聚晶金剛石(PCD)具有接近天然金剛石的硬度、耐磨性以及與硬質(zhì)合金相當(dāng)?shù)目箾_擊性,是一種被廣泛應(yīng)用于有色金屬和非金屬材料精密加工的新型刀具材料。為充分發(fā)揮PCD刀具的優(yōu)良性能,提高加工零件的表面質(zhì)量,刀具前刀面(PCD表面)需加工成鏡面。目前,PCD鏡面通常采用樹(shù)脂基金剛石砂輪進(jìn)行研磨加工,但由于PCD與所用的金剛石磨料硬度、性質(zhì)相近,因而與傳統(tǒng)的研磨加工有著很大的不同,其研磨機(jī)理、研磨工藝具有自身的變化規(guī)律。
由于干、濕研磨時(shí)PCD材料去除機(jī)理不同,從而導(dǎo)致干、濕研磨時(shí)材料去除率明顯不同,即Q干>Q濕。濕研磨時(shí)材料去除機(jī)理以疲勞脆性去除為主,而干研磨時(shí)材料去除機(jī)理以熱化學(xué)去除為主,基本不發(fā)生疲勞脆性去除,所以濕研磨不能使PCD表面達(dá)到鏡面,而干研磨當(dāng)砂輪磨損到一定程度時(shí)將會(huì)使PCD表面達(dá)到鏡面。干研磨時(shí),隨著法向載荷F的增大,研磨區(qū)溫度將升高,PCD材料更易產(chǎn)生熱化學(xué)去除,所以其去除率口隨著法向載荷F的增大而增加(見(jiàn)圖3)。由耶格爾的觀點(diǎn)可知:溫升與載荷F成正比。因此,材料去除率Q應(yīng)與F基本成正比,但圖3中卻存在折點(diǎn)A(F=15N),這與耶格爾的觀點(diǎn)并不矛盾,只是以折點(diǎn)A為分界點(diǎn),PCD材料的熱化學(xué)去除方式發(fā)生變化而已。當(dāng)F≤15N時(shí),由于法向載荷F較小,研磨區(qū)平均溫度T<750℃,因此其熱化學(xué)去除將以機(jī)械熱去除方式為主,以局部氧化、石墨化去除方式為輔;當(dāng)F>15N時(shí),研磨區(qū)平均溫度T>750℃,其熱化學(xué)去除將同時(shí)以PCD表面氧化、石墨化及機(jī)械熱去除方式進(jìn)行,因此材料去除率遠(yuǎn)大于F≤15N時(shí)的去除率。
從上述分析可知:只有干研磨才能使PCD表面達(dá)到鏡面,而PCD干研磨時(shí)材料的去除機(jī)理是熱化學(xué)去除,因此可以嘗試采用價(jià)格低廉、熔點(diǎn)較高的非金剛石磨粒的砂輪進(jìn)行研磨加工,以降低PCD刀具的加工成本;干研磨時(shí),高材料去除率必然帶來(lái)研磨后PCD表面硬度軟化加劇,這將在一定程度上影響PCD刀具的使用壽命,因此PCD表面的鏡面加工應(yīng)采用逐漸減載的干研磨工藝,既可保持較高的研磨效率,又可降低研磨后表面硬度的軟化程度。