|
|
聚晶金刚石的超声振动研磨机理研究 |
| 来源：信息中心 时间：2009-2-1 10:17:11 |
|
|
|
|
| 摘要：在分析聚晶金刚石(PCD)材料的微观结构和去除机理的基础上，对PCD材料的超声振动研磨机理进行了深入研究。通过试验证明，采用超声振动研磨PCD可显著提高研磨效率，认为研磨轨迹的加长和超声振动的脉冲力作用是提高研磨效率的主要原因。 |
1 引言
聚晶金刚石(PCD)具有接近天然金刚石的硬度、耐磨性以及与硬质合金相当的抗冲击性能，PCD刀具的应用范围已逐渐扩展到有色金属和非金属材料的精加工领域，尤其适用于铝合金材料的精密及超精密加工。然而，由于PCD刀具材料特有的高硬度、高耐磨性及低断裂韧性，使对PCD刀具进行研磨时材料去除率极低，严重影响生产效率。本文通过分析PCD材料的去除机理，将超声振动引入PCD刀具材料的研磨工艺。试验证明，采用超声振动研磨PCD刀具材料可在保证加工表面粗糙度的同时获得较高的加工效率。
2 超声振动研磨试验及结果分析
- 试验条件
- 试验设备与材料
- 超声振动研磨试验在经过改装的转速可调的高精度静压式研磨机上进行；研磨盘采用直径D=300mm 的高磷铸铁盘；磨料为W7 粒度的金刚石研磨粉；试件材料为郑州新亚复合超硬材料有限公司生产的JFER1308DF-IV(规格为Ø13.44×0.8mm，粒度W40)和美国GE 公司生产的PC1308DA(规格为Ø13×0.8mm，粒度W20)；超声振动研磨系统由J923025型电子管式超声波发生器(较大额定输出功率为250W)、自行研制的磁致伸缩超声换能器及相应的夹具组成；由于研磨加工要求的材料去除量极微小，且PCD材料具有高耐磨性，因此采用ES120G-4型电子天平(称量可精确到10-4g)来测量PCD试件的质量变化，并以此评价研磨加工效率。
- 试验方法与参数
- 研磨时，试件沿研磨盘径向水平方向(垂直于研磨盘线速度方向)作高频振动，工作频率为19KHz，静载荷为15N，研磨时间为60min。试验时，研磨盘选取三种不同转速(80r/min、320r/min 和500r/min)，超声波发生器输出不同功率，分别研磨不同粒度的PCD试样，并分别测量试验结果。
金刚石在冲击载荷的循环作用下，产生裂纹的应力值大大低于所需的静应力。在超声振动研磨中，PCD中的金刚石晶粒始终处于高频交变冲击载荷的作用下，加速了PCD材料的疲劳破坏，特别是金刚石晶粒的解理性脆断。
- 由超声振动研磨轨迹的特点可知，研磨速度方向是在一定夹角内(较大可达60°)以超声振动频率f高频摆动，因此可在金刚石晶粒表面看到大量交错的损伤性划痕(见图6)，不断变化的研磨速度方向使金刚石晶粒的易加工晶向经常处于研磨速度方向，使金刚石较易去除，从而提高了PCD的材料去除率。
- 从宏观能量的角度分析，研磨过程实质上是一个能量消耗过程。普通研磨时能量的输入全部来自带动研磨盘转动的电机；而在超声振动加工中，系统的能量输入不仅来自带动研磨盘转动的电机，同时还来自超声波发生器。因此，在其它加工条件相同的情况下，超声振动研磨系统在单位时间内对研磨区的输入功率比普通研磨时更多，即输入功率增大；而且由于超声振动研磨的摩擦系数较普通研磨有减小的趋势，消耗在摩擦热上的能量并未因振动的引入而发生较大变化。由于超声振动研磨中的能量聚集和应力波作用，使系统消耗在裂纹扩展和新表面形成上的能量增加，从而使超声振动研磨的材料去除率增大。
- 此外，超声振动研磨也加剧了研磨过程中的热化学作用，使多种热化学去除方式所起的作用相应增加，这也是超声振动研磨效率提高的原因之一。
- 由图2可知，在相同条件下，粗粒度(W40)PCD的材料去除率明显高于细粒度(W20)PCD的材料去除率，这是因为粗粒度PCD的表面粗糙度值较大，研磨时相应的摩擦系数也较大，研磨时磨粒与PCD表面的金刚石撞击产生较大的脉冲力；同时由于细粒度PCD比粗粒度PCD的结合更为致密，可较好抑制制造过程中PCD内部产生的微小裂纹和不规则空穴对其强度的影响，使金刚石微粒在超声振动研磨中不易发生脱落和解理性脆断，因此细粒度PCD的材料去除率较低。
4 结论
- 将超声振动技术应用于PCD刀具材料的研磨，可显著提高研磨PCD的加工效率。与普通研磨相比，超声振动研磨具有单位时间内研磨轨迹加长、冲击动能增大、超声波能量激波作用等特点，加速和增强了研磨中PCD材料的解理性脆断和微观损伤去除这两种主要去除方式的作用，从而提高了研磨效率；同时，超声振动研磨也加速了热化学去除方式在PCD去除中的作用，使研磨PCD的加工效率显著提高。研磨试验证明，超声振动研磨PCD技术具有很好的生产应用前景。
|
|
| 【关闭窗口】【打印该页】 |
本信息真实性未经证实，仅供您参考。未经许可，不得转载。 |
|
首页 >> 机床技术资讯 >> 查看资讯信息 
辽ICP备19021059号