【摘 要】
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聚晶金刚石（Polycrystalline Diamond,PCD）兼备金刚石的高硬度、高耐磨性与硬质合金的韧性,是一种较为理想的刀具材料。目前PCD刀具主要应用在航空航天、汽车制造以及精密医疗器械等领域。然而,由于金刚石的高硬脆性,PCD刀具在研磨过程中容易发生刃口崩缺、表面缺陷等问题,研磨质量难以提高,严重阻碍了PCD刀具的进一步推广。为获得高研磨质量的PCD刀具,本课题建立了研磨质量评价体系
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聚晶金刚石（Polycrystalline Diamond,PCD）兼备金刚石的高硬度、高耐磨性与硬质合金的韧性,是一种较为理想的刀具材料。目前PCD刀具主要应用在航空航天、汽车制造以及精密医疗器械等领域。然而,由于金刚石的高硬脆性,PCD刀具在研磨过程中容易发生刃口崩缺、表面缺陷等问题,研磨质量难以提高,严重阻碍了PCD刀具的进一步推广。为获得高研磨质量的PCD刀具,本课题建立了研磨质量评价体系,优化了研磨工艺参数,并深入分析了PCD的去除机理。建立PCD刀具研磨质量的评价体系,并以试验为基础确定各评价指标的权重系数。选择使用刃口钝圆半径、刃口缺陷度与后刀面粗糙度评价PCD刀具的研磨质量。设计切削加工试验,探究各评价指标对加工工件表面质量的影响程度,确定各指标对研磨质量的权重系数。以研磨工艺试验为基础确定研磨工艺参数对各评价指标的影响规律,优化研磨工艺参数,提高研磨质量。采用DCMT11T304刀具的恒压力研磨工艺,选择金刚石砂轮种类、砂轮转速与工作台调定压力作为自变量,设计研磨工艺正交试验,探究其对刃口钝圆半径、刃口缺陷度与后刀面粗糙度的影响规律,对研磨工艺参数的选择进行优化。试验结果表明:工作台调定压力对刃口钝圆半径的影响最为显著;金刚石砂轮种类对刃口缺陷度的影响最为显著;砂轮转速对后刀面粗糙度的影响最为显著。使用3000#陶瓷基金刚石砂轮、1000 r/min砂轮转速、170 N工作台调定压力可以获得研磨质量较高的PCD刀具,为最佳研磨工艺参数组合。此参数下,CTB010刀具的刃口钝圆半径低于8μm,刃口缺陷度低于7μm,后刀面粗糙度低于0.050μm;Compax1600刀具的刃口钝圆半径低于7μm,刃口缺陷度低于6μm,后刀面粗糙度低于0.050μm。对研磨工艺试验得到的PCD刀具的后刀面进行扫描电子显微镜与表面轮廓仪观测,深入分析试验过程中出现的去除机理。结果表明,PCD的去除机理主要分为微细破碎、沿晶破碎、热化学反应、刻划作用与滑擦作用。当工作台调定压力为70 N时,去除机理以滑擦作用与热化学反应为主,二者相互作用实现PCD的去除。当工作台调定压力为170 N及以上时,去除机理以微细破碎为主,而沿晶破碎可以加快微细破碎的进程。1000 r/min砂轮转速、170 N工作台调定压力下的微细破碎在保证较小刃口钝圆半径与刃口缺陷度的同时,可以获得相对平整的PCD表面。本文的研究有效提高了PCD刀具的研磨质量,并为其生产实践提供了参考。
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