聚晶金剛石PCD表面拋光技術(shù)
發(fā)布日期:2014-05-08 蘭生客服中心 瀏覽:7380
用傳統(tǒng)的機(jī)械拋光法對大面積PCD制品拋光,磨輪會先接觸其因應(yīng)力變形而出現(xiàn)的凸起部分,造成拋光時間長、局部厚度減薄等弊端。
PCD制品自20世紀(jì)70年代問世以來,以其優(yōu)良的性能,在航空航天、國防、能源、汽車、地質(zhì)鉆探和線纜等高技術(shù)領(lǐng)域中得到日益廣泛的應(yīng)用。尤其是大面積PCD制品的應(yīng)用,使機(jī)械加工能力和水平向前邁進(jìn)一大步,加工精度、加工表面質(zhì)量不斷提高,加工效率幾十倍甚至上百倍提高。大面積PCD制品多用于制造切削各種材料的刀具,為了良好斷屑,提高被加工工件的精度和表面質(zhì)量,大多數(shù)PCD制品的PCD面需要拋光,使其達(dá)到鏡面(表面粗糙度Ra≦0.05μm)。盡管很多資料介紹PCD面電化學(xué)拋光、超聲拋光等新技術(shù),但在工業(yè)化的批量生產(chǎn)應(yīng)用中,PCD面機(jī)械拋光仍占主導(dǎo)地位。
一、PCD面拋光參數(shù)選擇
PCD面機(jī)械拋光過程是聚晶金剛石磨耗與炭化過程,由于聚晶金剛石的硬度高,一般用金剛石拋光粉(膏)加鑄鐵盤或用磨輪進(jìn)行拋光。實(shí)踐證明:用金剛石拋光粉(膏)加鑄鐵盤拋光的效率太低,大都采用磨輪拋光(磨輪與工件被拋光表面接觸面積大,被廣泛采用)。
PCD面拋光質(zhì)量要求:
1、表面粗糙度Ra≦0.05μm;
2、表面光澤一致,沒有折光面;
3、沒有未拋光到的邊緣存在;
4、無光澤不均勻的環(huán);
5、無劃痕及污染。
為達(dá)到PCD面拋光質(zhì)量要求,用磨輪實(shí)施機(jī)械拋光時,要合理選擇磨輪寬度、濃度和粒度,磨輪和工件轉(zhuǎn)速,拋光壓力以及磨輪修整時機(jī)。
首先磨輪的粒度和濃度要選擇合適,粒度過粗達(dá)不到工件拋光表面粗糙度要求;粒度過細(xì),加工效率低,磨粒保持銳利的時間短,拋光時的摩擦力大,溫升高。磨輪寬度要選擇合適,過窄,使用壽命短,磨輪修整頻次高,工件被拋光表面與磨輪接觸面小,拋光效率低;過寬,磨輪端面難于整平,磨輪內(nèi)外圈的線速度差異大,磨輪內(nèi)外消耗差異多,拋光中摩擦接觸面積大,工件散熱條件變差;磨輪工作層中含金剛砂濃度高,有利于縮短磨輪與被拋光表面接觸吻合時間,但成本高,會使磨輪脫粒過快,有時造成被拋光表面劃傷。
工件在拋光過程中一般低速旋轉(zhuǎn),這對工件保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)有利。磨輪通常高速旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)PCD面與磨輪表面相互間摩擦,產(chǎn)生熱作用,磨輪轉(zhuǎn)速過快,摩擦熱過高,達(dá)不到拋光表面質(zhì)量要求。
拋光過程中,被拋光表面與磨輪表面接觸的同時必須施加合適的壓力,壓力過小易產(chǎn)生抖動,被拋光表面出現(xiàn)波紋;壓力過大,磨輪消耗快,不僅摩擦溫升高,還可能導(dǎo)致驅(qū)動電機(jī)過載。
磨輪表面修整時機(jī)要掌握合適,長時間不修整磨輪端面,磨輪不銳利,被拋光表面與磨輪端面的吻合時間長,加工效率低;過于頻繁修整磨輪端面,磨輪消耗快。磨輪端面修整的不平整、過渡不圓滑,會使被拋光表面無光澤,有時出現(xiàn)劃痕。
二、傳統(tǒng)拋光方法及設(shè)備存在的問題
傳統(tǒng)拋光設(shè)備的結(jié)構(gòu)是磨輪高速旋轉(zhuǎn),固定式拋光夾具夾持著工件低速旋轉(zhuǎn),被拋光表面與磨輪端面接觸,并施加一定的接觸壓力,工件的旋轉(zhuǎn)中心與磨輪的接觸線固定,通過相互間的摩擦、熱、炭化作用,達(dá)到PCD面被拋光。
過去的PCD制品厚度大且被拋光表面的面積小(小于或接近磨輪端面環(huán)寬),用傳統(tǒng)拋光設(shè)備實(shí)施拋光是適宜的。隨著技術(shù)發(fā)展,大面積PCD制品的出現(xiàn),使被拋光表面超過端面磨輪寬度一倍以上,而且工件的厚度比過去薄得多,當(dāng)PCD制品的拋光表面積大于26cm2,厚度不大于2mm時,薄片因應(yīng)力變形使得被拋光表面的平面度變差,拋光難度加大。用傳統(tǒng)拋光設(shè)備加工大面積PCD薄片存在下列問題:
1、傳統(tǒng)拋光設(shè)備的夾具(及其被夾持的工件)旋轉(zhuǎn)中心與磨輪端面無相對運(yùn)動,當(dāng)被拋光表面與磨輪接觸,初始接觸的點(diǎn)(或面)在整個被拋光表面上的分布具有決定意義,因?yàn)榇撕髵伖饧庸⒀剡@些點(diǎn)(或面)向周圍擴(kuò)展,如果初始接觸點(diǎn)(或面)少(稱之為吻合度差),并且在局部相對集中,那麼此后只有將這些點(diǎn)或面去除,其它的點(diǎn)(或面)才能與磨輪端面接觸,這使得本應(yīng)表面拋光變成“去量拋光”,由于聚晶金剛石硬、拋光使用的磨輪切削能力差,接觸點(diǎn)(或面)向周圍擴(kuò)展相當(dāng)緩慢,造成拋光時間超長,加工效率下降。
2、由于工件旋轉(zhuǎn)中心與磨輪端面接觸線固定,即使被拋光表面上各處均與磨輪接觸(完全吻合),當(dāng)工件被拋光表面寬度(長度或直徑)大于磨輪環(huán)寬,各處的接觸幾率不同,工件外部的接觸幾率明顯少于中部,使得被拋光表面易出現(xiàn)明暗不同的折光環(huán),達(dá)不到質(zhì)量要求。
3、由于拋光過程中,被拋光表面中部始終不離開磨輪端面,中部受摩擦熱大于周邊,且散熱條件差,對于大面積、厚度薄的PCD制品,局部受熱導(dǎo)致工件變形加劇。
4、應(yīng)力變形使得被拋光表面的平面形狀不規(guī)則,伴隨有扭曲。只有通過修整磨輪端面或被拋光表面與磨輪端面相互磨耗,使磨輪端面盡可能與被拋光表面相吻合(被拋光表面取得更多的接觸點(diǎn)并均勻分布)。但應(yīng)力變形是隨機(jī)的,表面扭曲使得各個工件表面狀況千差萬別,當(dāng)磨輪端面被修整或磨耗成與某個工件的PCD表面相吻合,換另一個工件,又出現(xiàn)不吻合,必須再次通過磨輪修整或磨耗,達(dá)到新的吻合,這不僅加工效率低,還增加了操作者勞動強(qiáng)度,對大批量生產(chǎn)是不適宜的。
5、 由于各個PCD制品存在表面形狀差異,同一磨輪端面被修整成與兩個工件的PCD面同時吻合的可能性很小。即使能夠同時吻合,由于一個磨輪同時拋光兩片大面積PCD制品產(chǎn)生的摩擦溫升更高,工件中部又不能脫開磨輪(散熱條件差),在傳統(tǒng)的拋光設(shè)備上(用同一個磨輪)同時拋光兩片大面積PCD制品,不僅各片所需的加工時間差異很大,而且過高的溫度,易燒傷被拋光表面。
三、改進(jìn)方案的確定
由上述分析可知:在拋光過程中,提高被拋光表面與磨輪端面接觸吻合程度對提高拋光效率至關(guān)重要。在拋光過程中,讓被拋光表面的自旋轉(zhuǎn)中心在磨輪端面上沿磨輪徑向移動,并配合自適應(yīng)接觸功能,對提高接觸吻合程度有利(尤其對中凸變形的被拋光表面)。當(dāng)工件的自轉(zhuǎn)中心離開原來在磨輪端面上的接觸線時,被拋光表面上原來與磨輪端面的接觸點(diǎn)(面),有一部分就會脫開(從微觀上看,磨輪端面沿徑向高低錯落,并不是平整表面),原來形成的穩(wěn)定接觸狀態(tài)被打破,在自適應(yīng)接觸功能的配合下,一些未與磨輪端面接觸的點(diǎn)(面)此時與磨輪端面接觸,從而增加了新接觸點(diǎn)(面),改善了相互接觸吻合狀態(tài),從而縮短拋光時間。
我國生產(chǎn)的聚晶金剛石拉絲模
工件自轉(zhuǎn)中心在磨輪端面上位移還具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、拋光過程是磨輪與被拋光表面相互磨耗過程,工件位移的同時,將磨輪端面高點(diǎn)修平,這不僅消除了被拋光表面可能出現(xiàn)的環(huán)形折光環(huán),而且降低了磨輪端面平整度修整難度。
2、被拋光表面中部和邊緣與磨輪端面接觸幾率得到均衡,使工件各處受熱均勻;再者,被拋光表面的大部分都有移出磨輪端面的時候,改善工件的散熱條件,減小工件拋光過程產(chǎn)生的熱變形。
3、縮短表面變形狀態(tài)不同的工件同時拋光所需的時間差異。由于被拋光表面自適應(yīng)與磨輪端面接觸吻合,無需用修整磨輪端面的方法來適應(yīng)被拋光表面,加之工件散熱條件的改善,使得同一臺拋光設(shè)備(用同一個磨輪)同時拋光兩片大面積PCD制品得以實(shí)現(xiàn)。
實(shí)現(xiàn)被拋光表面的自轉(zhuǎn)中心與磨輪端面接觸線相對位移的方法有多種:一種是在主軸(磨輪)高速旋轉(zhuǎn)的同時進(jìn)行偏心擺動;另一種是在工件旋轉(zhuǎn)中心沿磨輪徑向位移或在一定的角度內(nèi)(中心壓力點(diǎn)不脫開磨輪端面)進(jìn)行擺動,據(jù)資料介紹國外生產(chǎn)的拋光設(shè)備采用磨輪高速旋轉(zhuǎn)同時進(jìn)行偏心擺動。
我們利用雙搖桿擺動機(jī)構(gòu)原理,設(shè)計(jì)了復(fù)合片旋轉(zhuǎn)、加壓、擺動和接觸自適應(yīng)夾具,讓工件在一定的角度內(nèi)(中心壓力點(diǎn)不離開磨輪端面)擺動來實(shí)現(xiàn)被拋光表面的自轉(zhuǎn)中心在磨輪端面上位移,其優(yōu)點(diǎn):
1、成本低,機(jī)械結(jié)構(gòu)相對簡單,可保持傳統(tǒng)拋光設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)不變(僅改變夾具部分)。
2、由于拋光環(huán)境比較惡劣(有粉塵),采用傳統(tǒng)絲杠、導(dǎo)軌傳動機(jī)構(gòu),成本較高,粉塵容易進(jìn)入運(yùn)動部位,降低使用壽命(防護(hù)較困難);采用凸輪或氣動、液壓機(jī)構(gòu),結(jié)構(gòu)復(fù)雜,外圍附件多;而四連桿機(jī)構(gòu)不僅結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)動可靠性強(qiáng),而且防護(hù)簡便、環(huán)境適應(yīng)力強(qiáng),適合在拋光設(shè)備上應(yīng)用。
3、選用四連桿機(jī)構(gòu)中的雙搖桿擺動機(jī)構(gòu),可以用一個驅(qū)動電機(jī)同時實(shí)現(xiàn)工件自旋轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)中心在一定角度內(nèi)擺動。
4、可利用原固定式結(jié)構(gòu)夾具上許多零件,不增加操作復(fù)雜程度。
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鈦合金的切削刀具材料
刀具種類 刀具材料 高速鋼 硬質(zhì)合金 車刀 - YG6X、YA6、YG3X、YGRM、YG8、YG10H、813、643 銑刀 W12Cr4V4Mo、W2Mo9CrV4Co8、W12Mo3Cr4V3Co5Si、W6M
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造成鈦合金切削加工性差的原因
材料切削加工性常采用一定刀具耐用度下切削某種材料所允許的切削速度來衡量。通常取T=60min,則vT寫作v60,若將硬質(zhì)合金車刀切削碳鋼時的v60作為基準(zhǔn),切削其它材料時允許的切削速度為v60'則v60'同v60的比值稱為該材料相對切削加工
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鈦合金加工要求
圓刀片銑刀適用于銑削鈦金屬,因?yàn)樗鼈兊闹髌强蛇m當(dāng)變化。只要為這些銑刀配備專用刀片并應(yīng)用正確的切削參數(shù),一般情況下就能提高穩(wěn)定性和總體性能。每齒進(jìn)給量應(yīng)設(shè)定最小值,這一點(diǎn)至關(guān)重要。 一、鈦合金銑削需要合適條件 與其他大多數(shù)金屬材料加工相比,
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鈦合金車削用量
進(jìn)給量f(mm/r) 切削速度v(m/min) 0.08~0.12 87~69 0.13~0.17 71~59 0.18~0.24 62~51 0.25~0.30 53~47 0.33~0.40 48~41 0.45~0.
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