摘　要 CVD金剛石具有很高的熱導(dǎo)率、良好的熱穩(wěn)定性和極高的耐磨性，非常適合制作砂輪修整工具；本文通過(guò)砂輪修整試驗(yàn)研究了在CVD金剛石砂輪修整工具應(yīng)用過(guò)程中，修整導(dǎo)程、CVD金剛石修整截面面積和CVD金剛石磨耗比等對(duì)其使用壽命的影響。研究結(jié)果表明，在保證砂輪的鋒利度的情況下，使用較小的修整導(dǎo)程，可以延長(zhǎng)修整工具的使用壽命；增大CVD金剛石的修整截面面積，有利于提高修整工具的壽命，但修整截面過(guò)大，砂輪的鋒利度會(huì)降低；CVD金剛石的磨耗比對(duì)修整工具壽命沒(méi)有明顯影響，但修整效果有明顯區(qū)別。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，要根據(jù)所修整的砂輪的類型和修整要求，選用適當(dāng)?shù)男拚麉?shù)，使CVD金剛石修整工具發(fā)揮其最佳作用。

      關(guān)鍵詞　CVD金剛石；砂輪修整工具；磨耗比

      0　引言

      現(xiàn)代磨削加工技術(shù)的一個(gè)重要特點(diǎn)是自動(dòng)化程度日趨提高，尤其在汽車制造行業(yè)，數(shù)控磨床的使用率很高，這對(duì)修整工具性能的可預(yù)測(cè)性和一致性提出了更高的要求，傳統(tǒng)金剛石修整工具多數(shù)利用金剛石固有的尖角或修磨成尖或刃狀，使用中存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：

      （1）天然金剛石的硬度一致性差，必然造成耐磨性的變化，使人無(wú)法預(yù)測(cè)修整截面的變化趨勢(shì)，由此帶來(lái)的是修整工藝的不確定性，其結(jié)果只能是很難得到加工質(zhì)量完全一致的工件。

      （2）隨著工具使用，尖端不斷磨損，修整截面隨著增加，為了獲得一致的砂輪地貌和加工性能，必須靠經(jīng)驗(yàn)經(jīng)常調(diào)整砂輪的修整工藝，這往往有很大的不確定性。

      （3）單晶金剛石的硬度的各向異性也給實(shí)際生產(chǎn)和使用帶來(lái)了許多不便。CVD金剛石是純多晶結(jié)構(gòu)，不含任何粘結(jié)劑，耐磨性、硬度和熱穩(wěn)定性與天然金剛石基本相同。其制備技術(shù)經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟。CVD金剛石厚膜用于砂輪修整工具，在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家形成一定規(guī)模的市場(chǎng)需求，我國(guó)也有少數(shù)企業(yè)開始使用。我單位開發(fā)的直流電弧等離子體CVD金剛石膜技術(shù)，具有沉積速率高，金剛石質(zhì)量好的特點(diǎn)，制備的工具級(jí)金剛石呈半透明狀態(tài)，熱導(dǎo)率大于10W/（cm·K），最高可達(dá)18W/（cm·K），耐磨性極高，非常適合砂輪修整工具的制作。用CVD金剛石制造修整工具有諸多優(yōu)勢(shì)，主要包括以下五個(gè)方面：

      （1）CVD金剛石是一種工程材料，耐磨性可以通過(guò)調(diào)整生產(chǎn)工藝來(lái)控制。

      （2）切割成條狀的CVD金剛石的修整截面始終不變，保證了修整參數(shù)的一致性，滿足了自動(dòng)磨床的要求。

      （3）多晶結(jié)構(gòu)使硬度沒(méi)有方向性，簡(jiǎn)化了工具制造過(guò)程。

      （4）極高的熱導(dǎo)率和良好的熱穩(wěn)定性減少了氧化和石墨化損耗。

      （5）和天然金剛石相同的硬度，保證了砂輪的鋒利度。

      1　試驗(yàn)方法

      把我單位生產(chǎn)的CVD金剛石膜用YAG激光切成不同規(guī)格的條狀試樣，截面尺寸分別為0.6mm×0.6mm?0.8mm×0.8mm?1.0mm×1.0mm?1.2mm×1.2mm，用粉末冶金工藝，加工成單點(diǎn)修整工具，修整試驗(yàn)在M7130A型平面磨床上進(jìn)行，砂輪型號(hào)：WA46K6,尺寸350mm×50mm,磨床主軸轉(zhuǎn)速1440r/min,修整切深均為0.02mm，冷卻液為通用類型。

      用砂輪被車削體積和金剛石磨損體積之比表征修整工具的耐磨性，稱為修整比，用Gv表示。金剛石條的長(zhǎng)度變化用螺旋測(cè)微器測(cè)量，每修整130次測(cè)量一次，稱為一個(gè)修整周期。用秒表測(cè)量修整工具和砂輪的接觸時(shí)間，然后根據(jù)砂輪寬度得出進(jìn)給速度。

      2　結(jié)果與討論

      2.1　修整導(dǎo)程的影響

      砂輪轉(zhuǎn)速不變時(shí)，橫向進(jìn)給速度決定了修整導(dǎo)程的大小，其關(guān)系可表示為：Sd=Vt/Vw

      其中，Sd表示修整導(dǎo)程，即砂輪每轉(zhuǎn)一圈，修整筆的給進(jìn)長(zhǎng)度；Vt表示橫向給進(jìn)速度；Vw表示砂輪主軸轉(zhuǎn)速。在其他條件相同時(shí)，修整導(dǎo)程越大，砂輪表面的粗糙度越大，相應(yīng)加工工件表面粗糙度也增加。修整導(dǎo)程應(yīng)小于修整截面的有效寬度，否則將有部分表面得不到修整。修整工具所含金剛石條截面尺寸為0.8mm×0.8mm，長(zhǎng)度為5mm，磨耗比為52萬(wàn)；調(diào)整給進(jìn)速度為350?500?900?2000mm/min時(shí)，分別修整2～5周期然后計(jì)算每個(gè)周期的修整比；修整比和給進(jìn)速度的關(guān)系如圖1所示：隨著給進(jìn)速度的增加，修整比下降，即修整工具壽命縮短。這意味著，在保證砂輪的鋒利度和加工工件粗糙度的情況下，盡量使用較低的給進(jìn)速度。

      2.2　修整截面的影響

      修整截面是指修整工具中金剛石頂部能夠和砂輪接觸的部分。在傳統(tǒng)工具中，修整截面隨著使用時(shí)間的增加，面積不斷增大，為了獲得盡量一致的砂輪地貌，必須不斷增大修整導(dǎo)程。試驗(yàn)時(shí)給進(jìn)速度為550mm/min;修整截面分別為0.6mm×0.6mm,0.8mm×0.8mm,1.0mm×1.0mm,1.2mm×1.2mm，長(zhǎng)度均為5mm;金剛石片磨耗比為25萬(wàn)；每種規(guī)格修整周期為3~5個(gè)，修整比Gv為平均值。由圖2可見，修整比隨修整截面的增加，由50萬(wàn)增加到了1300萬(wàn)，而其截面積僅是原來(lái)的4倍。顯然，增加修整截面有利于提高工具的壽命，但修整截面過(guò)大，砂輪的鋒利度會(huì)降低。對(duì)于本次試驗(yàn)用砂輪，1.0mm×1.0mm的修整截面是一個(gè)較好的選擇，既保證了一定的工具壽命，又有較好的修整性能。

      2.3　磨耗比的影響

      磨耗比是表征金剛石耐磨性的重要指標(biāo)，那么磨耗比又和修整比一致嗎？為此我們選取4種截面尺寸，每種截面尺寸包含兩個(gè)磨耗比等級(jí)，共8個(gè)樣品做修整試驗(yàn)。橫向給進(jìn)速度為550mm/min，每個(gè)試樣修整周期為3～5個(gè)。圖3分別是各樣品磨耗量隨砂輪磨削量的變化曲線。由圖3可見，所有樣品和砂輪磨損都保持了較好的線性關(guān)系，說(shuō)明修整過(guò)程中金剛石磨耗均勻而且沒(méi)有明顯的崩塊。一個(gè)應(yīng)引起注意的結(jié)果是，盡管相同尺寸樣品的磨耗比差別很大，但砂輪修整時(shí)，其耐磨性沒(méi)有明顯區(qū)別。

      圖4是修整試驗(yàn)后金剛石磨損面的照片，可以看到表面有明顯的溝槽，方向和砂輪運(yùn)動(dòng)方向一致，這應(yīng)該是由于局部溫度過(guò)高，造成的表面氧化或石墨化引起的。圖5是磨耗比測(cè)試后金剛石磨損面的照片，可見表面平整，粗糙度均勻，沒(méi)有明顯的溝槽，這是因?yàn)槟ズ谋葴y(cè)試時(shí)砂輪的線速度較低，金剛石的尺寸較大，摩擦熱可以很快散失，不會(huì)形成局部溫度過(guò)高，反映的更多是金剛石的固有硬度。而修整試驗(yàn)中砂輪的線速度很高，樣品尺寸又小，更容易導(dǎo)致局部溫度過(guò)高，從而無(wú)法反映出金剛石的真實(shí)硬度。這提示我們砂輪修整時(shí)，良好的冷卻可能是影響工具壽命的關(guān)鍵因素。

      修整試驗(yàn)中，沒(méi)有用專門的設(shè)備測(cè)量砂輪地貌和鋒利度，但能明顯的分辨出，高磨耗比的樣品聲音清脆且火花明顯，而低磨耗比的樣品則聲音發(fā)悶且火花較小。

      3　結(jié)論

      C V D金剛石耐磨性極高，非常適合制作砂輪修整工具。橫向進(jìn)給速度、金剛石的修整截面面積對(duì)修整工具的使用壽命有非常大的影響，而金剛石的磨耗比對(duì)工具壽命沒(méi)有明顯影響，但修整效果有明顯區(qū)別。實(shí)際生產(chǎn)中，要根據(jù)所修整砂輪的種類和對(duì)修整效果的要求，選用適當(dāng)材料和修整參數(shù)，使 C V D金剛石修整工具發(fā)揮最佳作用。