金刚石参数对金刚石砂轮的切割性能有多大影响？

　　大家好！西安金工钻石工具有限公司小编又和大家见面了，今天小编带大家了解一下金刚石参数对金刚石砂轮的切割性能有多大影响？
　　金刚石切割砂轮由于具有优异的性能而被广泛应用于光学玻璃、工程陶瓷等硬脆材料的加工。金刚石切割砂轮主要由金刚石及结合剂构成。其中金刚石的粒度尺寸、浓度和强度等因素对切割性能有重要的影响，如切割速度，切割崩口和砂轮寿命等。目前对金刚石因素与砂轮切割性能之间的关系缺乏深入研究，砂轮开发过程中往往依据经验，具有一定的随意性与片面性。
　　滤光片是手机、平板电脑、高像素数码相机等数字影像领域镜头系统的核心部件，是典型的玻璃硬脆材料，同时由于厚度极薄（一般为0.21～0.30ｍｍ），切割加工时极易产生崩口、破裂等问题。我们以滤光片切割为例，探讨不同金刚石因素对砂轮切割性能的影响规律，综合考虑优化出合理的金刚石参数。
　　１、实验条件与过程
　　1.1 金属结合剂金刚石切割砂轮的制备
　　使用自制的滤光片切割专用金属结合剂制作砂轮，各砂轮结合剂及烧结工艺相同。砂轮烧结工艺如下：烧结温度为720℃、烧结压力为50ＭPa，保温保压时间为５min。烧结后的砂轮毛坯经后续机械加工得到成品。砂轮规格为：Ｍ１Ａ８Ｄ５６Ｔ０．１５Ｈ４０。
　　1.2 砂轮切割性能的表征
　　以0.21ｍｍ厚滤光片作为切割对象。滤光片基材为肖特D263t玻璃，表面镀有若干层光学薄膜，该产品生产商对切割的要求一般为：切割速度≥６ｍｍ/s，滤光片崩口≤60μｍ；在满足崩口和切割速度要求的前提下，砂轮拥有较高的使用寿命。将上述要求作为切割准，在日本DISCO DAD3350精密划片机上进行切割实验，机床主轴转速为22000r/min，冷却水流量为１L/min。采用COIC MA1000光学显微镜测量切割崩口，以切割修刀板后砂轮的半径磨损量来表征砂轮寿命。切割修刀板工艺如下：修刀板粒度GC800#，机床主轴转速22000r/min，切入修刀板深度１ｍｍ，切割速度４mm/s，切割长度１ｍ。砂轮切割过程中，出现打火或玻璃破裂、连续性大崩口（崩口尺寸＞60μｍ）等情况时的切割速度为切割速度。
　　2、结果与讨论
　　2.1 金刚石粒度尺寸对砂轮切割性能的影响
　　2.1.1 金刚石粒度尺寸对切割速度的影响
　　由图１可知，使用粒度尺寸2.5～５μｍ的金刚石制备的砂轮，其切割速度为４ｍｍ/s。超过该速度，由于金刚石粒度尺寸较小，砂轮切割能力不足，切割时出现打火、玻璃破裂现象（如图２所示）。随着金刚石粒度尺寸从2.5～5μｍ增大到7～14μｍ，砂轮的切割速度呈增大趋势；当金刚石粒度尺寸为7～14μｍ时，切割速度为10ｍｍ／ｓ；金刚石粒度尺寸继续增大到10～20μｍ时，由于高速下切割滤光片崩口过大（＞60μｍ），不符合品质要求，切割速度反而降至５mm/s。这是由于10～20μｍ粒度尺寸金刚石相对较粗，并且切割速度超过５mm/s以后切割阻力增大，造成砂轮及玻璃震动加剧，切割崩口过大；当金刚石粒度尺寸为14～28μｍ时，由于该粒度过粗，即使低速切割滤光片，其崩口仍大于70μｍ，超出品质要求；同时滤光片出现大范围破边现象，已无法满足生产要求，故认为砂轮的切割速度０ｍｍ／ｓ。由实验可知，由粒度尺寸3.5～7、10～20及7～14μｍ的金刚石制备的砂轮满足切割滤光片速度≥６mm/s的要求。

　　2.1.2 金刚石粒度尺寸对切割崩口的影响
　　用不同粒度尺寸金刚石制备的砂轮切割滤光片后，滤光片的崩口尺寸如图３所示。

　　由图３可知：随着金刚石粒度尺寸增大，滤光片的切割崩口呈增大趋势；同时，切割崩口尺寸较金刚石粒度尺寸更大。其原理在于：金刚石颗粒越小，在结合剂中出刃高度就越低；当和工件接触时，其对工件造成的冲击破坏更小。由于砂轮处在高速旋转工况下，切割阻力会引起砂轮侧向偏摆，其对工件的瞬时冲击作用导致工件脆性崩裂，崩口尺寸大于金刚石粒度尺寸。实验表明：用粒度尺寸小于２０μｍ的金刚石制作的砂轮可满足对滤光片切割崩口的要求。
　　2.1.3 金刚石粒度尺寸对砂轮寿命的影响
　　图４所示为不同金刚石粒度尺寸对砂轮寿命的影响规律。整体来看，随着金刚石粒度尺寸增加，砂轮的半径磨损量逐渐降低，表明砂轮的寿命在逐渐提高。

　　综合考虑金刚石粒度尺寸对切割速度、切割崩口及砂轮寿命的影响，采用７～１４μｍ粒度尺寸的金刚石砂轮具有综合的切割性能。
　　2.2 金刚石浓度对砂轮切割性能的影响
　　2.2.1 金刚石浓度对切割速度的影响
　　图５为砂轮切割速度随金刚石浓度的变化情况。由图５可知，金刚石浓度与切割速度的关系曲线有明显转折。当金刚石浓度较低（35％）时，参与切割的金刚石较少，单颗金刚石需切割的面积、承受的冲击力和压力均较大、金刚石易碎裂和脱落，因而切割速度较慢；随着金刚石浓度的增加（达到５０％），每颗金刚石承受的冲击力和压力减小，金刚石碎裂和脱落情况减轻，因而切割速度提高；当金刚石浓度增至75％后，砂轮排屑困难、砂轮自锐性变差，切割阻力明显增大，导致切割速度反而下降至３mm/s，如超过此速度，切割崩口过大（＞60μｍ）；金刚石浓度为100％时，即使较低的切割速度仍会产生大量玻璃崩口、破边，已无法满足生产要求，故认定为该浓度下砂轮的切割速度为０mm/s。实验表明，35％～50％浓度金刚石满足对滤光片切割速度的要求。

　　2.2.2 金刚石浓度对切割崩口的影响
　　图６所示为经不同金刚石浓度的砂轮切割后，滤光片的崩口情况。由图６ｂ、图６ｃ可以看出，当金刚石浓度较低，为35％和50％时，切割正常、崩口尺寸接近（分别为32μｍ及35μｍ），无连续性崩口及玻璃裂边现象。当金刚石浓度增大到75％时，切割滤光片出现连续性崩口、崩口尺寸迅速增大；随着金刚石浓度进一步增大到100％，切割滤光片出现大面积破碎，崩口严重超差，不良品率几乎达到90％以上（图中未显示）。实验表明，金刚石浓度对切割滤光片质量有非常大的影响。为保证砂轮的切割能力，砂轮中的金刚石浓度不能过低，但浓度过高会导致切割砂轮排屑困难、切割阻力增大，超薄砂轮与工件受力产生振动，玻璃崩口反而会增大、增多。实验结果显示，合理的金刚石浓度范围为35％～50％。

　　2.2.3 金刚石浓度对砂轮寿命的影响
　　图７所示为不同浓度金刚石砂轮的磨损情况。由图７可知，提高金刚石的浓度，在一定程度上可以提高砂轮寿命。由于金刚石具有的硬度与耐磨性，因此参与切割的金刚石数量增加会一定程度上提高砂轮寿命。

　　综合浓度对滤光片切割崩口、切割速度、砂轮寿命的影响，50％金刚石浓度综合。
　　2.3 金刚石强度对砂轮切割性能的影响
　　使用由MBD10和MBD4两种颗粒料破碎而得的高、低强度金刚石微粉制备相应的金刚石砂轮。对比其切割性能的差异，以研究金刚石强度对砂轮切割性能的影响。
　　2.3.1 金刚石强度对切割速度的影响

　　表１为不同强度金刚石制备的砂轮的切割速度。由表１可知，对于用不同粒度尺寸（3.5～7μｍ、5～10μｍ和7～14μｍ）的金刚石制备的金刚石砂轮，高强度金刚石制备的砂轮均具有更高的切割速度。
　　2.3.2 金刚石强度对切割崩口的影响
　　实验室短期切割实验未见不同强度金刚石砂轮切割滤光片崩口有显著差异。但经客户长期实验表明，采用高强度金刚石微粉制作的砂轮，可以降低切割时出现偶然大崩口的概率，切割更稳定。经分析，这与高强度金刚石微粉强度较高、能够承受较大冲击有一定关系。
　　2.3.3 金刚石强度对砂轮寿命的影响
　　表２给出了不同强度金刚石制备的砂轮在磨削过程中的半径磨耗量。由表２可知，高强度金刚石砂轮具有较低的磨耗值，因其所用的金刚石强度更高、抗冲击性和热稳定性更好，因而砂轮相对更耐用。

　　3、结论
　　（１）切割速度随金刚石粒度尺寸增大先上升后下降；当金刚石粒度尺寸为7～14μｍ时，滤光片切割砂轮具有的切割速度，为10ｍｍ／ｓ。
　　（２）提高金刚石粒度尺寸、金刚石浓度以及采用高强度金刚石可以在一定程度上提高砂轮寿命。
　　（３）滤光片切割砂轮合理的金刚石浓度范围为35％～50％，过高的金刚石浓度会导致滤光片切割崩口增大。
　　（４）采用高强度金刚石，金刚石粒度尺寸7～14μｍ、浓度50％时，滤光片切割砂轮具有综合的切割性能。