電鍍金剛石工具磨損狀態(tài)的研究

電鍍金剛石工具磨損狀態(tài)的研究

1硬脆材料加工領(lǐng)域通過(guò)該工藝制作簡(jiǎn)單、易加工的復(fù)雜工具、濃度和一定的研磨高度，確保其良好的研磨性能，加工效率高，為硬脆加工材料（如陶瓷、玻璃、石材、硬質(zhì)、寶石等）的加工領(lǐng)域提供了涂層石材、環(huán)保設(shè)備簡(jiǎn)單、易于加工的不同形狀的工具、高度和一定的研磨高度。目前,電鍍金剛石工具,一般采用鎳鈷或鎳做為結(jié)合劑,金剛石單晶為磨料,在加工各類硬脆材料時(shí),所應(yīng)用的電鍍金剛石工具的性能大致相同。但各種硬脆材料的成分、組織結(jié)構(gòu)和性能存在一定的差異,相應(yīng)的各種硬脆材料的加工特性也存在差異,因此針對(duì)不同的硬脆材料種類,有必要開(kāi)發(fā)出對(duì)應(yīng)的電鍍金剛石工具,實(shí)現(xiàn)材料的高效、高質(zhì)量加工。在玻璃加工業(yè),電鍍金剛石工具主要用于平板玻璃、玻璃器皿、光學(xué)玻璃、和各類玻璃配件的加工,如鉆孔、磨邊、倒角、倒圓以及外緣成形等。本文探討玻璃磨削加工中,電鍍金剛石工具的磨損形式,為適于玻璃加工用的電鍍金剛石工具的制備提供參考依據(jù)。2電鍍金剛石工具的制備選用MBD4型人造金剛石磨料,粒度為45/50,金剛石預(yù)處理工藝為:磁選-凈化-粗化-鍍液浸泡。工具磨頭基體選用35號(hào)鋼,直徑6mm。工具基體處理過(guò)程包括:磨光-除銹-絕緣處理-除油-酸浸蝕-帶電入槽。鍍液配方如下:NiSO4·7H2O,275g/L;CoSO4·7H2O,10g/L;NiCl·6H2O,45g/L;H3BO337g/L;少許電鍍添加劑。電鍍工藝:預(yù)鍍Dk=1.5A/dm2,t=20min;上砂Dk=1.0A/dm2,t=60min;加厚Dk=1.5A/dm2,t=30min;二次上砂Dk=1.0A/dm2,t=60min;二次加厚Dk=1.5A/dm2,t=390min。其中,Dk為電流密度,t為電鍍時(shí)間。所制備的工具切削部分直徑>6.6~6.8mm,制備的電鍍金剛石工具在X53T型銑床上,對(duì)厚度為5mm的平板玻璃進(jìn)行磨邊試驗(yàn),磨頭切削速度5.95~9.56m/min,工作臺(tái)進(jìn)給速度10~14mm/min,吃刀深度0.5~1.0mm。用掃描電子顯微鏡觀察不同加工時(shí)期的工具表面,收集不同加工時(shí)期被去除的玻璃磨屑,分析工具的磨損形式。3結(jié)果與討論3.1金剛石研磨顆粒破碎機(jī)理在玻璃加工過(guò)程中,金剛石的磨損形式包括:破碎,磨平以及脫落。圖1(a)示出金剛石的破碎現(xiàn)象。圖1(b)示出金剛石的磨平以及脫落現(xiàn)象。通過(guò)圖1(a)可以看出,金剛石的磨損以破碎為主,磨平次之,偶見(jiàn)脫落。在加工過(guò)程中,受到切削力的作用,磨粒產(chǎn)生破碎。在加工初期,金剛石產(chǎn)生輕微磨損,少數(shù)的金剛石磨粒破碎后,露出眾多微小的切削刃,金剛石工具仍然具備較強(qiáng)的切削加工能力。經(jīng)過(guò)一段加工時(shí)間后,多數(shù)的金剛石磨粒產(chǎn)生破碎磨損,金剛石磨粒鋒利的大棱角多數(shù)已經(jīng)破碎,金剛石磨粒的突出高度也隨著磨粒的磨損而逐漸降低。隨著磨削加工的進(jìn)一步進(jìn)行,由于玻璃加工表面以及玻璃磨屑與破碎的金剛石磨粒之間的相互作用,部分的金剛石磨粒被磨平,變鈍,金剛石工具逐漸失去切削能力。從圖1(b)還可以看到,金剛石脫落后留下的凹坑表面平整,呈多邊形(金剛石顆粒的形狀),表明結(jié)合劑與金剛石之間的連接主要為機(jī)械鑲嵌。鍍層對(duì)金剛石的把持力取決于結(jié)合劑的性能和包埋深度,制備金剛石工具時(shí),當(dāng)結(jié)合劑配方確定以后,應(yīng)合理控制上砂后的加厚時(shí)間,既保證金剛石有足夠的把持力,又使工具鋒利。3.2金剛石加工和磨損過(guò)程結(jié)合劑磨損的典型特征是在金剛石顆粒的周圍形成“流沙”現(xiàn)象。如圖2所示的結(jié)合劑狀態(tài),在金剛石顆粒的前方形成一定深度的凹坑,兩側(cè)形成較淺的流動(dòng)型凹坑,在金剛石磨粒的后面則形成結(jié)合劑的隆起現(xiàn)象。當(dāng)金剛石工具處于初期磨損時(shí)期,金剛石磨粒保持一定的突出高度,磨粒具有切削能力,此時(shí)結(jié)合劑幾乎沒(méi)有磨損。而金剛石處于磨損狀態(tài)時(shí),金剛石磨粒的突出高度變低,玻璃磨屑對(duì)結(jié)合劑的沖蝕作用加強(qiáng)。每一個(gè)玻璃磨屑都具有鋒利的尖角,具備一定的切削能力,相對(duì)于電鍍結(jié)合劑表面而言,玻璃磨屑可以看作為游離的磨料。如圖3所示,金剛石磨粒突出于結(jié)合劑,被切除的玻璃磨屑沿著金剛石磨粒流出,鋒利的玻璃磨屑對(duì)金剛石前面的結(jié)合劑產(chǎn)生沖蝕作用,玻璃磨屑對(duì)結(jié)合劑的研磨作用較強(qiáng),產(chǎn)生一定深度的凹面。隨著工具的向前移動(dòng),玻璃磨屑繞過(guò)金剛石顆粒,在金剛石兩側(cè)分流。玻璃屑的分流,使金剛石兩側(cè)結(jié)合劑受到的磨料磨損的作用減小,致使兩側(cè)形成與工具運(yùn)動(dòng)方向相反的流動(dòng)型凹坑,且凹坑的深度和寬度逐漸減弱。由于金剛石顆粒保護(hù)了其后面的結(jié)合劑,從而使這部分的結(jié)合劑不被玻璃屑所磨耗而形成隆起,這個(gè)隆起又起到了加固金剛石的作用。在玻璃磨邊的不同加工時(shí)段,比較去除的玻璃磨屑顏色,如圖4所示?？梢钥闯?玻璃屑的顏色依次為:白色,灰色,灰黑色,黑色。磨屑顏色的變化表明,隨著磨削過(guò)程的進(jìn)行,工具的結(jié)合劑逐漸被磨除,結(jié)合劑的磨損量逐漸增多。刀具磨損分為金剛石磨損和結(jié)合劑磨損兩種情況,它們直接影響了玻璃加工質(zhì)量和工具的使用壽命。在玻璃加工初期,金剛石產(chǎn)生輕微磨損,結(jié)合劑的磨損較少。在一般磨損狀態(tài)下,多數(shù)的金剛石磨粒產(chǎn)生破碎磨損,少數(shù)的金剛石磨粒被磨平,同時(shí)存在結(jié)合劑的磨損。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果,電鍍金剛石工具的金剛石應(yīng)與電鍍結(jié)合劑保持適當(dāng)?shù)钠ヅ?。?dāng)金剛石品質(zhì)較高時(shí),金剛石的抗沖擊能力較強(qiáng),磨粒在加工過(guò)程中不易破碎,磨粒使用壽命較長(zhǎng),這種情況下,鍍層結(jié)合劑應(yīng)保證對(duì)金剛石磨粒具有足夠的把持力,結(jié)合劑與金剛石具有良好的結(jié)合性能。而當(dāng)金剛石磨粒品質(zhì)一般情況下,磨削過(guò)程中金剛石易破碎,可以適當(dāng)調(diào)整結(jié)合劑的耐磨性,降低結(jié)合劑的硬度,做到結(jié)合劑與金剛石磨損的同步進(jìn)行,保證電鍍金剛石工具的自銳性。因此,制備電鍍金剛石工具時(shí),可以調(diào)整工具的電鍍規(guī)范,如鍍液配方、電鍍工藝等,獲得所需性能的結(jié)合劑,充分發(fā)揮金剛石的切削作用。4結(jié)合劑的磨損和磨損量增加在加工玻璃時(shí),電鍍金剛石工具的磨損包括金剛石磨損和結(jié)合劑磨損。其中金剛石的磨損以金剛石破碎為主,伴有金剛石的磨平和脫落;結(jié)合劑磨損的典型特征