新型CVD金刚石涂层刀具铣削高性能各向同性石墨研究

利用自主研发的新型CVD金刚石复合涂层刀具对自行研制的高密高强各向同性石墨材料进行了铣削加工试验,对比测试了新型CVD金刚石复合涂层刀具与PCD刀具的切削性能。试验结果表明,PCD刀具铣削加工25min其后刀面磨损已超过磨钝标准0.3 mm,新型CVD金刚石复合涂层刀具加工到45 min时,其后刀面磨损量仅为0.25 mm,这说明新型CVD金刚石复合涂层刀具高速铣削石墨时表现出良好的耐磨性和使用寿命,可以适应高性能各向同性石墨的加工需求。铣削加工试验还发现新型CVD金刚石复合涂层刀具加工的石墨表面质量在初期不如PCD刀具,但在更长时间加工情况下,其加工表面质量优于PCD刀具。

聚晶金刚石(PCD)刀具发展综述

对聚晶金刚石 (PCD)刀具的发展概况、性能特点、应用范围、制造技术、设计原则。

合成聚晶金刚石过程的颗粒冷压破碎

为提升聚晶金刚石的致密度,研究在初装、冷等静压后以及六面顶压机内等不同压力条件下,不同金刚石粉体粒径和配比在加压前后的粉体密度、粒径分布及重排微观结构变化,发现金刚石粉体的变化规律。合成过程包括初装料的无序排列到220 MPa等静压后的细颗粒填充孔隙与重排,再到超高压力下大颗粒被挤压破碎,孔隙被逐步填充。由于细颗粒的缓冲效应,大颗粒G_(20~30)在双粒径配方G_(2~4)和G_(20~30)中比在单一粒径G_(20~30)配方中破碎更少,更有利于提升金刚石粉体堆积密度。

聚晶金刚石刀具磨削机理试验研究

本文通过观察聚晶金刚石 (PCD)磨削表面的微观形貌及背散射立体像 ,研究了PCD材料的磨削机理。结果表明 ,在磨削过程中 ,PCD材料会产生冲击脆性去除、沿晶疲劳脆性去除、疲劳点蚀脆性去除、热化学去除及机械热去除。其主次顺序取决于磨削工艺参数。因冲击脆性去除直接产生PCD刀具刃口锯齿缺陷 。

纤维状聚晶金刚石复合片刀具的切削性能及刀具磨损机理

设计并制备一种纤维状聚晶金刚石复合片(Polycrystalline diamond compacts,PDC)刀具,制备的PDC刀具具有同时参与切削的刀刃多、刀刃间隔距离和切削角度可人为控制、刃口锋利平直等特点。开展了新型PDC刀具与金刚石砂轮在相同条件下加工WC/12Co涂层的对比试验。结果表明,制备的PDC刀具能获得与金刚石砂轮磨削相媲美的加工质量,实现WC/12Co涂层硬脆材料的精密加工;同时其具有良好的容屑空间,断续切削的结构特点使其更容易散热,因此,切削加工过程中又可以适当地提高切削参数实现材料的高效加工。PDC刀具在长时间的加工过程中,由于受到频繁的冲击作用,在PDC刀具的后刀面出现了小凹坑和轻微的磨粒磨损,随着切削的进行,在切刃处出现局部崩刃现象,须对其刃磨。

磨PCD刀具陶瓷结合剂金刚石砂轮的研究

本文研究制备Na2O-B2O3-SiO2-Al2O3多元系基玻璃料，并配制成低温陶瓷结合剂，研究发现：耐火度为685℃，流动性为110％～130％，线膨胀系数为5．35×10^-6℃^-1的低温陶瓷结合剂具有优异的性能。制备的陶瓷结合剂金刚石砂轮在725℃烧成后，磨具的抗弯强度和洛氏硬度达到最佳值，分别58．61MPa和77．9。用其磨削PCD刀片时锋利性好，磨削中间不需修整，砂轮耐用度高。运用扫描电子显微镜（SEM）分析了陶瓷结合剂金刚石磨具的断面形貌、磨削后磨削面形貌，表明结合剂对磨粒黏结牢固，断面组织均匀。

聚晶金刚石刀具高速铣削钛合金切削温度分析

为了研究聚晶金刚石高速铣削钛合金时的切削温度的影响因素,揭示切削温度的变化规律,进行了切削温度试验.采用2k因子试验设计,找出对切削温度有重要影响的主影响因素及交互影响因素;利用均匀设计试验,分析主影响因素及交互影响因素对切削温度的影响规律;建立切削用量与切削温度之间的非线性数学模型.试验结果表明:聚晶金刚石刀具高速铣削钛合金时,切削速度和切削宽度之间的交互作用对切削温度有显著影响,切削温度与切削用量间存在非线性特征规律,切削速度对切削温度的影响随切削宽度的变化而变化.研究结果有助于指导钛合金高速铣削加工,优化高速切削工艺及建立高速切削数据库.

高速铣削SiC_p/Al复合材料时聚晶金刚石刀具的磨损机理

采用聚晶金刚石刀具(PCD),以600～1200m/min速度对SiCp/2009Al复合材料进行了高速铣削试验,研究了铣削时PCD刀具的磨损机理。使用扫描电镜(SEM)观察加工材料表面和刀具前/后刀面磨损带,X射线衍射仪分析已加工表面物相,并使用能谱(EDS)和激光拉曼谱对后刀面磨损带进行元素分析。结果表明,增强颗粒碳化硅的高频刻划和冲击是导致刀具晶粒脱落、磨粒磨损、崩刃、剥落的主要机制,切削高体积分数增强铝基复合材料、经热处理的复合材料或使用更高的切削速度时,PCD刀具会产生明显微裂纹。另外,增强颗粒体积分数是影响PCD刀具磨损的最显著因素,增强颗粒尺寸、工件材料热处理状态、刀具材料晶粒尺寸和冷却条件对刀具磨损均有显著影响。PCD刀具刀的寿命在70～240min之间。结论认为,增强颗粒机械冲击、切削振动和热冲击的综合作用是刀具产生微裂纹的主要原因。在高速铣削时的高温、高压下,工件材料中的铝元素和铜元素会向刀具有一定程度的扩散,PCD刀具在铜元素的催化作用下会发生轻微的石墨化磨损。

聚晶金刚石刀具的刃磨工艺

介绍了聚晶金刚石 (PCD)刀具的两种常用刃磨方法———放电刃磨和金刚石砂轮机械刃磨的刃磨机理、刃磨设备及研究成果 ,并针对两种刃磨方法的不足提出了今后的研究方向。

聚晶金刚石刀具切削各向同性热解石墨过程中的磨损机理

针对各向同性热解石墨切削过程中刀具磨损过快的问题,采用聚晶金刚石(PCD)刀具进行了切削加工试验。研究了切削过程中PCD刀具的磨损形式、磨损规律以及刀具磨损对表面加工质量的影响。试验结果表明:PCD刀具磨损主要发生在后刀面上,磨损形式为磨粒磨损和氧化磨损。磨损区域可以分为平行沟槽和严重磨损两种形貌。初始磨损阶段,磨损带长度急剧增大,并在切削1200m后进入正常磨损阶段。切削过程中还出现了石墨切屑在磨损区域的黏附堆积和刀具崩刃现象。切削初期,随着切削距离的增大,加工表面粗糙度值急剧增大,切削距离为600m时表面粗糙度达到最大值1.7μm。

陶瓷结合剂金刚石砂轮在加工PCD刀具中的优越性

通过陶瓷结合剂、树脂结合剂、金属结合剂金刚石砂轮在磨削加工PCD刀具中的应用,获得了一些具有对比性的试验结果。通过对试验结果的分析,发现陶瓷结合剂金刚石砂轮在加工PCD刀具上同树脂结合剂和金属结合剂相比具有:磨削效率高、耐用度高、加工成本低的特点。

聚晶金刚石刀具加工强化复合地板时的切削性能及磨损机理研究

通过对聚晶金刚石刀具加工Al2O3表层强化复合地板的试验研究,分析了金刚石粒度对聚晶金刚石刀具切削性能的影响以及刀具的磨损机理.结果表明:随着金刚石粒度的增大,聚晶金刚石刀具的耐磨性能增强;聚晶金刚石刀具在加工过程中的磨损机理主要表现为具有疲劳磨损特征的沿晶断裂及局部解理断裂.晶间微裂纹是导致聚晶金刚石刀具磨损的主要因素.

PCD刀具金刚石砂轮刃磨表面质量及其对加工工件表面质量的影响

对树脂结合剂、金属结合剂和陶瓷结合剂金刚石砂轮刃磨PCD刀具的过程特点进行了比较分析,认为陶瓷结合剂金刚石砂轮刃磨PCD刀具可以得到较好的刃磨表面质量且刃磨效率最高;同时对加工工件表面的形成过程进行了分析,认为PCD刀具的后刀面表面质量是最重要的影响因素。

工作台调定压力对刃磨聚晶金刚石刀具的影响

通过试验研究了在刃磨聚晶金刚石时工作台调定压力对磨削力、磨除率及磨耗比的影响 ,获得了刃磨时优化的工作台调定压力。

磨PCD刀具用陶瓷结合剂金刚石砂轮的研制

以Li2O-Al2O3-SiO2-B2O3系作为基础玻璃,设计了两种不同化学组成的结合剂(V1和V2)。采用三点弯曲法,考察了两种结合剂试样的抗折强度随烧结温度的变化规律,以及结合剂引入量对含金刚石试样抗折强度的影响;借助XRD衍射分析技术测试了结合剂试样条的物相构成;分别用两种结合剂制作了陶瓷结合剂金刚石砂轮,考察了在不同磨削条件下的磨削效果。实验结果表明:V1结合剂为玻璃质结合剂,V2结合剂为微晶玻璃质结合剂;采用V1结合剂制作的金刚石砂轮比采用V2结合剂制作的金刚石砂轮性能更佳,可用于PCD/PCBN复合片的粗磨加工。

聚晶金刚石刀具在超硬刀具磨削机上的刃磨工艺

介绍了聚晶金刚石(PCD)刀具在EWAGRS09超硬刀具磨削机上的刃磨工艺及刃磨特点,为超硬刀具的刃磨提供了参考。

聚晶金刚石刀具振动切削不锈钢技术研究

使用聚晶金刚石刀具进行了超声波振动切削不锈钢的实验研究,研究了切削方式对切削力及已加工表面粗糙度的影响规律。通过对刀具磨损区微观形貌的观测,分析了PCD刀具切削不锈钢时的磨损机理。结果表明,化学磨损在金刚石刀具切削黑色金属时占主导地位。超声振动切削可明显减小切削变形、切削力及刀具磨损。

基于表面质量分析的聚晶金刚石刀具电火花放电磨削试验研究

以2、10μm两种粒度的聚晶金刚石作为研究对象,以工艺试验结合材料学测试作为分析手段,简单对比了盘状电极和线电极加工的表面质量,研究了金刚石粒度、电极极性、电极转速对精密电火花放电磨削聚晶金刚石的表面质量和材料去除率的影响。结果表明:采用负极性加工时,加工表面未出现多孔结构,表面质量好,放电蚀除无选择性;随着电极旋转线速度增加,聚晶金刚石材料的去除量也逐步增加,聚晶金刚石材料的表面粗糙度值先减少后增加;在电极线速度达80 m/min时,聚晶金刚石样件表面粗糙度值达到最小值,聚晶金刚石材料的去除量也趋于稳定。

聚晶金刚石加工刀具在中国的研究与发展

详细介绍了聚晶金刚石(PCD)木工刀具在中国的研究发展情况,并对中国木材加工工业的现状、PCD木工刀具的使用特性以及主要的研究方向进行了分析,指出PCD刀具在木工行业有着广阔的应用前景。