聚晶金剛石研磨工藝及機理研究
聚晶金剛石(PCD)具有接近天然金剛石的硬度、耐磨性以及與硬質合金相當?shù)目箾_擊性，是一種被廣泛應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鏡面通常采用樹脂基金剛石砂輪進行研磨加工，但由于PCD與所用的金剛石磨料硬度、性質相近，因而與傳統(tǒng)的研磨加工有著很大的不同，其研磨機理、研磨工藝具有自身的變化規(guī)律。本文對PcD研磨工藝進行了較系統(tǒng)的研究，并對其研磨機理進行了較深入的分析。 　　1試驗條件　　試驗在BDJP-902聚晶金剛石研磨機上進行；金剛石砂輪的類型、規(guī)格、尺寸為6A2250×36×50×5120B100，砂輪速度為18.3m/s、；試件為美國GE公司生產(chǎn)的三角形1600PCD90T5/1.6標準刀坯。為提高試驗精度，減小試驗誤差，在一個夾頭上同時研磨3個尺寸相同的PCD刀坯，用光較儀測量每片刀坯的去除厚度，取其平均值作為去除量。用干涉儀觀察、測量PCD研磨表面形態(tài)及粗糙度Rz值，采用JSM-5600LV掃描儀觀察PCD研磨表面微觀形貌?！　?試驗結果　　1)冷卻液對去除率及表面粗糙度的影響　　PCD干研磨(研磨前砂輪修整10秒鐘，冷卻液未加在研磨區(qū))和濕研磨(研磨前砂輪修整10秒鐘，冷卻液加在研磨區(qū))兩種條件下材料去除量隨研磨時間的變化情況。試驗時作用在試件夾頭上的法向載荷為20N。　　PCD材料去除量與研磨時間的關系　　干研磨材料去除率Q干與濕研磨材料去除率Q濕的關系為：研磨初期Q干=2.54Q濕；中期Q干=1.6Q濕；穩(wěn)態(tài)期Q干=1.68µm/min，Q濕≈O。用干涉儀觀察、測量PCD表面形態(tài)及粗糙度：濕研磨時PCD表面上存在許多深凹坑，研磨130分鐘后其表面干涉條紋仍呈斷續(xù)狀態(tài)，即Rz>0.3µm，達不到鏡面要求；干研磨時表面粗糙度Rz隨研磨時間的延長而降低，其關系曲線如圖2所示。由圖2可知，研磨20分鐘時，PCD表面達鏡面(Rz≯0.05µm),且再延長研磨時間表面粗糙度基本無變化，但根據(jù)表面形態(tài)觀察結果可知，其平面度有所提高。因此，PCD鏡面加工應采用干研磨工藝，在試驗條件下，研磨20～30分鐘其表面可達鏡面；若對研磨表面的平面度要求較高，可適當延長研磨時間?！　?)法向載荷對去除率的影響　　PCD干研磨時作用在試件夾頭上的法向載荷F與材料去除率Q的關系。由圖3可知，材料去除率Q隨著法向載荷F的增大而增加，且存在一個折點A(F=15N)，當≤15N時，其去除率Q以較小的幅度隨著F的增大而增加，當F>15N時，其去除率O隨著F的增大而大幅度增加?！　?結果分析及機理探討　　為了弄清產(chǎn)生上述試驗結果的原因，需對PCD材料去除機理進行探討。　　1)濕研磨去除機理　　濕研磨表面雖也凹凸不平，但與未研磨表面凹凸狀態(tài)完全不同，明顯存在大量的剝落坑。這種現(xiàn)象說明PCD表面發(fā)生了脆性去除。筆者認為其脆性去除方式是動載脆性去除(即疲勞脆性去除)而不是靜載脆性去除。這是因為研磨狀態(tài)下法向載荷F較小(20N)，作用在PDD表面上的應力大大低于靜載荷下產(chǎn)生裂紋的極限應力值，因此基本不會發(fā)生靜載脆性去除。但英國學者coopr曾通過試驗指出：金剛石在沖擊載荷的循環(huán)作用下，產(chǎn)生裂紋的應力值大大低于所需的靜應力。而研磨過程中PCD片承受的是交變沖擊載荷，因此將會產(chǎn)生疲勞脆性去除。濕研磨時PCD材料的脆性去除方式正是這種疲勞脆性去除。在圖5中同時還可觀察到局部平滑區(qū)，這是PCD局部發(fā)生熱化學去除的結果。因濕研磨時雖然冷卻液加在研磨區(qū)內(nèi)，PCD表面與砂輪間產(chǎn)生的摩擦熱大部分被冷卻液帶走，研磨區(qū)平均溫度較低，但仍會產(chǎn)生局部高溫接觸點，使此處PCD材料產(chǎn)生氧化、石墨化的熱化學去除。由此可見，PCD材料濕研磨時，其去除機理以疲勞脆性去除為主，同時存在局部的熱化學去除?！　?)干研磨去除機理　　其表面呈平滑形貌，基本無剝落坑，說明干研磨時PCD材料基本不發(fā)生疲勞脆性去除。干研磨時PCD材料去除機理應以熱化學去除為主。這是因為干研磨時冷卻液未加在研磨區(qū)，PCD材料表面與砂輪中金剛石磨粒間產(chǎn)生的摩擦熱只能通過PCD片和砂輪擴散出去，所以研磨區(qū)平均溫度較高。另外，在高溫非高壓條件下，石墨或無定形碳是熱力學上碳的穩(wěn)定結構，金剛石的硬度隨著溫度的升高(T>350℃)而降低，且研磨是在空氣氛圍下進行，PCD材料表面將會發(fā)生氧化、石墨化，同時表面還會產(chǎn)生一定的硬度軟化層。同時砂輪中金剛石磨粒也將發(fā)生氧化、石墨化，產(chǎn)生硬度軟化層，但程度較輕，且磨粒硬度PCD軟化層硬度。因為干研磨時冷卻液加在砂輪非工作層的基體上，砂輪中金剛石磨粒初始溫度較低，因此磨粒工作溫度比PCD片低；另外，磨粒瞬時通過研磨區(qū)，其保溫時間比PCD片短，有研究表明：溫度不變，金剛石燒失率隨著保溫時間呈線性增加；而且PCD材料中殘存觸媒鉆等，在高溫非高壓條件下又進一步促使其產(chǎn)生氧化、石墨化和硬度軟化。所以，干研磨時PCD材料的熱化學去除包括PCD表面氧化、石墨化去除以及因磨粒硬度PCD軟化層硬度而產(chǎn)生一定的機械去除，由于產(chǎn)生機械去除的原因是熱作用的結果，所以在此稱為機械熱去除?！　【C上所述，由于干、濕研磨時PCD材料去除機理不同，從而導致干、濕研磨時材料去除率明顯不同，即Q干＞Q濕。濕研磨時材料去除機理以疲勞脆性去除為主，而干研磨時材料去除機理以熱化學去除為主，基本不發(fā)生疲勞脆性去除，所以濕研磨不能使PCD表面達到鏡面，而干研磨當砂輪磨損到一定程度時將會使PCD表面達到鏡面。干研磨時，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)生熱化學去除，所以其去除率口隨著法向載荷F的增大而增加(見圖3)。由耶格爾的觀點可知：溫升與載荷F成正比。因此，材料去除率Q應與F基本成正比，但圖3中卻存在折點A(F=15N)，這與耶格爾的觀點并不矛盾，只是以折點A為分界點，PCD材料的熱化學去除方式發(fā)生變化而已。當F≤15N時，由于法向載荷F較小，研磨區(qū)平均溫度T＜750℃，因此其熱化學去除將以機械熱去除方式為主，以局部氧化、石墨化去除方式為輔；當F＞15N時，研磨區(qū)平均溫度T＞750℃，其熱化學去除將同時以PCD表面氧化、石墨化及機械熱去除方式進行，因此材料去除率遠大于F≤15N時的去除率?！　纳鲜龇治隹芍褐挥懈裳心ゲ拍苁筆CD表面達到鏡面，而PCD干研磨時材料的去除機理是熱化學去除，因此可以嘗試采用價格低廉、熔點較高的非金剛石磨粒的砂輪進行研磨加工，以降低PCD刀具的加工成本；干研磨時，高材料去除率必然帶來研磨后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。石材

來了解石材機械的未來發(fā)展趨勢吧
我相信大家對石材行業(yè)的發(fā)展有目共睹，并且這也與我們的日常生活息息相關，那么大家對它未來的發(fā)展有什么期待嗎？實際上，只要我們掌握一些關于石材機械的知識就會知道，石材機器將會朝著多樣化、率、精密化、自動化、組裝鏈的方向發(fā)展。 石材適用于鉆石線鋸末石材提取機械，適應了大型起重桅、多頭鉆床、提高現(xiàn)代石材生產(chǎn)效率的方向。適用于石材加工機械，用于生產(chǎn)線的不斷發(fā)展。大型砂鋸、底盤鋸、多刀切割機、連續(xù)及表面處理廠、異形機、雕刻機、加工中心深受用戶的青睞。裝飾機有小型化、便攜化、多樣化的傾向。 石材養(yǎng)護機械正在朝著小型化、化、化和便攜化的方向發(fā)展。石材檢查工具和設備正朝著更加化、標準化、通用化、小型化和智能化的方向發(fā)展。石材的裝飾設計正朝著計算機、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。相關設備、工具和應用技術的結合也將成為今后石材軟件科學發(fā)展的重要組成部分。

臨城縣打造華北大的磨料磨具生產(chǎn)基地
河北省臨城縣按照“產(chǎn)業(yè)集群、要素集聚、項目集中、資源集約”的要求和“好、追求快、好中求快”的發(fā)展理念，在推動發(fā)展中兼顧長遠，注重成本，講求效益，努力使經(jīng)濟增長建立在利用資源、減少環(huán)境污染、提效益的基礎上。以大園區(qū)聚集大項目，抓好“一城兩帶三區(qū)”（一城，縣城新區(qū)；兩帶，建材耐材工業(yè)帶、石材工業(yè)帶；三區(qū)，高新技術園區(qū)、臨東工業(yè)園區(qū)、“兩湖”產(chǎn)業(yè)園區(qū)）建設，嚴把投資強度關、環(huán)保關，高標準建設生態(tài)型高科技園區(qū)。 　　目前，已有12個項目入駐，完成投資20多億元。以大項目催生產(chǎn)業(yè)，依托現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，積極發(fā)展能耗低、污染少、效益高的產(chǎn)業(yè)，努力形成主業(yè)、多業(yè)并舉、相互支撐的產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局。石材 石材