1 引言

    聚晶金剛石（PCD）是將粒度為微米級的金剛石微粉與少量金屬粉末（如CO）混合后在高溫（1400℃）、高壓（6000MPa）下燒結而成的聚晶體。與其它刀具材料相比，聚晶金剛石具有如下性能特點：①極高的硬度和耐磨性；②高導熱性和低熱膨脹系數，切削時散熱快，切削溫度低，熱變形小；③摩擦系數小，可降低加工表面粗糙度。但由于聚晶金剛石與鐵族元素有很強親和力，因此不適合加工黑色金屬及其合金。已實現商品化供貨的PCD復合片是將0.5～0.7mm厚的PCD層燒結在硬質合金基體上制備而成，因此兼具了PCD的高硬度、高耐磨性和硬質合金的良好強度與韌性。

    PCD刀具在有色金屬及其合金、非金屬材料的高速切削中體現出優良的切削性能，因此已廣泛應用于汽車、航空、航天、建材等工業領域。但是，PCD的高硬度、高耐磨性使刀具的刃磨相當困難，主要體現在材料磨除率小、砂輪損耗大、刃磨效率低、刃口呈鋸齒狀。PCD刀具的刃磨工藝性已成為其推廣應用的障礙之一。為了突破這一工藝瓶頸，國內外學者進行了大量研究開發工作。

    2 PCD刀具刃磨技術

    PCD刀具的主要刃磨工藝有放電刃磨、金剛石砂輪機械http://www.stonebuy.com/machine/刃磨、電解刃磨等，其中放電刃磨和金剛石砂輪機械http://www.stonebuy.com/machine/刃磨在技術上已較為成熟，下面對這兩種刃磨方法作一綜合分析。

    2.1 放電刃磨（EDG）

    電火花放電加工技術（EDM）（特別是電火花線切割和放電磨削）已廣泛應用于刀具制造。電火花放電加工技術用于刃磨PCD刀具稱為放電刃磨（EDG）。

    （1）刃磨機理

    放電刃磨原理與傳統的磨料磨削原理有根本區別，也不同于電解刃磨原理（既有磨料機械http://www.stonebuy.com/machine/作用又有電化學作用）。放電刃磨是通過在電介質分離的砂輪電極與刀具電極間放電產生瞬時高溫，將刀具材料熔化和氣化。刃磨PCD刀具時，由于金剛石不導電，所以刀具電極即為PCD中的金屬相構成的導電網絡，由此可見，放電刃磨是一種熱蝕加工過程。由于電火花放電的溫度可高達8000～12000℃，因此PCD刀具刃磨時可能引起熱損和石墨化，尤其在PCD與硬質合金基底的界面處侵蝕速度更快，可在表面形成深約0.05mm的微裂紋，這是放電刃磨加工方法的主要缺陷。由于放電刃磨是一種非接觸刃磨過程，磨削力小到可忽略不計，故刃磨效率很高。R.Wyss等人在一定實驗條件下得到的磨除率達4mm3/min，磨耗比為0.2mm3/mm3；而V.Baar等人在實驗中則得到了1.0mm3/mm3的磨耗比。

    （2）刃磨設備

    放電刃磨時，通常采用碳氫化合物（如石蠟）作為砂輪電極與工具電極間的電介質，工作電壓一般為直流80～200V，砂輪電極采用銅、鎢、石墨等導電材料。根據刀具刃磨時的位置，放電刃磨可分為圓周放電刃磨和端面放電刃磨。刃磨過程中，砂輪作旋轉運動，使其能均勻磨損。在端面放電刃磨中，砂輪還需左右擺動。脈沖電源是影響刃磨效率和刃磨質量的關鍵設備，因此脈沖電源的設計已成為放電刃磨的研究熱點。

    （3）研究成果

    國外學者對PCD刀具的放電刃磨技術開展了大量試驗研究，其中英國伯明翰大學的T.B.Thoe等人的研究成果較具代表性。

    他們的試驗在伯明翰大學機械http://www.stonebuy.com/machine/學院研制的EDG機床上進行。用于刃磨的PCD樣品牌號為SynditeCTB002、010、025和Compax1500、1600。通過試驗得出如下結論：①對于細晶粒PCD樣品，端面放電刃磨可獲得較好刃口質量；對于粗晶粒PCD樣品，圓周放電刃磨可獲得較好刃口質量。②增大電流、電壓或脈沖寬度，可增大磨除率，提高刃磨效率，但同時會導致PCD刀具表面產生更深、更寬的裂紋。③細晶粒PCD樣品容易引起放電，砂輪電極磨損量小，放電中脫落的晶粒平均尺寸等于晶粒本身的尺寸，因此可獲得較好的刃磨質量。④粗晶粒PCD樣品與硬質合金交界面的侵蝕程度較大。

    脈沖電源及刃磨工藝步驟對PCD放電刃磨的質量有較大影響。德國學者E.Beck等人對此作了大量試驗研究。他們在VollmerQR20P專用火花放電工具磨床上分別采用普通型和改進型兩種脈沖電源對PCD放電刃磨質量進行了對比試驗研究，試驗采用硅基合成油作為電介質，以石墨作為砂輪電極（負極），主軸轉速為500r/min，樣品材料去除量為0.5mm。此外，在Microspark200通用火花放電磨床上進行了刃磨工藝步驟對PCD刃磨質量影響的試驗研究，試驗采用刃磨PCD專用脈沖電源，并根據磨除量及刃磨后的刃口粗糙度將脈沖電源設置為5級；試驗樣品牌號為SynditeCTC002、CTB002、CTB010、CTB025，每種粒度PCD各取4件樣品，試驗中采用不同脈沖電源設置組合（即不同工藝步驟）進行刃磨，然后測量刃口及刀面粗糙度。通過試驗得出如下結論：①脈沖電源的設計及可控性對刃磨質量可起到決定性作用，對比試驗結果表明，配備改進型脈沖電源的工具磨床刃磨出的PCD樣品的刃口及刀面粗糙度均接近金剛石砂輪機械http://www.stonebuy.com/machine/刃磨的質量。②通過調節脈沖電源的設置進行多級刃磨，并合理分配每級磨除量比例及刃磨時間，可獲得較高的刃磨質量。