大家好！西安金工鉆石工具有限公司小編又和大家見面了，今天小編帶大家了解一下金剛石參數(shù)對金剛石砂輪的切割性能有多大影響？

金剛石切割砂輪由于具有優(yōu)異的性能而被廣泛應(yīng)用于光學(xué)玻璃、工程陶瓷等硬脆材料的加工。金剛石切割砂輪主要由金剛石及結(jié)合劑構(gòu)成。其中金剛石的粒度尺寸、濃度和強(qiáng)度等因素對切割性能有重要的影響，如切割速度，切割崩口和砂輪壽命等。目前對金剛石因素與砂輪切割性能之間的關(guān)系缺乏深入研究，砂輪開發(fā)過程中往往依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，具有一定的隨意性與片面性。

濾光片是手機(jī)、平板電腦、高像素?cái)?shù)碼相機(jī)等數(shù)字影像領(lǐng)域鏡頭系統(tǒng)的核心部件，是典型的玻璃硬脆材料，同時(shí)由于厚度極薄（一般為0.21～0.30ｍｍ），切割加工時(shí)極易產(chǎn)生崩口、破裂等問題。我們以濾光片切割為例，探討不同金剛石因素對砂輪切割性能的影響規(guī)律，綜合考慮優(yōu)化出合理的金剛石參數(shù)。

１ 實(shí)驗(yàn)條件與過程

1.1 金屬結(jié)合劑金剛石切割砂輪的制備

使用自制的濾光片切割專用金屬結(jié)合劑制作砂輪，各砂輪結(jié)合劑及燒結(jié)工藝完全相同。砂輪燒結(jié)工藝如下：燒結(jié)溫度為720℃、燒結(jié)壓力為50ＭPa，保溫保壓時(shí)間為５min。燒結(jié)后的砂輪毛坯經(jīng)后續(xù)機(jī)械加工得到成品。砂輪規(guī)格為：Ｍ１Ａ８ Ｄ５６Ｔ０．１５Ｈ４０。

1.2 砂輪切割性能的表征

以0.21ｍｍ 厚濾光片作為切割對象。濾光片基材為肖特D263t玻璃，表面鍍有若干層光學(xué)薄膜，該產(chǎn)品生產(chǎn)商對切割的要求一般為：切割速度≥６ｍｍ/s，濾光片崩口≤60μｍ；在滿足崩口和切割速度要求的前提下，砂輪擁有較高的使用壽命。將上述要求作為切割準(zhǔn)，在日本DISCO DAD3350精密劃片機(jī)上進(jìn)行切割實(shí)驗(yàn)，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為22000r/min，冷卻水流量為１L/min。采用COIC MA1000光學(xué)顯微鏡測量切割崩口，以切割修刀板后砂輪的半徑磨損量來表征砂輪壽命。切割修刀板工藝如下：修刀板粒度GC800#，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速22000r/min，切入修刀板深度１ｍｍ，切割速度４mm/s，切割長度１ｍ。砂輪切割 過程中，出現(xiàn)打火或玻璃破裂、連續(xù)性大崩口（崩口尺寸＞60μｍ）等情況時(shí)的切割速度為最大切割速度。

2 結(jié)果與討論

2.1 金剛石粒度尺寸對砂輪切割性能的影響

2.1.1 金剛石粒度尺寸對切割速度的影響

由圖１可知，使用粒度尺寸2.5～５μｍ的金剛石制備的砂輪，其最大切割速度為４ｍｍ/s。超過該速度，由于金剛石粒度尺寸較小，砂輪切割能力不足，切割時(shí)出現(xiàn)打火、玻璃破裂現(xiàn)象（如圖２所示）。隨著金剛石粒度尺寸從2.5～5μｍ增大到7～14μｍ，砂輪的最大切割速度呈增大趨勢；當(dāng)金剛石粒度尺寸為7～14μｍ時(shí)，最大切割速度為10ｍｍ／ｓ；金剛石粒度尺寸繼續(xù)增大到10～20μｍ時(shí)，由于高速下切割濾光片崩口過大（＞60μｍ），不符合品質(zhì)要求，最大切割速度反而降至５mm/s。這是由于10～20μｍ粒度尺寸金剛石相對較粗，并且切割速度超過５mm/s以后切割阻力增大，造成砂輪及玻璃震動(dòng)加劇，切割崩口過大；當(dāng)金剛石粒度尺寸為14～28μｍ 時(shí)，由于該粒度過粗，即使低速切割濾光片，其崩口仍大于70μｍ，超出品質(zhì)要求；同時(shí)濾光片出現(xiàn)大范圍破邊現(xiàn)象，已完全無法滿足生產(chǎn)要求，故認(rèn)為砂輪的最大切割速度０ｍｍ／ｓ。由實(shí)驗(yàn)可知，由粒度尺寸3.5～7、10～20及7～14μｍ的金剛石制備的砂輪滿足切割濾光片速度≥６mm/s的要求。

2.1.2 金剛石粒度尺寸對切割崩口的影響

用不同粒度尺寸金剛石制備的砂輪切割濾光片后，濾光片的崩口尺寸如圖３所示。

由圖３可知：隨著金剛石粒度尺寸增大，濾光片的切割崩口呈增大趨勢；同時(shí)，切割崩口尺寸較金剛石粒度尺寸更大。其原理在于：金剛石顆粒越小，在結(jié)合劑中出刃高度就越低；當(dāng)和工件接觸時(shí)，其對工件造成的沖擊破壞更小。由于砂輪處在高速旋轉(zhuǎn)工況下，切割阻力會引起砂輪側(cè)向偏擺，其對工件的瞬時(shí)沖擊作用導(dǎo)致工件脆性崩裂，崩口尺寸大于金剛石粒度尺寸。實(shí)驗(yàn)表明：用粒度尺寸小于２０μｍ的金剛石制作的砂輪可滿足對濾光片切割崩口的要求。

2.1.3 金剛石粒度尺寸對砂輪壽命的影響

圖４所示為不同金剛石粒度尺寸對砂輪壽命的影響規(guī)律。整體來看，隨著金剛石粒度尺寸增加，砂輪的半徑磨損量逐漸降低，表明砂輪的壽命在逐漸提高。

綜合考慮金剛石粒度尺寸對切割速度、切割崩口及砂輪壽命的影響，采用７～１４μｍ 粒度尺寸的金剛石砂輪具有綜合最優(yōu)的切割性能。

2.2 金剛石濃度對砂輪切割性能的影響

2.2.1 金剛石濃度對切割速度的影響

圖５為砂輪最大切割速度隨金剛石濃度的變化情況。由圖５可知，金剛石濃度與最大切割速度的關(guān)系曲線有明顯轉(zhuǎn)折。當(dāng)金剛石濃度較低（35％）時(shí)，參與切割的金剛石較少，單顆金剛石需切割的面積、承受的沖擊力和壓力均較大、金剛石易碎裂和脫落，因而切割速度較慢；隨著金剛石濃度的增加（達(dá)到５０％），每顆金剛石承受的沖擊力和壓力減小，金剛石碎裂和脫落情況減輕，因而切割速度提高；當(dāng)金剛石濃度增至75％后，砂輪排屑困難、砂輪自銳性變差，切割阻力明顯增大，導(dǎo)致切割速度反而下降至３mm/s，如超過此速度，切割崩口過大（＞60μｍ）；金剛石濃度為100％時(shí)，即使較低的切割速度仍會產(chǎn)生大量玻璃崩口、破邊，已完全無法滿足生產(chǎn)要求，故認(rèn)定為該濃度下砂輪的最大切割速度為０mm/s。實(shí)驗(yàn)表明，35％～50％濃度金剛石滿足對濾光片切割速度的要求。

2.2.2 金剛石濃度對切割崩口的影響

圖６所示為經(jīng)不同金剛石濃度的砂輪切割后，濾光片的崩口情況。由圖６ｂ、圖６ｃ可以看出，當(dāng)金剛石濃度較低，為35％和50％時(shí)，切割正常、最大崩口尺寸接近（分別為32μｍ及35μｍ），無連續(xù)性崩口及玻璃裂邊現(xiàn)象。當(dāng)金剛石濃度增大到75％時(shí)，切割濾光片出現(xiàn)連續(xù)性崩口、崩口尺寸迅速增大；隨著金剛石濃度進(jìn)一步增大到100％，切割濾光片出現(xiàn)大面積破碎，崩口嚴(yán)重超差，不良品率幾乎達(dá)到90％以上（圖中未顯示）。實(shí)驗(yàn)表明，金剛石濃度對切割濾光片質(zhì)量有非常大的影響。為保證砂輪的切割能力，砂輪中的金剛石濃度不能過低，但濃度過高會導(dǎo)致切割砂輪排屑困難、切割阻力增大，超薄砂輪與工件受力產(chǎn)生振動(dòng)，玻璃崩口反而會增大、增多。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，合理的金剛石濃度范圍為35％～50％。

2.2.3 金剛石濃度對砂輪壽命的影響

圖７所示為不同濃度金剛石砂輪的磨損情況。由圖７可知，提高金剛石的濃度，在一定程度上可以提高砂輪壽命。由于金剛石具有極高的硬度與耐磨性，因此參與切割的金剛石數(shù)量增加會一定程度上提高砂輪壽命。

綜合濃度對濾光片切割崩口、切割速度、砂輪壽命的影響，50％金剛石濃度綜合效果最好。

2.3 金剛石強(qiáng)度對砂輪切割性能的影響

使用由MBD10和MBD4兩種顆粒料破碎而得的高、低強(qiáng)度金剛石微粉制備相應(yīng)的金剛石砂輪。對比其切割性能的差異，以研究金剛石強(qiáng)度對砂輪切割性能的影響。

2.3.1 金剛石強(qiáng)度對切割速度的影響

表１為不同強(qiáng)度金剛石制備的砂輪的最大切割速度。由表１可知，對于用不同粒度尺寸（3.5～7μｍ、5～10μｍ和7～14μｍ）的金剛石制備的金剛石砂輪，高強(qiáng)度金剛石制備的砂輪均具有更高的切割速度。

2.3.2 金剛石強(qiáng)度對切割崩口的影響

實(shí)驗(yàn)室短期切割實(shí)驗(yàn)未見不同強(qiáng)度金剛石砂輪切割濾光片崩口有顯著差異。但經(jīng)客戶長期實(shí)驗(yàn)表明，采用高強(qiáng)度金剛石微粉制作的砂輪，可以降低切割時(shí)出現(xiàn)偶然大崩口的概率，切割更穩(wěn)定。經(jīng)分析，這與高強(qiáng)度金剛石微粉強(qiáng)度較高、能夠承受較大沖擊有一定關(guān)系。

2.3.3 金剛石強(qiáng)度對砂輪壽命的影響

表２給出了不同強(qiáng)度金剛石制備的砂輪在磨削過程中的半徑磨耗量。由表２可知，高強(qiáng)度金剛石砂輪具有較低的磨耗值，因其所用的金剛石強(qiáng)度更高、抗沖擊性和熱穩(wěn)定性更好，因而砂輪相對更耐用。

3 結(jié)論

（１）最大切割速度隨金剛石粒度尺寸增大先上升后下降；當(dāng)金剛石粒度尺寸為7～14μｍ時(shí)，濾光片切割砂輪具有最大的切割速度，為10ｍｍ／ｓ。
（２）提高金剛石粒度尺寸、金剛石濃度以及采用高強(qiáng)度金剛石可以在一定程度上提高砂輪壽命。
（３）濾光片切割砂輪合理的金剛石濃度范圍為35％～50％，過高的金剛石濃度會導(dǎo)致濾光片切割崩口增大。
（４）采用高強(qiáng)度金剛石，金剛石粒度尺寸7～14μｍ、濃度50％時(shí)，濾光片切割砂輪具有綜合最優(yōu)的切割性能。