电镀金刚石工具磨损状态的研究

电镀金刚石工具磨损状态的研究

1硬脆材料加工领域通过该工艺制作简单、易加工的复杂工具、浓度和一定的研磨高度，确保其良好的研磨性能，加工效率高，为硬脆加工材料（如陶瓷、玻璃、石材、硬质、宝石等）的加工领域提供了涂层石材、环保设备简单、易于加工的不同形状的工具、高度和一定的研磨高度。目前,电镀金刚石工具,一般采用镍钴或镍做为结合剂,金刚石单晶为磨料,在加工各类硬脆材料时,所应用的电镀金刚石工具的性能大致相同。但各种硬脆材料的成分、组织结构和性能存在一定的差异,相应的各种硬脆材料的加工特性也存在差异,因此针对不同的硬脆材料种类,有必要开发出对应的电镀金刚石工具,实现材料的高效、高质量加工。在玻璃加工业,电镀金刚石工具主要用于平板玻璃、玻璃器皿、光学玻璃、和各类玻璃配件的加工,如钻孔、磨边、倒角、倒圆以及外缘成形等。本文探讨玻璃磨削加工中,电镀金刚石工具的磨损形式,为适于玻璃加工用的电镀金刚石工具的制备提供参考依据。2电镀金刚石工具的制备选用MBD4型人造金刚石磨料,粒度为45/50,金刚石预处理工艺为:磁选-净化-粗化-镀液浸泡。工具磨头基体选用35号钢,直径6mm。工具基体处理过程包括:磨光-除锈-绝缘处理-除油-酸浸蚀-带电入槽。镀液配方如下:NiSO4·7H2O,275g/L;CoSO4·7H2O,10g/L;NiCl·6H2O,45g/L;H3BO337g/L;少许电镀添加剂。电镀工艺:预镀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为电流密度,t为电镀时间。所制备的工具切削部分直径>6.6~6.8mm,制备的电镀金刚石工具在X53T型铣床上,对厚度为5mm的平板玻璃进行磨边试验,磨头切削速度5.95~9.56m/min,工作台进给速度10~14mm/min,吃刀深度0.5~1.0mm。用扫描电子显微镜观察不同加工时期的工具表面,收集不同加工时期被去除的玻璃磨屑,分析工具的磨损形式。3结果与讨论3.1金刚石研磨颗粒破碎机理在玻璃加工过程中,金刚石的磨损形式包括:破碎,磨平以及脱落。图1(a)示出金刚石的破碎现象。图1(b)示出金刚石的磨平以及脱落现象。通过图1(a)可以看出,金刚石的磨损以破碎为主,磨平次之,偶见脱落。在加工过程中,受到切削力的作用,磨粒产生破碎。在加工初期,金刚石产生轻微磨损,少数的金刚石磨粒破碎后,露出众多微小的切削刃,金刚石工具仍然具备较强的切削加工能力。经过一段加工时间后,多数的金刚石磨粒产生破碎磨损,金刚石磨粒锋利的大棱角多数已经破碎,金刚石磨粒的突出高度也随着磨粒的磨损而逐渐降低。随着磨削加工的进一步进行,由于玻璃加工表面以及玻璃磨屑与破碎的金刚石磨粒之间的相互作用,部分的金刚石磨粒被磨平,变钝,金刚石工具逐渐失去切削能力。从图1(b)还可以看到,金刚石脱落后留下的凹坑表面平整,呈多边形(金刚石颗粒的形状),表明结合剂与金刚石之间的连接主要为机械镶嵌。镀层对金刚石的把持力取决于结合剂的性能和包埋深度,制备金刚石工具时,当结合剂配方确定以后,应合理控制上砂后的加厚时间,既保证金刚石有足够的把持力,又使工具锋利。3.2金刚石加工和磨损过程结合剂磨损的典型特征是在金刚石颗粒的周围形成“流沙”现象。如图2所示的结合剂状态,在金刚石颗粒的前方形成一定深度的凹坑,两侧形成较浅的流动型凹坑,在金刚石磨粒的后面则形成结合剂的隆起现象。当金刚石工具处于初期磨损时期,金刚石磨粒保持一定的突出高度,磨粒具有切削能力,此时结合剂几乎没有磨损。而金刚石处于磨损状态时,金刚石磨粒的突出高度变低,玻璃磨屑对结合剂的冲蚀作用加强。每一个玻璃磨屑都具有锋利的尖角,具备一定的切削能力,相对于电镀结合剂表面而言,玻璃磨屑可以看作为游离的磨料。如图3所示,金刚石磨粒突出于结合剂,被切除的玻璃磨屑沿着金刚石磨粒流出,锋利的玻璃磨屑对金刚石前面的结合剂产生冲蚀作用,玻璃磨屑对结合剂的研磨作用较强,产生一定深度的凹面。随着工具的向前移动,玻璃磨屑绕过金刚石颗粒,在金刚石两侧分流。玻璃屑的分流,使金刚石两侧结合剂受到的磨料磨损的作用减小,致使两侧形成与工具运动方向相反的流动型凹坑,且凹坑的深度和宽度逐渐减弱。由于金刚石颗粒保护了其后面的结合剂,从而使这部分的结合剂不被玻璃屑所磨耗而形成隆起,这个隆起又起到了加固金刚石的作用。在玻璃磨边的不同加工时段,比较去除的玻璃磨屑颜色,如图4所示。可以看出,玻璃屑的颜色依次为:白色,灰色,灰黑色,黑色。磨屑颜色的变化表明,随着磨削过程的进行,工具的结合剂逐渐被磨除,结合剂的磨损量逐渐增多。刀具磨损分为金刚石磨损和结合剂磨损两种情况,它们直接影响了玻璃加工质量和工具的使用寿命。在玻璃加工初期,金刚石产生轻微磨损,结合剂的磨损较少。在一般磨损状态下,多数的金刚石磨粒产生破碎磨损,少数的金刚石磨粒被磨平,同时存在结合剂的磨损。根据以上实验结果,电镀金刚石工具的金刚石应与电镀结合剂保持适当的匹配。当金刚石品质较高时,金刚石的抗冲击能力较强,磨粒在加工过程中不易破碎,磨粒使用寿命较长,这种情况下,镀层结合剂应保证对金刚石磨粒具有足够的把持力,结合剂与金刚石具有良好的结合性能。而当金刚石磨粒品质一般情况下,磨削过程中金刚石易破碎,可以适当调整结合剂的耐磨性,降低结合剂的硬度,做到结合剂与金刚石磨损的同步进行,保证电镀金刚石工具的自锐性。因此,制备电镀金刚石工具时,可以调整工具的电镀规范,如镀液配方、电镀工艺等,获得所需性能的结合剂,充分发挥金刚石的切削作用。4结合剂的磨损和磨损量增加在加工玻璃时,电镀金刚石工具的磨损包括金刚石磨损和结合剂磨损。其中金刚石的磨损以金刚石破碎为主,伴有金刚石的磨平和脱落;结合剂磨损的典型特征