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金刚石刀具磨损机理的探讨
发表时间:2016-06-21     阅读次数:     字体:【

1.金刚石刀具的磨损形态金刚石刀具的磨损形态常见于前刀面磨损、后刀面磨损。

随着切削时间的不断延长,切削区域能量不断积聚,温度不断身高,当达到热化学反应温度时,就会在刀具表面形成新的变质层。变质层大多是强度甚差的氧化物与碳化物,为断形成,不断随切屑消失,逐渐形成磨损表面。

金刚石晶体在切削力特别是承受交变脉冲载荷持续作用下,一个又一个C原子获得足够的能量后从晶格中逸出,造成晶体缺陷,原子间引力减弱,在外力作用下晶格之间发生剪切与剥落,逐渐形成晶格层面的磨损,达到一定数量的晶格层面磨损后就会逐渐形成刀具的磨损表面。

金刚石刀具在高速切削有色金属及其合金时,在长时间的高温高压作用下,当金刚石晶体与工件的金属晶格达到分子甚至原子之间距离时,引起原子之间相互渗 透。改变了金刚石晶体的表面成分,使得金刚石刀具表面的硬度与耐磨性降低,这种现象称为金刚石的溶解。金刚石刀具的磨损程度与磨损速度则取决于金刚石原子 在有色金属或在其它非金属材料原子中的溶解率。实践证明,金刚石刀具在切削不同的材料时,有不同的溶解率,也就是说金刚石刀具在不同切削条件下切削不同的 工件材料,磨损速度与程度是不相同的,溶解率越大,金刚石刀具磨损就越快。

2 注意的若干问题

(a)负倒棱加倒圆 (b)双倒棱加倒圆 (c)消振棱加倒圆 (d)消振棱、挤光棱加倒圆

金刚石刀具常用刃区的形式 附表 单晶金刚石刀具的定向晶面 工件材料 磨损形式 刀具定向晶面硬脆材料(陶瓷、玻璃等) 微小碎裂 (100-100) 硅铝合金 机械磨损 (110-110) FRM、FRP、CFRP等 热化学磨损 (110-100)或(100-100)

金刚石刀具在使用时,除有锋利的刀刃外,还应当选取适当的刃区形式,以增强刀刃强度。由于用机械方法加工制成的金刚石刀具用于镜面切削时,常常需要一 个磨合期,即需要经过一段时间的切削过程,刀具才能达到最佳加工效果。为了缩短或消除磨合期,一般可用离子束溅蚀法、无损伤机械化学抛光法、真空等离子化 学抛光法与热化学抛光法等研磨方法来解决。

单晶金刚石各向异性,在不同晶面及不同方向上性能差异甚大,切削不同的材料,应有不同的定向。

为了提高金刚石刀具的钎焊质量,应选用对金刚石润湿性较好的合金作为钎焊材料,也可适当添加Ti、Cr、V、Mo等元素,以改善在液相下合金焊料对金 刚石表面的浸润性,实现焊料对金刚石的牢固粘结。另外,钎焊必须在真空中惰性气体的保护下进行,钎焊温度应低于金刚石石墨化转变温度(800°C),而且 钎焊时动作要快,以避免出现刀片开裂等现象。刀片钎焊后可适当延长保温时间,以消除钎焊应力。

PCD刀具宜采用逐渐减载的研磨工艺,既可保持较高的研磨效率,又可降低研磨后表面硬度的软化层深度,从而延长刀具的使用寿命。单晶金刚石刀具则在高 精密研磨盘上研磨,并选用较小的刃磨角q与适当的偏向角w,使用极细的金刚石研磨粉,采用精度高、运转平稳且振动小的研磨机床(如空气静压轴承研磨机)。

金刚石刀具适宜在机床—工件—刀具系统刚性足够、转速高、功率大、振动小、平稳性好的组合机床或加工中心上切削有色金属及其合金、纤维增强金属 (FRM) 、纤维增强塑料(FRP)、碳纤维增强复合材料(CFRP)等连续表面。金刚石刀具的检测和调刀应采用光学仪器等非接触式测量方法。

 
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