1前言

聚晶金剛石(PolycrystallineDiamond，簡稱PCD)是由特殊處理的單晶金剛石微粉與少量粘結(jié)劑在高溫高壓條件下燒結(jié)而成的新型超硬材料。采用K類硬質(zhì)合金刀片為基底，在基底上面壓制而成的PCD稱之為PCD復(fù)合片。PCD中無序排列的金剛石顆粒使其具有均勻的高硬度和高耐磨性，被廣泛應(yīng)用于刀具、工具和模具等行業(yè)。而PCD復(fù)合片由于基底的作用，在保證硬度和耐磨性的前提下又在一定程度上兼顧了強度和韌性，從而進一步擴大了應(yīng)用領(lǐng)域，加之造價低廉，所以更具使用價值和應(yīng)用前景。但是，超硬度和超耐磨性始終是PCD材料精密加工的最大障礙，傳統(tǒng)的加工方法幾乎無能為力。隨著加工技術(shù)的發(fā)展，特種工藝逐漸用于PCD材料的加工，但仍存在許多不足，加工質(zhì)量更難盡如人意。因此，為滿足工業(yè)發(fā)展對PCD材料日益增長的需要，引入了金屬結(jié)合劑超硬磨料砂輪在線電解修整(ELID)精密鏡面磨削技術(shù)，旨在通過該技術(shù)的試驗與研究，探索PCD材料精密加工的新途徑。

2PCD材料的ELID精密鏡面磨削實驗
PCD-1500物理機械性能表指標威氏硬度熱膨脹系數(shù)
(×10-6℃-1)抗彎強度
(MPa)彈性模量
(GPa)抗壓強度
(MPa)熱導(dǎo)率
[W/(m·K)]PCD-1500系列6500～80003～3.6280056004200100～109實驗材料實驗中采用美國GE公司生產(chǎn)的PCD-1500系列聚晶金剛石復(fù)合片。其物理機械性能如右表所示。實驗條件在MM7120A臥軸矩臺精密平面磨床上加裝自行開發(fā)的ELID磨削電解電極裝置，配以自行研制的砂輪、磨削液和電源，組成ELID磨削系統(tǒng)。實驗用砂輪為鑄鐵纖維結(jié)合劑金剛石砂輪CIFB，規(guī)格?240mm×90mm×10mm×5mm，粒度W5。實驗中使用的修整電源是自行研制的ELID磨削專用高頻脈沖電源，電源輸出電壓為0～140V，電流0～10A，脈沖頻率0～500kHz。磨削液使用自行研制的專用磨削液。由于ELID磨削的磨削液兼作電解液，因此，使用堿性水溶型磨削液，除添加防銹劑、鈍化劑、極壓添加劑和合成潤滑劑外，尚需一定數(shù)量的無機鹽，以使磨削液具有電解能力。實驗過程應(yīng)用ELID磨削裝置對PCD復(fù)合片進行磨削實驗時，首先對砂輪進行電火花精密整形，消除砂輪的圓度和圓柱度誤差，使微細磨料盡可能等高地分布在砂輪表面上。然后接通電源，進行電解預(yù)修銳，在砂輪表面形成充分的氧化膜，時間大約30～45min。接著進行在線電解動態(tài)磨削。由于PCD材料的硬度高，該階段時間較長，并要嚴格控制加工參數(shù)，保證冷卻充分。磨削完畢后，切斷電源，并增大工作臺速度，依靠砂輪表面的氧化膜對工件光磨30～45min。實驗結(jié)果采用日本KosakaLaboratoryLtd.公司制造的SE-3H型輪廓儀進行表面粗糙度檢測，其中微觀尺寸放大倍數(shù)V=50000，走紙方向放大倍數(shù)H=10，采樣長度R0=0.25mm，測量長度L=2.5mm。經(jīng)測量，磨后PCD復(fù)合片表面粗糙度達到Ra0.012μm。

3PCD材料ELID磨削的去除機理

由于PCD材料的高硬度，其磨削加工與硬質(zhì)合金、工程陶瓷、光學(xué)玻璃等硬脆材料有明顯的不同。這主要表現(xiàn)在，PCD材料磨削壓力高，磨削效率低，砂輪消耗大，磨削比小。特別是引入在線電解修整技術(shù)，使得整個磨削過程十分復(fù)雜，作用因素眾多，因此PCD材料的加工去除機理具有其特殊性。盡管砂輪中金剛石磨粒與PCD復(fù)合片的金剛石層硬度相近，但兩者的微觀結(jié)構(gòu)迥然不同。前者是靠有一定塑性的金屬結(jié)合劑對金剛石磨粒進行把持，并且在砂輪表面形成具有良好彈性和塑性的氧化膜，而后者則是以金剛石C-C鍵強固結(jié)構(gòu)形式將金剛石微粒固結(jié)在一起，故PCD復(fù)合片的金剛石層整體硬度極高，幾乎無塑性，極不耐沖擊。磨削加工時，由于接觸壓力高，隨著砂輪的高速旋轉(zhuǎn)，砂輪表面磨粒對PCD材料表面產(chǎn)生強烈的撞擊和摩擦，形成對PCD復(fù)合片劇烈的機械交變沖擊。期間還伴隨有劇烈的摩擦、相互的擠壓和滑動，并產(chǎn)生粘結(jié)、刻劃、摩擦化學(xué)反應(yīng)和表面斷裂等作用。在這種情況下，PCD材