摘　要 CVD金刚石具有很高的热导率、良好的热稳定性和极高的耐磨性，非常适合制作砂轮修整工具；本文通过砂轮修整试验研究了在CVD金刚石砂轮修整工具应用过程中，修整导程、CVD金刚石修整截面面积和CVD金刚石磨耗比等对其使用寿命的影响。研究结果表明，在保证砂轮的锋利度的情况下，使用较小的修整导程，可以延长修整工具的使用寿命；增大CVD金刚石的修整截面面积，有利于提高修整工具的寿命，但修整截面过大，砂轮的锋利度会降低；CVD金刚石的磨耗比对修整工具寿命没有明显影响，但修整效果有明显区别。在实际应用过程中，要根据所修整的砂轮的类型和修整要求，选用适当的修整参数，使CVD金刚石修整工具发挥其最佳作用。

      关键词　CVD金刚石；砂轮修整工具；磨耗比

      0　引言

      现代磨削加工技术的一个重要特点是自动化程度日趋提高，尤其在汽车制造行业，数控磨床的使用率很高，这对修整工具性能的可预测性和一致性提出了更高的要求，传统金刚石修整工具多数利用金刚石固有的尖角或修磨成尖或刃状，使用中存在以下几个方面的问题：

      （1）天然金刚石的硬度一致性差，必然造成耐磨性的变化，使人无法预测修整截面的变化趋势，由此带来的是修整工艺的不确定性，其结果只能是很难得到加工质量完全一致的工件。

      （2）随着工具使用，尖端不断磨损，修整截面随着增加，为了获得一致的砂轮地貌和加工性能，必须靠经验经常调整砂轮的修整工艺，这往往有很大的不确定性。

      （3）单晶金刚石的硬度的各向异性也给实际生产和使用带来了许多不便。CVD金刚石是纯多晶结构，不含任何粘结剂，耐磨性、硬度和热稳定性与天然金刚石基本相同。其制备技术经过近20年的发展已经日趋成熟。CVD金刚石厚膜用于砂轮修整工具，在欧美等发达国家形成一定规模的市场需求，我国也有少数企业开始使用。我单位开发的直流电弧等离子体CVD金刚石膜技术，具有沉积速率高，金刚石质量好的特点，制备的工具级金刚石呈半透明状态，热导率大于10W/（cm·K），最高可达18W/（cm·K），耐磨性极高，非常适合砂轮修整工具的制作。用CVD金刚石制造修整工具有诸多优势，主要包括以下五个方面：

      （1）CVD金刚石是一种工程材料，耐磨性可以通过调整生产工艺来控制。

      （2）切割成条状的CVD金刚石的修整截面始终不变，保证了修整参数的一致性，满足了自动磨床的要求。

      （3）多晶结构使硬度没有方向性，简化了工具制造过程。

      （4）极高的热导率和良好的热稳定性减少了氧化和石墨化损耗。

      （5）和天然金刚石相同的硬度，保证了砂轮的锋利度。

      1　试验方法

      把我单位生产的CVD金刚石膜用YAG激光切成不同规格的条状试样，截面尺寸分别为0.6mm×0.6mm?0.8mm×0.8mm?1.0mm×1.0mm?1.2mm×1.2mm，用粉末冶金工艺，加工成单点修整工具，修整试验在M7130A型平面磨床上进行，砂轮型号：WA46K6,尺寸350mm×50mm,磨床主轴转速1440r/min,修整切深均为0.02mm，冷却液为通用类型。

      用砂轮被车削体积和金刚石磨损体积之比表征修整工具的耐磨性，称为修整比，用Gv表示。金刚石条的长度变化用螺旋测微器测量，每修整130次测量一次，称为一个修整周期。用秒表测量修整工具和砂轮的接触时间，然后根据砂轮宽度得出进给速度。

      2　结果与讨论

      2.1　修整导程的影响

      砂轮转速不变时，横向进给速度决定了修整导程的大小，其关系可表示为：Sd=Vt/Vw

      其中，Sd表示修整导程，即砂轮每转一圈，修整笔的给进长度；Vt表示横向给进速度；Vw表示砂轮主轴转速。在其他条件相同时，修整导程越大，砂轮表面的粗糙度越大，相应加工工件表面粗糙度也增加。修整导程应小于修整截面的有效宽度，否则将有部分表面得不到修整。修整工具所含金刚石条截面尺寸为0.8mm×0.8mm，长度为5mm，磨耗比为52万；调整给进速度为350?500?900?2000mm/min时，分别修整2～5周期然后计算每个周期的修整比；修整比和给进速度的关系如图1所示：随着给进速度的增加，修整比下降，即修整工具寿命缩短。这意味着，在保证砂轮的锋利度和加工工件粗糙度的情况下，尽量使用较低的给进速度。

      2.2　修整截面的影响

      修整截面是指修整工具中金刚石顶部能够和砂轮接触的部分。在传统工具中，修整截面随着使用时间的增加，面积不断增大，为了获得尽量一致的砂轮地貌，必须不断增大修整导程。试验时给进速度为550mm/min;修整截面分别为0.6mm×0.6mm,0.8mm×0.8mm,1.0mm×1.0mm,1.2mm×1.2mm，长度均为5mm;金刚石片磨耗比为25万；每种规格修整周期为3~5个，修整比Gv为平均值。由图2可见，修整比随修整截面的增加，由50万增加到了1300万，而其截面积仅是原来的4倍。显然，增加修整截面有利于提高工具的寿命，但修整截面过大，砂轮的锋利度会降低。对于本次试验用砂轮，1.0mm×1.0mm的修整截面是一个较好的选择，既保证了一定的工具寿命，又有较好的修整性能。

      2.3　磨耗比的影响

      磨耗比是表征金刚石耐磨性的重要指标，那么磨耗比又和修整比一致吗？为此我们选取4种截面尺寸，每种截面尺寸包含两个磨耗比等级，共8个样品做修整试验。横向给进速度为550mm/min，每个试样修整周期为3～5个。图3分别是各样品磨耗量随砂轮磨削量的变化曲线。由图3可见，所有样品和砂轮磨损都保持了较好的线性关系，说明修整过程中金刚石磨耗均匀而且没有明显的崩块。一个应引起注意的结果是，尽管相同尺寸样品的磨耗比差别很大，但砂轮修整时，其耐磨性没有明显区别。

      图4是修整试验后金刚石磨损面的照片，可以看到表面有明显的沟槽，方向和砂轮运动方向一致，这应该是由于局部温度过高，造成的表面氧化或石墨化引起的。图5是磨耗比测试后金刚石磨损面的照片，可见表面平整，粗糙度均匀，没有明显的沟槽，这是因为磨耗比测试时砂轮的线速度较低，金刚石的尺寸较大，摩擦热可以很快散失，不会形成局部温度过高，反映的更多是金刚石的固有硬度。而修整试验中砂轮的线速度很高，样品尺寸又小，更容易导致局部温度过高，从而无法反映出金刚石的真实硬度。这提示我们砂轮修整时，良好的冷却可能是影响工具寿命的关键因素。

      修整试验中，没有用专门的设备测量砂轮地貌和锋利度，但能明显的分辨出，高磨耗比的样品声音清脆且火花明显，而低磨耗比的样品则声音发闷且火花较小。

      3　结论

      C V D金刚石耐磨性极高，非常适合制作砂轮修整工具。横向进给速度、金刚石的修整截面面积对修整工具的使用寿命有非常大的影响，而金刚石的磨耗比对工具寿命没有明显影响，但修整效果有明显区别。实际生产中，要根据所修整砂轮的种类和对修整效果的要求，选用适当材料和修整参数，使 C V D金刚石修整工具发挥最佳作用。