PCD的磨削特点与PCD刀具刃磨技术

1 引言 

   随着现代科学技术的高速发展，由聚晶金刚石（PCD）、聚晶立方氮化硼（PCBN）等超硬材料制成的刀具品种越来越丰富，其性能也得到不断发展和提高。刀片磨料粒径从数十微米、几微米到纳米级；金刚石、立方氮化硼的含量分为低含量、中等含量和高含量；结合剂既有金属、非金属也有混合材料；PCD层厚度从毫米级到微米级；PCD层与硬质合金衬底的结合方式有平面、波纹面；PCD层有高耐磨、高韧性、高耐热等不同特性。目前PCD、PCBN刀具的应用范围扩大到汽车、航天航空、精密机械、家电、木材、电子电气等行业，用于制作车刀、镗刀、铣刀和钻头、铰刀、锪刀、锯刀、镂刀、剃刀等。 

   尽管PCD、PCBN刀具发展如此之快，但因其高硬度导致的刀具刃磨困难一直困扰着大多数用户，刀片的重磨也主要由原刀具生产厂家来完成。不仅刀具价格高，交货期长，而且占用企业流动资金。因此，很有必要认真研究PCD的磨削特点及PCD刀具的刃磨技术。 

2 PCD刀具的制造工艺 

   PCD切削刀具的生产工艺流程一般包括抛光、切割、固接、刃磨、质检等。PCD超硬材料毛坯直径通常有1/2、1、2、3、4英寸，其表面一般较粗糙（Ra2～10μm），不能直接用于制作刀具，需经研磨抛光使其表面达到镜面（Ra≤0.01μm），然后通过激光切割或电火花线切割加工成一定几何形状和尺寸要求的刀片，再进一步对刀片和基体待固接面进行机械和化学处理，然后采用银基硬钎焊将刀片固接于基体上，最后经金刚石砂轮刃磨。 

   PCD切削刀具制造技术的关键之一是切削刃的刃磨质量。优质刀头材料缺乏理想的刃磨工艺和技术将会造成资源浪费，采用好的刃磨工艺则会提升刀具的产品质量，降低刀具使用成本。 

3 PCD材料的磨削加工特点 

PCD是由特殊处理的金刚石与少量粘结剂在高温超高压下烧结而成。无序排列的金刚石晶粒使PCD具有均匀的、极高的硬度和耐磨性。PCD可用于切削刀具、砂轮修整、地质钻探、量具测头、拉丝摸具、喷砂摸具等。但是PCD的高硬度和高耐磨性也给其加工带来了很大困难。 

   国内外学者针对PCD材料的高硬度和高耐磨性所带来的加工难题进行了大量的研究和试验，其中包括电火花加工、超声波加工、电化学加工、激光加工等，并取得了一定效果。但综合分析发现，这些加工技术目前多适用于PCD材料的粗加工场合。要想获得好的PCD切削刃口质量，最理想的加工方法仍是用金刚石砂轮磨削或研磨。 

   PCD的磨削加工主要是机械和热化学两方面混合作用的结果。机械作用是通过金刚石砂轮磨粒对PCD材料的不断冲击而形成的金刚石的微破碎、磨损、脱落或解理；热化学作用则是金刚石砂轮磨削PCD形成的高温使金刚石发生氧化或石墨化。二者混合作用的结果致使PCD材料被去除。其磨削加工特点主要为： 

（1）磨削力很大 

   金刚石是已知矿物中硬度最高的物质，与各种金属、非金属材料配对摩擦的磨损量仅为硬质合金的1/50～1/800；PCD的硬度（HV）为80～120KN/mm2，仅次于单晶金刚石，远高于硬质合金。采用金刚石砂轮磨削PCD时，起始切削强度很高，约为硬质合金（0.4MPa）的10倍以上；比磨削能达1.2×104～1.4×105J/mm3；因此磨削力远高于磨削硬质合金。