聚晶金剛石研磨工藝及機(jī)理研究
聚晶金剛石(PCD)具有接近天然金剛石的硬度、耐磨性以及與硬質(zhì)合金相當(dāng)?shù)目箾_擊性，是一種被廣泛應(yīng)用于有色金屬和非金屬材料精密加工的新型刀具材料。為充分發(fā)揮PCD刀具的優(yōu)良性能，提高加工零件的表面質(zhì)量，刀具前刀面(PCD表面)需加工成鏡面。目前，PCD鏡面通常采用樹脂基金剛石砂輪進(jìn)行研磨加工，但由于PCD與所用的金剛石磨料硬度、性質(zhì)相近，因而與傳統(tǒng)的研磨加工有著很大的不同，其研磨機(jī)理、研磨工藝具有自身的變化規(guī)律。本文對(duì)PcD研磨工藝進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，并對(duì)其研磨機(jī)理進(jìn)行了較深入的分析。 　　1試驗(yàn)條件　　試驗(yàn)在BDJP-902聚晶金剛石研磨機(jī)上進(jìn)行；金剛石砂輪的類型、規(guī)格、尺寸為6A2250×36×50×5120B100，砂輪速度為18.3m/s、；試件為美國GE公司生產(chǎn)的三角形1600PCD90T5/1.6標(biāo)準(zhǔn)刀坯。為提高試驗(yàn)精度，減小試驗(yàn)誤差，在一個(gè)夾頭上同時(shí)研磨3個(gè)尺寸相同的PCD刀坯，用光較儀測(cè)量每片刀坯的去除厚度，取其平均值作為去除量。用干涉儀觀察、測(cè)量PCD研磨表面形態(tài)及粗糙度Rz值，采用JSM-5600LV掃描儀觀察PCD研磨表面微觀形貌。　　2試驗(yàn)結(jié)果　　1)冷卻液對(duì)去除率及表面粗糙度的影響　　PCD干研磨(研磨前砂輪修整10秒鐘，冷卻液未加在研磨區(qū))和濕研磨(研磨前砂輪修整10秒鐘，冷卻液加在研磨區(qū))兩種條件下材料去除量隨研磨時(shí)間的變化情況。試驗(yàn)時(shí)作用在試件夾頭上的法向載荷為20N。　　PCD材料去除量與研磨時(shí)間的關(guān)系　　干研磨材料去除率Q干與濕研磨材料去除率Q濕的關(guān)系為：研磨初期Q干=2.54Q濕；中期Q干=1.6Q濕；穩(wěn)態(tài)期Q干=1.68µm/min，Q濕≈O。用干涉儀觀察、測(cè)量PCD表面形態(tài)及粗糙度：濕研磨時(shí)PCD表面上存在許多深凹坑，研磨130分鐘后其表面干涉條紋仍呈斷續(xù)狀態(tài)，即Rz>0.3µm，達(dá)不到鏡面要求；干研磨時(shí)表面粗糙度Rz隨研磨時(shí)間的延長而降低，其關(guān)系曲線如圖2所示。由圖2可知，研磨20分鐘時(shí)，PCD表面達(dá)鏡面(Rz≯0.05µm),且再延長研磨時(shí)間表面粗糙度基本無變化，但根據(jù)表面形態(tài)觀察結(jié)果可知，其平面度有所提高。因此，PCD鏡面加工應(yīng)采用干研磨工藝，在試驗(yàn)條件下，研磨20～30分鐘其表面可達(dá)鏡面；若對(duì)研磨表面的平面度要求較高，可適當(dāng)延長研磨時(shí)間?！　?)法向載荷對(duì)去除率的影響　　PCD干研磨時(shí)作用在試件夾頭上的法向載荷F與材料去除率Q的關(guān)系。由圖3可知，材料去除率Q隨著法向載荷F的增大而增加，且存在一個(gè)折點(diǎn)A(F=15N)，當(dāng)≤15N時(shí)，其去除率Q以較小的幅度隨著F的增大而增加，當(dāng)F>15N時(shí)，其去除率O隨著F的增大而大幅度增加?！　?結(jié)果分析及機(jī)理探討　　為了弄清產(chǎn)生上述試驗(yàn)結(jié)果的原因，需對(duì)PCD材料去除機(jī)理進(jìn)行探討。　　1)濕研磨去除機(jī)理　　濕研磨表面雖也凹凸不平，但與未研磨表面凹凸?fàn)顟B(tài)完全不同，明顯存在大量的剝落坑。這種現(xiàn)象說明PCD表面發(fā)生了脆性去除。筆者認(rèn)為其脆性去除方式是動(dòng)載脆性去除(即疲勞脆性去除)而不是靜載脆性去除。這是因?yàn)檠心顟B(tài)下法向載荷F較小(20N)，作用在PDD表面上的應(yīng)力大大低于靜載荷下產(chǎn)生裂紋的極限應(yīng)力值，因此基本不會(huì)發(fā)生靜載脆性去除。但英國學(xué)者coopr曾通過試驗(yàn)指出：金剛石在沖擊載荷的循環(huán)作用下，產(chǎn)生裂紋的應(yīng)力值大大低于所需的靜應(yīng)力。而研磨過程中PCD片承受的是交變沖擊載荷，因此將會(huì)產(chǎn)生疲勞脆性去除。濕研磨時(shí)PCD材料的脆性去除方式正是這種疲勞脆性去除。在圖5中同時(shí)還可觀察到局部平滑區(qū)，這是PCD局部發(fā)生熱化學(xué)去除的結(jié)果。因濕研磨時(shí)雖然冷卻液加在研磨區(qū)內(nèi)，PCD表面與砂輪間產(chǎn)生的摩擦熱大部分被冷卻液帶走，研磨區(qū)平均溫度較低，但仍會(huì)產(chǎn)生局部高溫接觸點(diǎn)，使此處PCD材料產(chǎn)生氧化、石墨化的熱化學(xué)去除。由此可見，PCD材料濕研磨時(shí)，其去除機(jī)理以疲勞脆性去除為主，同時(shí)存在局部的熱化學(xué)去除?！　?)干研磨去除機(jī)理　　其表面呈平滑形貌，基本無剝落坑，說明干研磨時(shí)PCD材料基本不發(fā)生疲勞脆性去除。干研磨時(shí)PCD材料去除機(jī)理應(yīng)以熱化學(xué)去除為主。這是因?yàn)楦裳心r(shí)冷卻液未加在研磨區(qū)，PCD材料表面與砂輪中金剛石磨粒間產(chǎn)生的摩擦熱只能通過PCD片和砂輪擴(kuò)散出去，所以研磨區(qū)平均溫度較高。另外，在高溫非高壓條件下，石墨或無定形碳是熱力學(xué)上碳的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，金剛石的硬度隨著溫度的升高(T>350℃)而降低，且研磨是在空氣氛圍下進(jìn)行，PCD材料表面將會(huì)發(fā)生氧化、石墨化，同時(shí)表面還會(huì)產(chǎn)生一定的硬度軟化層。同時(shí)砂輪中金剛石磨粒也將發(fā)生氧化、石墨化，產(chǎn)生硬度軟化層，但程度較輕，且磨粒硬度PCD軟化層硬度。因?yàn)楦裳心r(shí)冷卻液加在砂輪非工作層的基體上，砂輪中金剛石磨粒初始溫度較低，因此磨粒工作溫度比PCD片低；另外，磨粒瞬時(shí)通過研磨區(qū)，其保溫時(shí)間比PCD片短，有研究表明：溫度不變，金剛石燒失率隨著保溫時(shí)間呈線性增加；而且PCD材料中殘存觸媒鉆等，在高溫非高壓條件下又進(jìn)一步促使其產(chǎn)生氧化、石墨化和硬度軟化。所以，干研磨時(shí)PCD材料的熱化學(xué)去除包括PCD表面氧化、石墨化去除以及因磨粒硬度PCD軟化層硬度而產(chǎn)生一定的機(jī)械去除，由于產(chǎn)生機(jī)械去除的原因是熱作用的結(jié)果，所以在此稱為機(jī)械熱去除?！　【C上所述，由于干、濕研磨時(shí)PCD材料去除機(jī)理不同，從而導(dǎo)致干、濕研磨時(shí)材料去除率明顯不同，即Q干＞Q濕。濕研磨時(shí)材料去除機(jī)理以疲勞脆性去除為主，而干研磨時(shí)材料去除機(jī)理以熱化學(xué)去除為主，基本不發(fā)生疲勞脆性去除，所以濕研磨不能使PCD表面達(dá)到鏡面，而干研磨當(dāng)砂輪磨損到一定程度時(shí)將會(huì)使PCD表面達(dá)到鏡面。干研磨時(shí)，隨著法向載荷F的增大，研磨區(qū)溫度將升高，PCD材料更易產(chǎn)生熱化學(xué)去除，所以其去除率口隨著法向載荷F的增大而增加(見圖3)。由耶格爾的觀點(diǎn)可知：溫升與載荷F成正比。因此，材料去除率Q應(yīng)與F基本成正比，但圖3中卻存在折點(diǎn)A(F=15N)，這與耶格爾的觀點(diǎn)并不矛盾，只是以折點(diǎn)A為分界點(diǎn)，PCD材料的熱化學(xué)去除方式發(fā)生變化而已。當(dāng)F≤15N時(shí)，由于法向載荷F較小，研磨區(qū)平均溫度T＜750℃，因此其熱化學(xué)去除將以機(jī)械熱去除方式為主，以局部氧化、石墨化去除方式為輔；當(dāng)F＞15N時(shí)，研磨區(qū)平均溫度T＞750℃，其熱化學(xué)去除將同時(shí)以PCD表面氧化、石墨化及機(jī)械熱去除方式進(jìn)行，因此材料去除率遠(yuǎn)大于F≤15N時(shí)的去除率?！　纳鲜龇治隹芍褐挥懈裳心ゲ拍苁筆CD表面達(dá)到鏡面，而PCD干研磨時(shí)材料的去除機(jī)理是熱化學(xué)去除，因此可以嘗試采用價(jià)格低廉、熔點(diǎn)較高的非金剛石磨粒的砂輪進(jìn)行研磨加工，以降低PCD刀具的加工成本；干研磨時(shí)，高材料去除率必然帶來研磨后PCD表面硬度軟化加劇，這將在一定程度上影響PCD刀具的使用壽命，因此PCD表面的鏡面加工應(yīng)采用逐漸減載的干研磨工藝，既可保持較高的研磨效率，又可降低研磨后表面硬度的軟化程度。石材

看南安企業(yè)如何突破自我，讓石材機(jī)械從原始邁向數(shù)控化
石材產(chǎn)業(yè)發(fā)展多年，也在不斷進(jìn)行與升級(jí)。因此把握市場(chǎng)需求，追求技術(shù)同樣是石材機(jī)械行業(yè)所的，石材加工設(shè)備開始也是非常原石和簡(jiǎn)單的。不拘泥于滿足企業(yè)自己的發(fā)展，面向整個(gè)產(chǎn)業(yè)，南安石材企業(yè)家李群生表示只有石材機(jī)械和相關(guān)輔料行業(yè)的升級(jí)才能帶動(dòng)石工藝及產(chǎn)品價(jià)值的大化提升。目前，為了規(guī)范石材產(chǎn)業(yè)更好的發(fā)展，南安先關(guān)的機(jī)械輔料行業(yè)正致力于建設(shè)石材輔料管理集控區(qū)，同時(shí)預(yù)計(jì)在國外也有相關(guān)的石材機(jī)械與輔料相對(duì)應(yīng)的大型商貿(mào)城。經(jīng)過多年的辛勤付出，石材機(jī)械廠家研發(fā)了新款的五軸加工中心，這是一款高科技產(chǎn)品，精度，用于復(fù)雜工藝的制作，可對(duì)石材進(jìn)行多角度的雕刻，的提升了雕刻技術(shù)，是產(chǎn)業(yè)的力量。 據(jù)設(shè)計(jì)者表示，本款產(chǎn)品費(fèi)凝聚心血，到去年才正式生產(chǎn)銷售，據(jù)悉在研發(fā)過程中，細(xì)節(jié)極其重要，中間因?yàn)橐恍┬〉氖韬觯瑢?dǎo)致間隙過大，無法實(shí)現(xiàn)雕刻的圓形，通過多次調(diào)試與學(xué)習(xí)才將難點(diǎn)突破。 后，他們將諧波減速器、伺服電機(jī)運(yùn)用上去，機(jī)器精度才有了明顯提升。五軸加工中心的打造，得益于李群生對(duì)石材機(jī)械性的不斷追求。他在做這個(gè)時(shí)候，已經(jīng)有嫻熟的技術(shù)他開始創(chuàng)立自己的石材機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)，因?yàn)榈悄习脖就翙C(jī)械制造才起步，廠家零星，甚至許多石材企業(yè)用的設(shè)備多是來源于國外購買的，做好中國石材機(jī)械，打造自己的品牌無疑是許多人的一個(gè)新想法，但李群生將他轉(zhuǎn)化為了實(shí)踐，付出也有匯報(bào)，他也如愿收到了恩賜。從開始的生意稀薄到調(diào)試完善，它的機(jī)械廠已經(jīng)經(jīng)過時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)的洗禮，逐步成熟并邁向現(xiàn)代化發(fā)展。到90年代后，南安石材產(chǎn)業(yè)形成了產(chǎn)業(yè)集群，同時(shí)石材機(jī)械正一步步從現(xiàn)代化感受到了濃濃的數(shù)控化氣息。這種情況讓南安石材機(jī)械廠家創(chuàng)始人李群生非?？只?，他也知曉國內(nèi)的石材機(jī)械仍然較為原始，只有開闊眼界，多家學(xué)習(xí)才能有所突破。后，他去了國外，交流學(xué)習(xí)之下，邁向了數(shù)控研發(fā)之路。發(fā)展至今，作為機(jī)械巨人的萬福機(jī)械已成為一家集科研設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、銷售服務(wù)于一體的高新技術(shù)企業(yè)，設(shè)備品種極多，包括 紅外線數(shù)控橋切機(jī)、直邊磨邊機(jī)、圓邊磨邊機(jī)、五軸水刀-雕刻一體機(jī)、數(shù)控加工中心等機(jī)械設(shè)備。涵蓋范圍極廣，品牌及細(xì)分類非尋常廠家所比。敢為人先，不斷創(chuàng)新是李群生不變的追求，石材機(jī)械設(shè)備也一步步進(jìn)入了自動(dòng)化和智能化發(fā)展，不僅產(chǎn)品品質(zhì)過硬，更有強(qiáng)有力的售后服務(wù)，能通過遠(yuǎn)程服務(wù)完成訂單操作，利用設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算尺寸，做到精細(xì)化生產(chǎn)。另一方面，發(fā)展到一定程度必然有瓶頸，李群生不僅僅是關(guān)注自身的石材機(jī)械而是將目光放的更長遠(yuǎn)，將石材機(jī)械與輔料相結(jié)合，進(jìn)行一個(gè)產(chǎn)業(yè)聯(lián)合，形成核心競(jìng)爭(zhēng)力，他也擔(dān)任了南安市石材機(jī)械輔料產(chǎn)業(yè)聯(lián)合會(huì)的會(huì)長，致力于整合市場(chǎng)，規(guī)范行業(yè)良性發(fā)展。隨著一步步的發(fā)展，石材機(jī)械輔料商貿(mào)城的建立，為石材產(chǎn)業(yè)好的發(fā)展的便利，在里面設(shè)定了行業(yè)評(píng)星機(jī)制及定制培訓(xùn)機(jī)制，有效提升企業(yè)質(zhì)量和對(duì)外輸出的展現(xiàn)。到如今，紅遍中國，報(bào)團(tuán)出海也是南安市石材機(jī)械輔料產(chǎn)業(yè)大尋求的新機(jī)遇，我們以直接供應(yīng)商的身份，為沿線企業(yè)提供有知道方案，讓石材機(jī)械為石材產(chǎn)品拓寬更多渠道。

礦石和機(jī)械進(jìn)口加大南非貿(mào)易赤字
南非財(cái)經(jīng)媒體I-Net Bridge 調(diào)查發(fā)現(xiàn)，南非與其非洲關(guān)稅同盟貿(mào)易伙伴之間的對(duì)外貿(mào)易平衡，在2月份58億蘭特赤字的基礎(chǔ)上，3月份預(yù)計(jì)將達(dá)到51億蘭特的水平。之前的預(yù)測(cè)數(shù)字在25億蘭特至65億蘭特之間。而進(jìn)口預(yù)計(jì)將繼續(xù)加大對(duì)貿(mào)易平衡的壓力，尤其在礦石和機(jī)械進(jìn)口的驅(qū)動(dòng)下。 　　南非分析人士普遍認(rèn)為，對(duì)外貿(mào)易數(shù)字預(yù)計(jì)將繼續(xù)保持很大程度的不穩(wěn)定性，但是隨著大量機(jī)械在不規(guī)則基礎(chǔ)上進(jìn)口，2008年全年進(jìn)口額將呈上升趨勢(shì)。石材