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聚晶金刚石表面抛光技术工艺研究

2010/12/3/9:27来源:磨商网作者:蔡海平
    PCD制品自20世纪70年代问世以来,以其超硬耐磨的性能,在石油开采、地质钻探、航空航天、国防、能源、汽车和线缆等高技术领域中得到广泛的应用。尤其是大面积PCD制品的开发应用,使机械加工能力和水平得到较大提升,加工精度、表面加工质量不断得到提高,加工效率几十倍甚至上百倍提高。大面积PCD制品主要用于制造切削各种非黑色金属材料的刀具,为了提高被加工工件的精度和表面质量,大部分PCD制品的PCD表面需要抛光,要使其达到镜面效果其表面粗糙度Ra≤0.05μm。很多资料介绍过PCD表面的电化学抛光、超声抛光等技术,但在工业化的批量生产应用中,这几种方法因环境条件可操作性等原因无法实现,而且成本高效率也不尽人意。所以PCD表面抛光方法目前机械式仍占主导地位。
    PCD表面机械抛光过程是聚晶金刚石相互磨削与炭化的过程,其加工难度较大,会产生高温,以及较大的切削力。因此PCD面抛光工艺的选择显得尤其重要。
    由于聚晶金刚石的硬度高,一般方法进行抛光,抛光的效率太低,目前大都采用磨轮式抛光。其效率高,效果好,污染小。而且成本也相对要低一些。PCD表面抛光质量要求:表面粗糙度Ra≤0.05μm;表面光泽均匀一致;没有未抛光到的边缘存在;无光泽不均匀的环;无划痕及污染。
    为达到PCD面抛光质量要求,抛光参数的选择,在机械抛光过程中其重要的工艺参数包含磨轮粒度、磨轮尺寸、磨轮转速、夹具转速、夹具压力还有磨轮的修整时间以及工作温度几个方面,用磨轮实施机械抛光时,首先要合理选择磨轮粒度、浓度和宽度,其次是磨轮和工件转速,第三抛光压力以及磨轮修整时机,第四是温度控制。PCD表面机械抛光过程是聚晶金刚石相互磨削与炭化的过程。
    磨轮的粒度和浓度要选择合适,粒度过粗浓度过大效率高,但是达不到工件抛光表面粗糙度要求;也会增加砂轮成本,磨粒不容易保持,易脱落容易产生划伤。粒度过细,加工效率较低,磨粒保持锋利的时间短,抛光时的产生摩擦力大,温升高,容易使工件高温受损。
    通常在抛光过程中磨轮做高速旋转,工件一般低速旋转,磨轮转速一般设置应低于1400转/分,太高离心力冲击力会比较大容易产生工件飞脱,损坏磨轮等严重后果,而且其摩擦热也会过高,也会使抛光表面质量受损,影响产品质量。工件转速一般在30转/分以下即可。这样工件可以保持平稳运转,自适应使工件表面和磨轮表面吻合。达到比较好的工作状态抛光过程中,必须对工件施加合适的压力,压力过小效率低,较大面积PCD抛光时间成本会大大增加;严重影响生产。压力过大,效率会提高,但磨轮消耗较快,而且温升会高,还可导致驱动电机和主轴过载。因此选择合适的压力也是抛光工艺一个关键参数。
    磨轮经过一段时间的工作,磨粒会有磨损,磨轮的锋利程度就下降 ,这时候整个加工效率就会降低,而且磨轮和工件温度也会升高,此时就需要修整磨轮,这个时间周期的把握对抛光效率的影响是至关重要的。太早了磨轮消耗会比较大,太晚了会造成工件受热变形,磨轮变形,主轴震动工件受损等严重后果。
    PCD表面机械抛光过程是聚晶金刚石与磨轮金刚石颗粒相互磨削与炭化的过程。在这个过程中必然会产生大量的磨削热,如果散热不好将会导致工件及磨轮温度大幅度升高,造成工件变形,使抛光难度增加数倍。磨轮变形,会造成主轴振动,抛光工件产生损伤刮边,主轴损伤造成主轴旋转精度下降,设备性能下降,直接增加生产成本。这会对生产经营和管理造成困难。因此抛光过程中的温度控制也是整个抛光工艺的一个重要因素。

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