磨盘面时,应同时检测盘面的端跳情况,并尽可能通过研磨消除端跳。然后还需进行研磨盘的在线动平衡,以减小运转时因机构不平衡而产生的振动。

端跳和振动还与研磨机的精度及减振性能有关。传统的木制研磨机因顶尖与转轴之间需要垫以纤维衬垫,同时由于木材刚性的限制,会导致研磨盘在高速旋转时产生0.05~0.1mm的动态跳动;此外,木材和纤维物质的耐热性差,在高速滑动条件下很容易磨损而使转轴与顶尖之间产生间隙,因此需要经常调整间隙、更换衬垫或木制顶尖。由于使用此类设备时不稳定因素较多,只有在设备状态某些不长的时间段内才能研磨出基本合格的天然金刚石刀具,即使是技术熟练的操作人员,也只能达到30%~50%的加工合格率。

静压空气轴承的精度高于0.5μm,旋转平稳,且承托主轴的高压空气具有较强的吸振能力。所以采用静压空气轴承的研磨机即使研磨刀刃楔角只有45°的金刚石刀具,也能获得无缺的刀刃。对于一般的民用金刚石刀具,基本上可以达到100%的加工合格率。

4 偏向角对研磨质量的影响

偏向角w是在金刚石的被研磨面上实际研磨方向与磨方向之间的夹角。对于(110)面,当在磨方向(w=0°)研磨时,金刚石表面非常光洁,且表面有较大起伏,这是因为在磨方向上,研磨盘面的不平度在金刚石表面得到了充分复映;当w=45°时,金刚石表面仍然相当光洁,但起伏程度变小,并出现细小沟痕;当w=60°时,金刚石表面产生密集的深沟,研磨速率变得很低;在难磨方向,金刚石表面充满一个个凹坑,研磨速率基本为零。w<45°的区域均可认为是好磨方向,可以获得光洁的表面。对于(100)面,其好磨区域为w<15°。在好磨区域内锯齿度趋向于零,当w>45°后,刀刃上迅速出现较大崩口。对于(100)面同样可得到类似结果。

偏向角对表面质量的影响规律还可用于判断金刚石的磨方向,因为在磨方向研磨时,金刚石表面光亮且有较大起伏。

综上所述,金刚石刀具的研磨质量对各种加工条件都相当敏感,特别在研磨小刀刃楔角的金刚石刀具(如眼科手术刀、光纤切割刀和生物切片刀等)时尤其如此。
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