聚晶金刚石(PCD)具有接近天然金刚石的硬度、耐磨性以及与硬质合金相当的抗冲击性,是一种被广泛应用于有色金属和非金属材料精密加工的新型刀具材料。为充分发挥PCD刀具的优良性能,提高加工零件的表面质量,刀具前刀面(PCD表面)需加工成镜面。目前,PCD镜面通常采用树脂基金刚石砂轮进行研磨加工,但由于PCD与所用的金刚石磨料硬度、性质相近,因而与传统的研磨加工有着很大的不同,其研磨机理、研磨工艺具有自身的变化规律。
由于干、湿研磨时PCD材料去除机理不同,从而导致干、湿研磨时材料去除率明显不同,即Q干>Q湿。湿研磨时材料去除机理以疲劳脆性去除为主,而干研磨时材料去除机理以热化学去除为主,基本不发生疲劳脆性去除,所以湿研磨不能使PCD表面达到镜面,而干研磨当砂轮磨损到一定程度时将会使PCD表面达到镜面。干研磨时,随着法向载荷F的增大,研磨区温度将升高,PCD材料更易产生热化学去除,所以其去除率口随着法向载荷F的增大而增加(见图3)。由耶格尔的观点可知:温升与载荷F成正比。因此,材料去除率Q应与F基本成正比,但图3中却存在折点A(F=15N),这与耶格尔的观点并不矛盾,只是以折点A为分界点,PCD材料的热化学去除方式发生变化而已。当F≤15N时,由于法向载荷F较小,研磨区平均温度T<750℃,因此其热化学去除将以机械热去除方式为主,以局部氧化、石墨化去除方式为辅;当F>15N时,研磨区平均温度T>750℃,其热化学去除将同时以PCD表面氧化、石墨化及机械热去除方式进行,因此材料去除率远大于F≤15N时的去除率。
从上述分析可知:只有干研磨才能使PCD表面达到镜面,而PCD干研磨时材料的去除机理是热化学去除,因此可以尝试采用价格低廉、熔点较高的非金刚石磨粒的砂轮进行研磨加工,以降低PCD刀具的加工成本;干研磨时,高材料去除率必然带来研磨后PCD表面硬度软化加剧,这将在一定程度上影响PCD刀具的使用寿命,因此PCD表面的镜面加工应采用逐渐减载的干研磨工艺,既可保持较高的研磨效率,又可降低研磨后表面硬度的软化程度。