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單晶金剛石刀具研磨會遇到的4大影響因素

丝瓜二维码知道研磨刀具是個精細的工作,在工藝流程上也比較謹慎,那麽,在加工過程中,哪些因素會影響研磨呢?

1 磨削量的影響因素

通過實驗發現,磨削量與研磨條件的關係為 V=kv式中V研磨體積 k磨削率 v磨削速度 p研磨壓力此外,金剛石的磨向、磨料的粒度、磨粒在鑄鐵孔隙中的鑲嵌狀況等因素也會改變磨削率的大小,從而影響磨削量。

2 研磨質量的影響因素

金剛石硬度高、脆性大,研磨時雖然刀具表麵粗糙度較易保證,但刀刃容易出現崩口,刀刃鋸齒度不易降低。精密加工要求刀具刃口在500倍顯微鏡下觀察無崩口,因此需要從各方麵優化研磨過程,以獲得平直完善的刀刃

研磨粉粒度和研磨盤表麵狀態對研磨質量的影響

可以看出,由於粗粉對刀刃的衝擊性較大,研磨後刀刃鋸齒度也較大,基本上難以研磨出無崩口的刀刃;而采用細粉時,經過幾分鍾的研磨後刀刃即變得平直,鋸齒度趨向於零。

新製造的研磨盤因加工精度的限製,其盤麵不平度較大,對於研磨的穩定性有一定影響。此外,剛塗敷在盤麵上的磨粒本身的等高性也較差。經過一段時間的研磨後,盤麵上的高點被研平,磨粒中的較大顆粒也被打碎或鏟離盤麵,從而使磨粒的等高性得到改善,刀刃鋸齒度穩定減小。所以對於金剛石刀具的開刃或精磨等關鍵工序,必須在穩定的研磨盤盤麵上進行。

由於研磨過程中磨粒會被不斷打碎或損失,若不及時加以補充,將導致因盤麵磨粒密度不夠而使金剛石直接與鑄鐵接觸,不但會影響刀具研磨質量,還會因金剛石的擠刮作用破壞或堵塞盤麵上的孔隙,從而降低研磨盤的使用壽命。因此,在研磨過程中需要經常向盤麵添加新的研磨膏。

此外,在塗粉之前對研磨盤盤麵的預處理也至關重要,一般需用油石或較粗的SiC研磨粉對盤麵進行推磨,以去除車削溝紋,提高盤麵的平整性。通過用各種油石和SiC粉研磨盤麵的比較試驗,發現用TL280ZY1油石推磨盤麵1小時後再塗以W1細金剛石粉,可獲得理想的研磨盤麵,此時盤麵達到穩定的時間很短,研磨後的刀刃鋸齒度很小。而采用遊離的SiC研磨粉則容易堵塞盤麵上的孔隙,使金剛石粉難以大量而牢固地鑲嵌於研磨盤上。

3 刃磨角對研磨質量的影響

刃磨角q是研磨的線速度方向與刀刃的夾角。當q>0°時,研磨方向從刀體指向刀刃,稱為順磨;當q<0°時,研磨方向從刀刃指向刀體,稱為逆磨。由於金剛石的抗拉強度很高,順磨時,刀刃承受拉應力,因此磨後鋸齒度較小;逆磨時,刀刃承受壓應力,因此磨後鋸齒度較大。當q大於且接近於0°時刀刃可獲得很小的鋸齒度,此時刃口處的應力方向與刀刃基本平行,而刀刃在此方向上有很高的抗拉應力強度。平行於刀刃研磨的另一個好處是刀麵的磨痕也與刀刃平行,在切削加工中不會複映到已加工表麵,有助於提高切削加工質量。

盤麵端跳和機床振動對研磨質量的影響

研磨盤麵的端跳和機床的振動會引起研磨時盤麵對刀刃的衝擊,從而破壞刀刃的平直性,其中尤以盤麵端跳的影響更為直接,這是因為由端跳引起的衝擊方向垂直於盤麵。盤麵端跳和機床振動對刀刃鋸齒度的影響分別存在一個臨界值,當小於臨界值時,刀刃鋸齒度趨向於零;而當大於臨界值時,刀刃鋸齒度急劇上升。

為了減小盤麵端跳,在用油石研磨盤麵時,應同時檢測盤麵的端跳情況,並盡可能通過研磨消除端跳。然後還需進行研磨盤的在線動平衡,以減小運轉時因機構不平衡而產生的振動。

端跳和振動還與研磨機的精度及減振性能有關。傳統的木製研磨機因頂尖與轉軸之間需要墊以纖維襯墊,同時由於木材剛性的限製,會導致研磨盤在高速旋轉時產生0.05~0.1mm的動態跳動;此外,木材和纖維物質的耐熱性差,在高速滑動條件下很容易磨損而使轉軸與頂尖之間產生間隙,因此需要經常調整間隙、更換襯墊或木製頂尖。由於使用此類設備時不穩定因素較多,隻有在設備狀態某些不長的時間段內才能研磨出基本合格的天然金剛石刀具,即使是技術熟練的操作人員,也隻能達到30%~50%的加工合格率。

靜壓空氣軸承的精度高於0.5μm,旋轉平穩,且承托主軸的高壓空氣具有較強的吸振能力。所以采用靜壓空氣軸承的研磨機即使研磨刀刃楔角隻有45°的金剛石刀具,也能獲得無缺的刀刃。對於一般的民用金剛石刀具,基本上可以達到100%的加工合格率。

4 偏向角對研磨質量的影響

偏向角w是在金剛石的被研磨麵上實際研磨方向與磨方向之間的夾角。對於(110)麵,當在磨方向(w=0°)研磨時,金剛石表麵非常光潔,且表麵有較大起伏,這是因為在磨方向上,研磨盤麵的不平度在金剛石表麵得到了充分複映;當w=45°時,金剛石表麵仍然相當光潔,但起伏程度變小,並出現細小溝痕;當w=60°時,金剛石表麵產生密集的深溝,研磨速率變得很低;在難磨方向,金剛石表麵充滿一個個凹坑,研磨速率基本為零。w<45°的區域均可認為是好磨方向,可以獲得光潔的表麵。對於(100)麵,其好磨區域為w<15°。在好磨區域內鋸齒度趨向於零,當w>45°後,刀刃上迅速出現較大崩口。對於(100)麵同樣可得到類似結果。

偏向角對表麵質量的影響規律還可用於判斷金剛石的磨方向,因為在磨方向研磨時,金剛石表麵光亮且有較大起伏。

綜上所述,金剛石刀具的研磨質量對各種加工條件都相當敏感,特別在研磨小刀刃楔角的金剛石刀具(如眼科手術刀、光纖切割刀和生物切片刀等)時尤其如此。