荥阳市光明金刚石实业有限公司

CFRP加工用金刚石镀附工具

适宜地将基体和增强材料结合起来从而形成可控性机械特征是复合材料的一个特色。碳纤维增强塑料由于其优越的抗拉强度、比湿度、抗腐蚀性而广泛应用在工业机械如汽车、直升机、器械和铁路车辆等领域。此外新款金刚石工具电镀，CFRP材料在航天领域是一种基础的结构材料金刚石工具电镀，可以减轻飞机机身重量从而提高燃料效率，节省维护成本。

在航天领域，和CFRP材料有关的加工都会应用金刚石镀附工具。金刚石镀附钻，用于CFRP材料的精密钻孔。由于轴向力沿着纤维板叠层方面施力，钻孔时CFRP材料容易出现分层。

随着切削工具磨损的加剧和碎屑粘附在切削刃上，钻削时的抗钻强度也逐渐增大，CFRP材料过度受热金刚石锯片电镀，强度也由此降低。为解决这一问题，就不可避免地要应用到金刚石镀附钻。

硬质合金直接铣削实验的其中一项结果。该试验的目的是研究BL-PCD端面铣削如何加工出精细表面粗糙度的。工件材料为超精细颗粒硬质合金，HRA92.5，WC颗粒尺寸为0.5μm。BL-PCD端面铣削用于精细加工；金刚石镀附端面铣削用于粗糙、半精细加工。在该实验中金刚石磨盘电镀，主轴速度N=4000，进给速率Vf=120mm/min，切割深度ap=0.003mm，精铣总时间为150分钟。工件表面粗糙度在凹形中心处为8nm,45°处为7nm。切削刃损伤很轻微，侧面磨损仅4μm，没有出现碎屑和严重损伤。

金刚石磨头为什么需要修正？

在磨削加工中，影响磨削质量好坏的根本因素是磨料磨具的固有特性和被加工材料的物理化学性质   因此，对于确定的工件材料，必须首先选择合适的金刚石磨头，然而影响磨削性能的其他条件，诸如金刚石磨头的修正，磨削液的配置，机床的热变形，磨削用量等如果不能适应磨削的要求，同样达不到提高磨削效率和磨削质量的目的。其中金刚石磨头的修正在磨削中占有重要的地位，是充分发挥磨料磨具优异性能的必要条件。

至于金刚石磨头为什么需要修正呢？

原因有两种：

一是由于磨粒磨损，棱角变钝，七孔被切削堵塞从而失去切削能力；   二是由于磨粒在金刚石磨头中分布不规则，切削刃棱角的锐利程度不同（晶体的方向性），而与结合剂的结合强度不一致，磨粒磨损的程度也不相等，造成自锐脱落的不均匀，以致影响工件表面的几何形状、表面粗糙度和尺寸精读。

因此在修整过程中，从金刚石磨头表面切除的应当是薄而又必要的表面层，并且能使金刚石磨头在两次修整间隔中具有长的磨削时间。

金刚石磨头硬度及其选择

金刚石磨头硬度与磨粒本身的硬度不是一回事，它是指金刚石磨头工作 表面的磨粒在外力作用下脫落的难易程度。也就是说，磨粒容 易脫落的，金刚石磨头的硬度就软，反之，硬度就高。金刚石磨头的硬度选 得过高，结合剂会把已经磨钝而失去了切削能力的磨粒牢牢把 持住而不脫落，金刚石磨头和工件表面的摩擦力增加，使工件表面发 热而出现，金刚石磨头的切削能力也降低。相反，如果金刚石磨头的硬 度选得太软，在磨削时，磨粒还在锋利的时候就会掉下来，从 而增加金刚石磨头的磨損，使金刚石磨头很快失去正确的几何形状。所以， 正确选择金刚石磨头硬度是很重耍的。

为了适应不同的工件材料和磨削质量的要求，需要有各种 不同硬度等级的金刚石磨头供选择。表4是国內生产金刚石磨头的硬度等级。

生产金刚石磨头时，由于各种条件的影响，使金刚石磨头硬度不稳定而 产生偏高偏低的现象，增加了金刚石磨头选择和使用的困难。在某些 要求高的工序中，例如刃磨刀具和精密加工时，必须仔细选择。

下面介绍选择金刚石磨头硬度时应考虑的情况。

加工软材料时要选较硬的磨头，加工硬材料时则要选软砂 轮。这是因为软材料容易磨削，磨头工作表面的磨粒不易磨 钝，为了不致于使磨头上的磨粒在未磨钝前就脫落，磨头硬度 就要选髙一些。工件材料硬时，磨粒容易磨钝，此时，为了保 持磨头的切削性能和不工件，需要使磨钝的磨粒较快脫落 而突出新的锋利磨粒，磨头的硬度就要软一些。例如，磨淬过

火的合金钢、髙速钢，可选私〜2&的硬度;未淬火的钢常用 ZR2〜Z2的磨头。但在加工特別软而韧的材料时，由于切層容 易堵塞磨头，磨头的硬度又要选软一些。

工件材料的导热系数与磨削质量有关。合金钢的导热系数 低，工件磨削区域的热量不易散去，容易使工件。因此， 在磨削导热系数差的合金钢时，要选软的和组织松的磨头。如 硬质合金的导热系数差，磨削时易产生裂纹，所以，刃磨硬质 合金刀具要选艮〜R3的绿碳化硅磨头。

金刚石磨头磨盘刀具更适合加工硬零部件

金刚石磨头磨盘刀具更适合硬零部件的加工，实际上，被加工零件的硬度一般在HRC45以上，如果金刚石磨头磨盘刀具加工硬度低于45HRC，效果将不太理想。

在粗加工工序，用整体式金刚石磨头磨盘刀具可以大余量车削，从而提高生产效率，如，作为郑州研制出整体式金刚石磨头磨盘刀具的企业，在粗加工领域有很大的声望，如先研发出的BN-K1牌号，吃刀深度可达到8mm，线速度可达到120m/min。但具体问题具体分析，如机床刚性好的机床可提高线速度和吃刀深度，反之则降低。

在精加工工序中，典型的应该就是淬火钢，硬度一般在HRC45以上，还有很多硬度在HRC60以上，对于传统金刚石磨头磨料刀具来说，根本无法实现切削加工。但对金刚石磨头磨盘刀具来讲是轻而易举。淬火钢一般属于精加工工序，余量较小，故常采用复合式或镶嵌式金刚石磨头磨盘刀具，但为了更经济更实用，一般会选刃口较多的镶嵌式金刚石磨头磨盘刀具。

针对淬火钢有成熟的刀具牌号及切削参数。如连续切削建议推荐BN-H11牌号，中等断续切削推荐使用BN-H20牌号，强断续切削推荐使用BN-S20牌号。在不考虑机床刚性和装夹方式的情况下，镶嵌式金刚石磨头磨盘刀具精加工的线速度可达到250m/min，并且精度可达到Ra0.4，代替粗磨工序。