聚晶金刚石的精密镜面磨削
基于磨削法的金刚石磨料工具精密修磨技术
1.1 金刚石晶面特性与解理现象 如图1所示,金刚 石 晶 体 为 A4 型 晶 体 结 构,金 刚
石晶体 有 3 个 主 要 晶 面,分 别 为 (100)面、(111)面、 (110)面 。 因 为 各 个 晶 面 的 面 间 距 不 同 ,所 以 键 结 合 强 度也不 同,因 此 呈 现 出 明 显 的 各 向 异 性 特 征。 周 泳 等 对 [14–15] 金刚石各个 面 的 解 理 能 进 行 了 理 论 计 算,结
果如表1所示。
图1 金刚石晶格结构以及不同晶面的最小单元
Fig.1Crystalstructureofdiamondandthesmallestunit of different crystal planes
表 1 金刚石的3个晶面理论解理能 Tab.1Theoreticalcleavageenergyofthreefacetsofdiamond
Precision grinding technology of diamond abrasive tools based on grinding method
CUIZhongming1 FENGChangcai1 ZHUANGZhaopeng2 WANGXing1 HEQingshan1 1 Schoolof Mechanical & ElectricalEngineering Henan Universityof Technology Zhengzhou 450001 China
在复杂形 面 金 刚 石 磨 料 工 具 的 后 期 修 形 技 术 领 域,国内外学者 进 行 了 许 多 研 究。德 国 温 特 公 司 制 造 的精密复杂形面金刚石滚轮经后期修形后精度可以达 到 0.0025 mm,英 国 、美 国 、日 本 和 俄 罗 斯 等 国 家 在 修 磨金刚 石 工 具 形 面 方 面 也 达 到 了 微 米 级 的 精 度 水 平[5–6],国内也有很多研究人员开展了高精度金刚石 滚 轮制造技术的研究 。 [7] 但是在精密金刚石 磨 料 工 具 形 面 精 密 修 形 方 面 ,其 修 磨 方 法 、修 磨 机 理 和 基 本 工 艺 方 面的系统研究报道不多。
聚晶金刚石的精密镜面磨削
会发生抗刀现象。加工过程也证明了计算结果的可靠
性
５ 结论
本文从 理论 上给 出了利 用飞刀 径 向进 给粗 加工 右
４ 计算实例
一
旋蜗轮时飞刀左右侧 刃工作后角的计算方法 ， 分析 并 讨论 了其影响因素的影 响规律 ， 这些工作对于保 证蜗 轮齿面的加工质量 ， 防止加工 中可能 出现的加工抗刀
周 曙光 关佳亮
徐 中耀
（ 大连理 工 大学） 摘 要： 聚晶 金刚石 是一种应 用广 泛 的超 硬材料 ． 密加 工极其 困难 。文章 介绍 了 Ｅ Ｉ 精 ＬＤ精密 镜面磨 削技 术 对聚 晶金 刚石 复合 片进 行的精密 磨削 实验 ． 并对磨 削过程 和去 除机理 进行 了分析 。 关键 词 ： 晶金 刚石 聚 超硬 材料 在线 电解 修 整（ Ｄ 精 密镜 面磨削 ⅡＪ ） 硬度 和耐磨 性的前 提下 又在 一定程 度上兼 顾 了强度 和 韧性 ， 从而进 一步扩 大 了应 用领 域 ， 之 造 价 低廉 ， 加 所 以更具 使用价 值 和应用前 景 。 但 是 ， 硬度 和超 耐磨 性 始终 是 Ｐ Ｄ材 料 精 密加 超 Ｃ 工 的最 大障碍 ， 统 的加 工 方 法 几 乎无 能 为 力 。随着 传 加工 技 术 的 发 展 ， 种 工 艺 逐 渐 用 于 Ｐ Ｄ 材 料 的 加 特 Ｃ 工， 但仍存 在许 多 不 足 ， 工 质 量 更 难 尽 如 人 意 因 加 此， 为满 足工业 发 展对 Ｐ Ｄ材 料 日益 增 长 的 需 要 ， Ｃ 引
模具等行业 。而 Ｐ Ｄ复台片由于基底的作用 ， Ｃ 在保证
践 证 明， 口 ≥２、 ≥２且 。 ≤１。ｆｅ ≤１。 当 … 。口… 。 … ８、 ＇ Ｔ一 ８ 时， 不会发 生 飞刀 的切削加工抗 刀 和崩 刃现象 ， 而且 飞
2020智慧树,知到《漫谈智能制造技术》章节测试【完整答案】
2020智慧树，知到《漫谈智能制造技术》章节测试【完整答案】智慧树知到《漫谈智能制造技术》（山东联盟）章节测试答案绪论1、德国提出的国家制造业战略是()。
A:国家制造业创新网络(NNMI)B:“工业4.0计划”C:新工业战略D:机器人2050新战略答案:“工业4.0计划”2、智能制造技术能够完全取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。
()A:对B:错答案:错3、狭义上讲，智能制造主要针对()。
A:智能工厂B:制造环境C:制造设备D:制造过程答案:智能工厂4、智能制造技术本质是信息技术和智能技术与装备制造过程技术的深度融合与集成。
()A:对B:错答案:对5、()是智能制造发展的根本动力。
A:组织方式创新B:技术进步C:市场需求D:模式创新答案:市场需求6、智能制造技术，就迎合了由服务型消费形态向物质型消费形态转变的所有要求。
()A:对B:错答案:错7、广义上讲，智能制造是一种新型工业发展方式，包括(),以及智能制造理念下可能催生的其他新型业态。
A:智能工厂B:智能生产C:智能产品D:智能应用答案:智能工厂,智能生产,智能产品,智能应用8、技术进步是智能制造技术发展的关键因素。
()A:对B:错答案:对9、德国安贝格西门子的智能制造工厂的自动化运行程度已经达到了()。
A:45%B:55%C:75%D:95%答案:75%10、日本提出的国家制造业战略是()。
A:未来增长动力落实计划B:国家制造业创新网络(NNMI)C:机器人2050新战略D:新工业战略答案:机器人2050新战略第三章1、18世纪后期，最早出现的刀具是()。
A:碳素工具钢刀具B:合金工具钢刀具C:高速钢刀具D:硬质合金刀具答案:A2、20世纪50年代美国GE公司首先合成人造金刚石和立方氮化硼刀具，其硬度接近金刚石。
()A:对B:错答案:A3、高速钢刀具的出现，引起了金属切削加工的第一次革命，新型高速机床随之出现。
()A:对B:错答案:A4、按照刀具材料的成分，刀具可分为()。
第二章 金刚石刀具精密切削加工
复习晶体结构
晶格模型
面心结构
晶体结构指晶体内部原子规则排列的方式.晶体结构不同， 其性能往往相差很大。为了便于分析研究各种晶体中原子 或分子的排列情况，通常把原子抽象为几何点，并用许多 假想的直线连接起来，这样得到的三维空间几何格架称为 晶格。
晶胞
Z
晶胞
c
b Y
a
X
晶格常数 a ， b， c
人造单晶金刚石刀具 金刚石刀具 PCD刀具
多晶金刚石刀具
CVD金刚石薄膜涂层刀具
CVD金刚石刀具 金刚石厚度膜焊接刀具
金刚石刀具的性能特点
极高的硬度和耐磨性：硬度达HV10000，是自然界最硬的物质， 具有极高的耐磨性，天然金刚石耐磨性为硬质合金80-120倍，人 造金刚石耐磨性为硬质合金60-80倍。 各向异性能：单晶金刚石晶体不同晶面及晶向的硬度、耐磨性能 、微观强度、研磨加工的难易程度以及与工件材料之间的摩擦系 数等相差很大，因此，设计和制造单晶金刚石刀具时，必须进行 晶体定向。
二、典型机床简介
Pneumo 公司的MSG-325超精密车床
采用T形布局，机床空气主轴的径向圆跳动和轴向 跳动均小于等于0.05μm。床身溜板用花岗岩制造，导 轨为气浮导轨；机床用滚珠丝杠和分辨率为0.01μm的 双坐标精密数控系统驱动，用HP5501A双频激光干涉仪 精密检测位移。
DTM-3大型超精密车床
分为：液体静压和空气静压
供油压力恒定的液体静压轴承
主轴始终悬浮 在高压油膜上
液体静压轴承与气压轴承
1、液体静压轴承主轴
优点
回转稳定性好 刚度高 无振动
缺点
回转运动有温升 回油时有空气进入油源 注：空气静压轴承原理与静
PCD刀具电火花线切割磨削机床的研制
PCD刀具电火花线切割磨削机床的研制贾志新;张亚洲;高坚强【摘要】研制了用于加工聚晶金刚石(PCD)刀具的电火花线切割磨削机床,完成了机床总体方案、各运动进给轴及单向走丝系统的机械结构设计.机床具有较高的位置精度和表面粗糙度,可广泛应用于各种复杂形状的PCD刀具制作,具有以割代磨的技术特点.%The wire electrical discharge grinding machines machined PCD cutter was developed. The mechanical structure design of machine project ,each movement of feed shaft and unidirectional traveling wire system were completed. This machine has the higher positional accuracy ,the higher surface roughness and technical feature of replacing the grinding by cutting ,which is widely used in PCD-tool manufacture of various complex shape.【期刊名称】《电加工与模具》【年(卷),期】2017(000)0z1【总页数】4页(P56-59)【关键词】PCD刀具;电火花线切割加工;单向走丝【作者】贾志新;张亚洲;高坚强【作者单位】北京科技大学机械工程学院,北京 100083;北京科技大学机械工程学院,北京 100083;苏州新火花机床有限公司,江苏苏州 215164【正文语种】中文【中图分类】TG661聚晶金刚石（PCD）是20世纪70年代通过高压技术获得的一种人工合成材料。
因其具有硬度高（硬质合金的80～120倍）、导热系数高（硬质合金的1.5～9倍）、摩擦系数低（约0.1～0.3，硬质合金的摩擦系数为0.4～1.0）、热膨胀系数较低（硬质合金的1/5）和具有与有色金属、非金属之间较小的亲和力等优良特性，故常被用来制作金刚石刀具，并用于有色金属、木材和一些难加工非金属材料的加工。
精密与超精密加工试题和答案
1）精密和超精密加工的精度范围分别为多少？超精密加工包括哪些领域？2）答：精密与超精密加工的精度随着科学技术的发展不断提高, 以目前的加工能力而言, 精密加工的精度范围是0.1~1μm, 加工表面精度Ra在0.02~0.1μm之间。
超精密加工的精度高于0.1μm, 加工表面精度Ra小于0.01μm。
3）超精密加工领域:4）超精密切削,5）超精密磨削,6）超精密研磨和抛光。
超精密切削对刀具有什么要求？天然单晶金刚石、人造单晶金刚石、人造聚晶金刚石和立方氮化硼刀具是否适用于超精密切削？答: 超精密切削对刀具的要求:1) 刀具刃口锋锐度ρ刀具刃口能磨得极其锋锐, 刃口圆弧半径ρ极小, 能实现超薄切削厚度, 减小切削表面弹性恢复和表面变质层。
ρ与切削刃的加工方位有关, 普通刀具5~30μm, 金刚石刀具<10nm；从物理学的观点, 刃口半径ρ有一极限。
2) 切削刃的粗糙度。
切削时切削刃的粗糙度将决定加工表面的粗糙度。
普通刀刃的粗糙度Ry0.3~5 μm, 金刚石刀具刀刃的粗糙度Ry0.1~0.2 μm, 特殊情况Ry1nm, 很难。
3) 极高的硬度、极高的耐磨性和极高的弹性模量, 保证长的刀具寿命。
4) 刀刃无缺陷, 足够的强度, 耐崩刃性能。
5) 化学亲和性小、与工件材料的抗粘结性好、摩擦系数低, 能得到极好的加工表面完整性。
单晶金刚石硬度极高。
自然界最硬的材料, 比硬质合金的硬度高5~6倍。
摩擦系数低。
除黑色金属外, 与其它物质的亲和力小。
能磨出极锋锐的刀刃。
最小刃口半径1~5nm。
耐磨性好。
比硬质合金高50~100倍。
导热性能好, 热膨胀系数小, 刀具热变形小。
因此, 天然单晶金刚石被一致公认为理想的、不能代替的超精密切削刀具。
人造单晶金刚石已经开始用于超精密切削, 但是价格仍然很昂贵。
金刚石刀具不适宜切黑色金属, 很脆, 要避免振动而且价格昂贵, 刃磨困难。
人造聚晶金刚石无法磨出极锋锐的切削刃, 切削刃钝圆半径ρ很难达到<1μm, 它只能用于有色金属和非金属的精切, 很难达到超精密镜面切削。
聚晶金刚石研磨工艺研究新突破介绍
他 们认 为 球磨 机胀 肚 是 因为球 磨机 中的矿量 较 大 ，
其 电 流 值 是 变 大 ， 这 是 错 误 的 观 点 。 其 原 理 是 ：球 磨
干 燥 室 的 热 空 气 也 处 于 高 度 的 湍 动 状 态 ， 很 快 达 到
维ｓ
燥 、分 级 等 操 作 。 闪 蒸 干 燥 机 具 有 以 下 结 构 特 点 ： （ １） 干 燥 室 底 部 为 装 有 搅 拌 器 的 倒 锥 形 结 构 。 倒 锥 形 结 构 使 热 空 气 流 通 截 面 自 下 而 上 不 断 扩 大 ， 底
对 流 传 热 技 术 的 优 化 组 合 ， 大 大 简 化 了 生 产 工 艺 流
选 择 ，详 见 球 磨 机 的 选 择 与 计 算 。
球 磨 机 的 按 装 不 同 心 、 大 小 齿 轮 啮 合 有 偏 差 等 问
题。
球 磨 机 的 传 动 部 位 减 速 机 齿 轮 有 砂 眼 ， 等 设 备 按 装 完 ，还 没 运 行 几 个班 ，齿 轮 磨 损 等 问题 。 球 磨 工 掌 握 日常 调 节 的 重 要 参 数 ， 是 直 接 体 现 球 磨 工 操 作 水 平 ， 磨 矿 利 用 率 高 低 的 重 要 内 容 。 主 要 有 ：球 磨 机 给 水 大 小 、 球 磨 机 排 矿 口处 冲 水 大 小 、给
离 ，不合 格 产 品挡 在 干 燥 室 内 ，能 有 效地 保 证 产 品 的
粒度和水分要 求。 （ ）干 燥 系统 为 封 闭式 。干 燥 过 程 连 续 化 操 作 ， ３ 加料量 、 热 空气 温度 、产 品粒 度可 以在 一 定 范 围 内 自 行 控 制 ，从 而 保 证 了干 燥 产 品 的 各 项 指 标 。 （ ４） 集 粉 碎 、 干 燥 、 分 级 为 一 体 。 设 备 功 能 优 化 ， 结 构 紧 凑 ， 占地 面 积小 。 闪 蒸 干 燥 机 是 流 化 技 术 、 旋 流 技 术 、 喷 动 技 术 及
超精密磨削和镜面磨削汇总
一、技术概述
二、机理和关键设备 ——超精密磨削
1、超精密磨削
二、机理和关键设备
—超精密磨削机理： (1) 微刃的微切削作用。
(2) 微刃的等高切削作用。 (3) 微刃的滑挤、摩擦、抛光作用。
二、机理和主要设备 ——超精密磨削
二、机理和主要设备 ——超精密磨削
磨屑形成过程 由于砂轮工作表面形貌特点，其磨粒工作状态有三种： ✓ 第一种：参加切除金属的称为有效磨粒； ✓ 另一种：与切削层金属不接触称无效磨粒； ✓ 第三种：刚好与切削层金属接触，仅产生滑擦而切不下
砂带磨削设备
接触轮形状
砂轮修整
➢ 车削法 ➢ 磨削法 ➢ 滚压挤扎法 ➢ 喷射法 ➢ 电加工法 ➢ 超声振动法
砂轮修整
砂轮修整
砂轮修整
砂轮修整
砂轮修整
二、磨削机理和关键设备
2 、镜面磨削
二、机理和关键设备 ——镜面磨削
• 镜面磨削切屑的形成机理在普通磨削过程 中，由于磨料的形状、粒度的大小不同， 磨料在结合剂中的分布密度及磨料在砂轮 表面的出刃高度是随机分布的，随着砂轮 工作表面高速度运动的磨料切入工件，使 得磨料对工件表面的作用大致分为３种形 式．
砂带与工件柔性接触，磨粒载荷小，且均匀，工件受力、热作 用小，加工质量好（ Ra 值可达 0.02μm）
2) 冷态磨削 (散热时间长、切屑不易堵塞) 3) 高效磨削 (效率为铣削的10倍，为磨削的5倍)
强力砂带磨削，磨削比（切除工件重量与砂轮磨耗重量之比） 高，有“高效磨削”之称
4) 静电植砂，磨粒有方向性，尖端向上，摩擦生热小， 磨屑不易堵塞砂轮，磨削性能好。 5) 制作简单，价格低廉，使用方便。 6) 应用范围广，可用于内外表面及成形表面加工。
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聚晶金刚石的精密镜面磨削
1前言
聚晶金刚石（PolycrystallineDiamond，简称PCD）是由特别处理的单晶金刚石微粉与少量粘结剂在高温高压条件下烧结而成的新型超硬
材料。
采纳K类硬质合金刀片为基底，在基底上面压制而成的PCD称之
为PCD复合片。
PCD中无序排列的金刚石颗粒使其具有均匀的高硬度和
高耐磨性，被广泛应用于刀具、工具和模具等行业。
而PCD复合片由于
基底的作用，在保证硬度和耐磨性的前提下又在肯定程度上兼顾了强度
和韧性，从而进一步扩大了应用领域，加之造价低廉，所以更具使用价
值和应用前景。
但是，超硬度和超耐磨性始终是PCD材料精密加工的最大障碍，
传统的加工方法几乎无能为力。
随着加工技术的进展，特种工艺渐渐用
于PCD材料的加工，但仍存在很多不足，加工质量更难尽如人意。
因此，为充足工业进展对PCD材料日益增长的需要，引入了金属结合剂超硬磨
料砂轮在线电解修整（ELID）精密镜面磨削技术，旨在通过该技术的试
验与讨论，探究PCD材料精密加工的新途径。
2PCD材料的ELID精密镜面磨削试验
1.试验材料试验中采纳美国GE公司生产的PCD—1500系列聚晶金
刚石复合片。
其物理机械性能如右表所示。
2.试验条件在MM7120A卧轴矩台精密平面磨床上加装自行开发的ELID磨削电解电极装置，配以自行研制的砂轮、磨削液和电源，构成ELID磨削系统。
试验用砂轮为铸铁纤维结合剂金刚石砂轮CIFB，规格？
240mm90mm10mm5mm，粒度W5。
试验中使用的修整电源是自行研制的
ELID磨削专用高频脉冲电源，电源输出电压为0～140V，电流0～10A，脉冲频率0～500kHz。
磨削液使用自行研制的专用磨削液。
由于ELID磨削的磨削液兼作电解液，因此，使用碱性水溶型磨削液，除添加防锈剂、
钝化剂、极压添加剂和合成润滑剂外，尚需肯定数量的无机盐，以使磨
削液具有电解本领。
3.试验过程应用ELID磨削装置对PCD复合片进行磨削试验时，首
先对砂轮进行电火花精密整形，除去砂轮的圆度和圆柱度误差，使微细
磨料尽可能等高地分布在砂轮表面上。
然后接通电源，进行电解预修锐，在砂轮表面形成充分的氧化膜，时间大约30～45min。
接着进行在线电
解动态磨削。
由于PCD材料的硬度高，该阶段时间较长，并要严格掌控
加工参数，保证冷却充分。
磨削完毕后，切断电源，并增大工作台速度，依靠砂轮表面的氧化膜对工件光磨30～45min。
4.试验结果采纳日本KosakaLaboratoryLtd.公司制造的SE—3H型轮廓仪进行表面粗糙度检测，其中微观尺寸放大倍数V=50000，走纸方
向放大倍数H=10，采样长度R0=0.25mm，测量长度L=2.5mm。
经测量，
磨后PCD复合片表面粗糙度达到Ra0.012m。
3PCD材料ELID磨削的去除机理
由于PCD材料的高硬度，其磨削加工与硬质合金、工程陶瓷、光
学玻璃等硬脆材料有明显的不同。
这重要表现在，PCD材料磨削压力高，磨削效率低，砂轮消耗大，磨削比小。
特别是引入在线电解修整技术，
使得整个磨削过程非常多而杂，作用因素浩繁，因此PCD材料的加工去
除机理具有其特别性。
尽管砂轮中金刚石磨粒与PCD复合片的金刚石层硬度相近，但两
者的微观结构迥然不同。
前者是靠有肯定塑性的金属结合剂对金刚石磨
粒进行把持，并且在砂轮表面形成具有良好弹性和塑性的氧化膜，而后
者则是以金刚石C—C键强固结构形式将金刚石微粒固结在一起，故PCD 复合片的金刚石层整体硬度极高，几乎无塑性，极不耐冲击。
磨削加工时，由于接触压力高，随着砂轮的高速旋转，砂轮表面磨粒对PCD材料
表面产生猛烈的撞击和摩擦，形成对PCD复合片猛烈的机械交变冲击。
期间还伴随有猛烈的摩擦、相互的挤压和滑动，并产生粘结、刻划、摩
擦化学反应和表面断裂等作用。
在这种情况下，PCD材料表面的晶粒产
生解理、剥落或断裂。
同时，由于猛烈的摩擦和滑动，使磨削温度急剧
上升，PCD表面的金刚石由于热稳定性差而发生石墨化或氧化，从而被去除。
由于在线电解修整作用，砂轮始终保持锋利状态参加磨削，克服了砂轮易堵塞的障碍，有利于提高加工质量和效率：形成的氧化膜具有肯定的厚度、强度和致密性，覆盖在砂轮表面，减小了砂轮的损耗：氧化膜中容纳了大量的微细粒度磨料，一方面加添了参加磨削的磨粒数，有利于提高磨削效率，另一方面相当于对工件进行研磨抛光，有利于精密镜面的形成。
所以ELID磨削方式下去除PCD材料是机械、热化学和电解反应综合作用的结果，特别是电解反应生成的氧化膜，对最后精密镜面的形成起了关键的作用。
4结论
通过对PCD复合片的ELID精密镜面磨削试验和分析，得出以下结论:
1.用金属结合剂金刚石砂轮和在线电解修整（ELID）精密磨削技术对聚晶金刚石进行精密磨削加工可以得到很好的效果，磨削表面粗糙度值很小，是一种聚晶金刚石精密加工新途径，具有很大的推广价值和应用前景。
2.由于PCD材料的超硬性，使得其磨削加工较一般硬脆材料有很大不同。
采纳ELID磨削技术时，材料的去除是机械、热化学和电解反应综合作用的结果。
3.由于在线电解修整作用，砂轮表面形成一层具有肯定强度、厚度和致密性的氧化膜，该氧化膜对整个磨削过程以及最后的表面质量都起到了极其紧要的作用。