CN102126167A

CN102126167A - 一种加工pdc金刚石端面的方法

Info

Publication number: CN102126167A
Application number: CN2011100270204A
Authority: CN
Inventors: 李尚劼
Original assignee: HARBIN HAIMINGRUN SUPERHARD MATERIAL CO Ltd; Shenzhen Haimingrun Industrial Co Ltd
Current assignee: HARBIN HAIMINGRUN SUPERHARD MATERIAL CO Ltd; Shenzhen Haimingrun Industrial Co Ltd; Shenzhen Haimingrun Ind Co Ltd
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2011-07-20

Abstract

本发明公开了一种加工PDC金刚石端面的方法，其包括：采用无心磨床对PDC毛坯的外圆进行磨加工；采用线切割机床去除PDC毛坯的金刚石表面层；采用研磨机对PDC金刚石端面进行磨加工。本发明提供的加工PDC金刚石端面的方法，由于采用了线切割的方法对PDC的金刚石端面进行切割，将线切割加工方式代替传统磨的方式，其加工成本与加工PDC的厚度无关，大大提高了PDC的加工效率，节约了PDC的加工成本。因此本发明提供的加工PDC金刚石端面的方法的推广将有利于大幅度降低PDC行业的加工成本，同时也为PDC产品的其它加工提供了技术借鉴。

Description

一种加工PDC金刚石端面的方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及一种加工PDC金刚石端面的方法。

背景技术

聚晶金刚石(PCD)是由精选的金刚石颗粒在高温高压条件下烧结而成的一种人工合成工具材料。因为金刚石最硬，所以，PCD有极高的耐磨性，PCD与韧性较好的硬质合金材料复合在一起成为金刚石复合片（PDC），这是一种罕见的超硬复合材料，它的综合性能极好。

PDC要通过对PDC毛坯进行加工获得，现有加工PDC金刚石端面的方法一般采用对PDC金刚石端面进行研磨，将PDC金刚石端面的表面层磨削掉，从而达到加工的目的。这种方法需要将PDC的金刚石层从表面向里一层一层磨掉，其效率很低，并且该方法需要消耗大量的金刚石单晶磨料，因其本身价格昂贵，使PDC金刚石端面加工的成本较高。同时，还浪费了大量的资源。

为了提高工作效率，出现了一种用EDM（Electrical Discharge Machining，电火花加工）旋转电极放电法加工PDC金刚石表面的方式，但这种方式存在很多缺点，如：电弧放电区域大，容易出现不均匀的情况，且为了加快加工速度，常采用较大的电流，电流越大越容易在PDC金刚石表面出现一些烧蚀坑。而且，旋转电极EDM设备造价较高、效率低。

并且，上述的加工方法加工出来的PDC金刚石只能是平面，目前对PDC金刚石端面的形状没有有效的加工方法。

因而现有PDC金刚石表面的加工技术还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种加工PDC金刚石端面的方法，能提高PDC金刚石端面的加工效率，节约PDC的生产成本。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种加工PDC金刚石端面的方法，其中，包括：

采用无心磨床对PDC毛坯的外圆进行磨加工；

采用线切割机床去除PDC毛坯的金刚石表面层；

采用研磨机对PDC金刚石端面进行磨加工。

所述的加工PDC金刚石端面的方法，其中，采用线切割机床去除PDC毛坯的金刚石表面层的步骤具体包括：

将PDC毛坯固定在夹具上；

采用300-380V的电压、3.2A-3.8A的电流，脉冲宽度为10ms、脉冲间隙为120ms的脉冲电源对PDC毛坯的金刚石端面进行线切割加工；

通过喷头喷工作液进行冷却处理。

所述的加工PDC金刚石端面的方法，其中，采用线切割机床去除PDC毛坯的金刚石表面层的步骤之前，所述的方法还包括：

采用砂轮机打磨PDC毛坯的加工基准面。

所述的加工PDC金刚石端面的方法，其中，采用线切割机床去除PDC毛坯的金刚石表面层的步骤之后，所述的方法还包括：

采用显微镜对PDC金刚石端面进行第一次检验。

所述的加工PDC金刚石端面的方法，其中，采用研磨机对PDC金刚石端面进行磨加工的步骤之后，所述的方法还包括：

采用显微镜对PDC金刚石端面进行第二次检验。

所述的加工PDC金刚石端面的方法，其中，所述工作液由线切割液与水配兑获得；其中：当温度为10℃-20℃时，所述线切割液与水的配比为1：20；当温度为20℃-30℃时，所述线切割液与水的配比为1：25；当温度为30℃-40℃时，所述线切割液与水的配比为1：30。

所述的加工PDC金刚石端面的方法，其中，所述线切割液为DIC-098型线切割液。

本发明提供的加工PDC金刚石端面的方法，由于采用了线切割的方法对PDC金刚石端面进行切割，将线切割加工方式代替传统研磨的方式，其加工成本与加工PDC的金刚石层厚度无关，大大提高了PDC的加工效率，节约了PDC的加工成本。因此本发明提供的加工PDC金刚石端面的方法的推广将有利于大幅度降低PDC行业的加工成本，同时也为PDC产品的其它加工提供了技术借鉴。

同时，本发明提供的加工PDC金刚石端面的方法，可通过编程控制将PDC金刚石端面进行各种形状的加工，从而提高PDC的使用效率，拓宽了PDC的应用领域。

附图说明

图1为本发明实施例提供的加工PDC金刚石端面的方法流程图。

图2为本发明提供的PDC金刚石毛坯的第一较佳实施例的结构示意图。

图3为第一较佳实施例加工后的结构示意图。

图4为本发明提供的PDC金刚石毛坯的第二较佳实施例的结构示意图。

图5为第二较佳实施例加工后的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种加工PDC金刚石端面的方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

电火花加工是一个非常复杂的过程，其微观过程是热力、流体力、电场力、磁力、电化学等综合作用的结果。这一过程主要分为以下几个阶段：

第一阶段：极间介质的电离、击穿，并形成放电的通道。

自动调节装置控制工具电极向工作电极缓慢靠近，两极之间形成的电场随着距离的减少逐渐增大，当两极间距离达到适合的放电间隙（通常为几微米到几百微米）时，由于两电极微观表面的凹凸不平，导致两极间电场不均匀，在距离最近的两点间电场强度最大，工作液介质中的杂质（如金属微粒）及自由电子在强大的电场作用下，产生碰撞电离，形成带负电和带正电的粒子，带电粒子达到一定的数量后导致工作液介质电离、击穿，形成放电通道。

由大量带正电、负电粒子和中性粒子组成的放电通道中，粒子间高速向相反方向运动，形成碰撞，产生大量热能，使通道中心温度达到10000℃以上。高温热膨胀形成的高压（达数十兆帕）产生强烈的冲击波向四周传播，同时伴着热效应、光效应、声效应和电磁辐射，形成肉眼可见火花向四处飞溅。

第二阶段：介质热分解，电极材料熔化、汽化，迅速热膨胀。

工具电极和工件间液体介质被电离、击穿，形成放电通道后，脉冲电源使通道间带负电的粒子高速奔像正极，而带正电的粒子高速奔向负极，粒子间相互碰撞，产生了大量的热能，使通道内达到很高的温度，将工作液热分解汽化，同时使金属材料表面熔化甚至汽化，产生爆炸特性。

第三阶段：电极材料的抛出。

通道间形成的高温、高压使汽化的体积不断的向外膨胀，同时带着熔化、汽化了的金属材料抛向工作液中。

第四阶段：通道间介质的电离消除。

一次脉冲放电结束后，保留一段间隔时间，使通道间介质的电离消除，带电粒子恢复为中性粒子，等待下一次的脉冲放电的开始，同时及时有效地排出被蚀除下来的金属微粒、碳粒子、气泡等。因此，为了保证电火花加工的正常进行，在两次脉冲放电之间必须有足够的脉冲间隔时间，其大小根据加工具体情况进行调节，脉冲间隔时间的长短影响加工质量和加工效率。

电火花加工过程的复杂性决定了其影响因素的多样性，研究并掌握其影响因素对提高电火花加工质量、加工效率，降低工具电极的损耗均具有极其重要的意义。在电火花加工时，其影响的主要因素有：

第一：极性效应的影响。

极性效应是指由于工具电极和工件所接脉冲电源正负极的不同，导致彼此间电蚀量的不同。在电火花加工中把工件接脉冲电源正极的方法，称“正极性”接线法，而把工件接脉冲电源负极的方法，称“负极性”接线法。

在实际加工中，接线方法的选择根据脉冲电压的长短来决定，当采用长脉冲电压加工时，由于质量和惯性大的正离子有足够的加速时间，因此对负极表面的电子结合产生位能，故负极的蚀除速度大于正极，这时应采用“负极性”接线法，常用于粗加工的场合。当采用窄脉冲电压加工时，负离子对正极的轰击破坏作用远大于正离子对负离子的轰击破坏，故正极的蚀除速度大于负极，这时采用“正极性”连线法，常用于精加工的场合。

第二：参数的影响。

在电火花加工中，单个脉冲的电蚀量与单个脉冲能量，脉冲频率成正比，因此提高单个脉冲能量和脉冲频率，减小脉冲间隔时间，将提高电火花的加工速度，但同时会使工件加工表面粗糙度增大，因此根据实际加工精度和表面粗糙度要求合理确定电参数。

第三：金属材料热学物理性的影响。

金属材料热学物理性包括熔点、沸点、热导率、比热容、熔化热、汽化热等。当脉冲放电能力相同时，金属材料的熔点、沸点、比热容、融化热、汽化热越高，则电蚀量越少、加工难度越大。另外，热导率大的金属由于传热快，其电蚀量也小。

请参阅图1，本发明实施例提供的加工PDC金刚石端面的方法包括：

S110、采用无心磨床对PDC毛坯的外圆进行磨加工；

S120、采用线切割机床去除PDC毛坯的金刚石表面层；

S130、采用研磨机对PDC金刚石端面进行磨加工。

所述步骤S120具体包括：A、将PDC毛坯固定在夹具上；B、采用300-380V的电压、3.2A-3.8A的电流，脉冲宽度为10ms、脉冲间隙为120ms的脉冲电源对PDC毛坯的金刚石端面进行线切割加工；C、通过喷头喷工作液进行冷却处理。

其中，所述工作液由线切割液与水配兑获得；当温度为10℃-20℃时，所述线切割液与水的配比为1：20；当温度为20℃-30℃时，所述线切割液与水的配比为1：25；当温度为30℃-40℃时，所述线切割液与水的配比为1：30。

在步骤S120之前，所述的方法还包括：采用砂轮机打磨PDC毛坯的加工基准面。PDC毛坯的加工基准面一般为PDC的硬质合金底面，通过该步骤可将PDC毛坯底面的毛刺去除，使PDC的加工基准面准确，以保证后续的加工尺寸。

其中，在步骤S120之后步骤S130之前，所述的加工PDC金刚石端面的方法还包括：采用显微镜对PDC金刚石端面进行第一次检验。本次检验的目的是将PDC端面组织存在缺陷的废品剔出，防止对废品进行加工。

其中，在步骤S130之后，所述的加工PDC金刚石端面的方法还包括：采用显微镜对PDC金刚石端面进行第二次检验。本步骤检验的目的是将PDC端面组织存在缺陷的废品剔出，确保出售的PDC是合格品。

聚晶金刚石是由金刚石颗粒和金属粉末聚合而成，放电加工时，由于金刚石本身不导电，在脉冲电压的作用下，首先使靠近电极的金属工作液形成放电通道，进而在该局部产生火花放电，瞬间高温使PDC中的金属熔化，部分金刚石石墨化，部分金刚石脱落，如此反复进行，直到加工完毕。

以下对一片PDC的加工方法为应用实施例对上述方法进行详细说明：

第一步、通过无心磨加工PDC毛坯的外圆。该步骤使用无心磨床，将合成完成的PDC毛坯进行外圆加工，可去除PDC外圆表面的包裹金属层，并使PDC成为尺寸规范的圆柱形，以利于后续加工。

第二步、用砂轮机打磨PDC底面，去除PDC底面的毛刺，使加工基准面准确，以保证后续加工尺寸。

第三步、将PDC固定在工装夹具上。

第四步、采用线切割机床，对PDC端面进行加工。

请参阅图2，图3，图4和图5，其中图2表示加工后的金刚石端面为平面的PDC毛坯结构示意图，图4表示加工后的金刚石端面为曲面的PDC毛坯结构示意图。在图2至图4中，1表示PDC毛坯金刚石表面应去除部分，2表示线切割加工位置，3表示加工后保留的PCD层，4表示硬质合金基体。

因PDC毛坯的金刚石表面层部分组织和性能不均匀，所以需要去除掉PDC金刚石表面层，即图2和图4中的1表示的部分应去除，保留3和4表示的部分。在线切割时，为了形成良好的放电通道和冷却效果，工作液采用DIC-098型线切割液（简称母液）与水配兑。配兑浓度根据加工车间的温度变化，具体配比如下表所示。并且，在加工时，采用多喷头喷工作液的方式冷却，使冷却效果更好。

车间温度	10℃-20℃	20℃-30℃	30℃-40℃
				母液与水配比	1:20	1:25	1:30

其中，高频电源是电火花线切割加工设备的关键部件，直接影响切割速度和切割质量。在电火花线切割时，电源采用350V的高频电压、3.5A的高频电流，脉冲宽度为10ms，脉冲间隙为120ms，从而能在去除掉PDC金刚石端面一部分的同时，不破坏PDC的金刚石表面组织。

第五步、第一次检验。用显微检验的方法，将PDC端面组织存在缺陷的废品剔出，防止后续步骤对废品进行加工。

第六步、精磨。采用研磨机对PDC端面进行精磨。因线切割加工后，PDC的表面会存在一些丝痕，该步骤主要是去除因线切割放电造成的高温腐蚀层。

第七步：第二次检验。用显微检验的方法，将PDC端面组织存在缺陷的废品剔出。

与现有技术相比，本发明实施例提供的加工PDC金刚石端面的方法的有益效果如下：

1、加工成本低。与传统PDC金刚石端面加工方法相比，电火花加工费用不到其20%。采用电火花线切割技术，如果PDC加工量越大，则该技术的优势越明显。

因为传统技术采用的是“磨”，必须将PDC毛坯的金刚石层一点一点地去除，而电火花线切割采用的是“割”的技术，加工成本与加工厚度无关。因此采用电火花线切割技术对PDC金刚石端面的进行加工，将给企业带来巨大的经济效益。

以某公司每年生产PDC约50万片为例，采用改良后的研磨技术，每片消耗研磨料从约300克拉下降到了200克拉。按200克拉计算，每片的加工成本为30元。如果采用本发明的加工PDC金刚石端面的方法，PDC毛坯只需要在电火花线切割加工后，对PDC做精磨处理即可，每片PDC只需消耗约80克拉的研磨料。这样每片节省了研磨料120克拉，节省了磨料费18元，再除去电火花线切割加工时消耗的电费，每片PDC的加工成本至少降低了15元。所以，一年下来公司可以节省开支约750万元。

2、可加工特殊形状。传统加工方法，PDC金刚石端面形状只能是平面，而采用电火花线切割机床，可以使用电脑编程对PDC金刚石端面进行各种形状的加工。从而提高PDC的使用效率，拓宽了PDC金刚石的应用领域。

3、1人可操作多台机床。电火花线切割机床从通过程序控制，使设备从装夹到加工过程实现了自动化，基本不用人来操作，这样，在节省人力资源的同时，提高了加工的精确度。在规模生产过程中，可达到1人操作25台设备，甚至更多，降低了PDC金刚石端面加工时的人力成本。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims

1.一种加工PDC金刚石端面的方法，其特征在于，包括：

采用无心磨床对PDC毛坯的外圆进行磨加工；

采用线切割机床去除PDC毛坯的金刚石表面层；

采用研磨机对PDC金刚石端面进行磨加工。

2.根据权利要求1所述的加工PDC金刚石端面的方法，其特征在于，采用线切割机床去除PDC毛坯的金刚石表面层的步骤具体包括：

将PDC毛坯固定在夹具上；

通过喷头喷工作液进行冷却处理。

3.根据权利要求1所述的加工PDC金刚石端面的方法，其特征在于，采用线切割机床去除PDC毛坯的金刚石表面层的步骤之前，所述的方法还包括：

采用砂轮机打磨PDC毛坯的加工基准面。

4.根据权利要求1所述的加工PDC金刚石端面的方法，其特征在于，采用线切割机床去除PDC毛坯的金刚石表面层的步骤之后，所述的方法还包括：

采用显微镜对PDC金刚石端面进行第一次检验。

5.根据权利要求1所述的加工PDC金刚石端面的方法，其特征在于，采用研磨机对PDC金刚石端面进行磨加工的步骤之后，所述的方法还包括：

用显微镜对PDC的金刚石端面进行第二次检验。

6.根据权利要求2所述的加工PDC金刚石端面的方法，其特征在于，所述工作液由线切割液与水配兑获得；其中：当温度为10℃-20℃时，所述线切割液与水的配比为1：20；当温度为20℃-30℃时，所述线切割液与水的配比为1：25；当温度为30℃-40℃时，所述线切割液与水的配比为1：30。

7.根据权利要求6所述的加工PDC金刚石端面的方法，其特征在于，所述线切割液为DIC-098型线切割液。