金刚石工具加工硬脆材料时的磨损及其影响因素的研究现状盂剑锋1李剑峰1盂晶2山大学齐南技，学校具的磨损机理和影响金刚石工具磨损的各种因素，提出了需要深入研究的热点问。
1引言随着科学技术的进步和现代工业的发展，硬脆材料如激光和红外光学晶体陶瓷石英玻璃。奸品体和石材等的应用日益广泛由于硬脆材料硬度高脆性大，其物理机械性能尤其是，性和强度与金属材料相比有很大差异，因此这些材料很难甚至不能采用竹讪的加工方法进行加1.公刚是自然界已知的她度，高的物质，其优兄的性能忡代在硬材料加工领域具有广阔的前景。目前，采用金刚石工具对硬脆材料进行切割和磨削仍是有效的加工方法，如用金刚石切，具切割石村公刚砂轮磨削陶瓷等。
加工硬脆材料的金刚石工具主要有各种金刚石银和金刚石砂轮等，尽管各种工具的应用范围和力口工特点不同，但其磨损机理都大致相同。因为金刚石工具的磨损对工件的加工质量和加工过程的影响很人。1儿的磨损性能是反映。1具性能。1艺参数是否合理的个重要指标，所以对金刚石工具磨损机理的研究对指导金刚石工具的合现制造和，艺参数的合理选择具有重要意义。长期以国内外许多学者致力于金刚石。下具磨损机理的研究。，己取得了可喜的成果。
2金刚石工具磨损机理的研究用金刚门！1加1硬脆材料时，于剧烈掉，高温等的作用，工具不可避免地会产生磨损，而磨损是个非常复杂的过程。
2.1磨损的个阶段金刚石工具的磨损由个阶段组成初始的快速磨损阶段也称过渡阶段磨损率约为常数的稳定磨损阶段以及随后的加速磨损阶段。加速磨损阶段明工具不能继续工作，需要重新修整。
2.2磨粒磨损形式磨粒磨损形式可分为整体磨粒微破碎磨粒宏观破碎磨粒磨粒脱落及磨粒磨平。这几种磨损形式所占的比例决定于不同的磨损阶段所用工具和被加工材料等。丁界130等12定量研究了微进给磨削结构陶瓷时金刚石砂轮的磨损并指出在过渡阶段和稳定磨损阶段，砂轮的磨损不同。过渡阶段的磨损不仅决定于砂轮的规格材料特性和磨削条件，更重要的决定于砂轮的制备方法。在过渡阶段，因砂轮刚修整过，磨粒伸出最大，许多磨粒不参加切削，所以整体磨粒的比例比稳定阶段高同时，修整使许多磨粒伸出过大，把持力不够，磨粒脱落的比例比稳定阶段高；此外，修整会削弱些磨粒，使微破碎磨粒的比例比稳定阶段高。稳定阶段的磨粒磨损主要是摩擦磨损，较低的微破碎磨粒比例和相对高的摩擦磨损比例说明砂轮没出现自锋利现象，这对加。1是不利的。哈。1大的，中军等通过用金刚石砂轮磨削氧化错陶瓷，指出砂轮的磨损主要是磨粒磨损和磨粒脱落。3出01对金刚石据片切割花岗岩进行了研究，指出锯片的失效主要是由于磨粒宏观破碎和或磨粒脱落，当破碎和脱落的磨粒数超过13时，工具失效。华侨大学的于怡青收稿日期2003年7月等娜才麻局石工具面金刚石及结合剂状态的大量跟踪观察和3观分析明整体磨粒保持越久加工越容易进行，工具耐磨度也越高；宏观破碎状态会导致金刚石出刃高度显著下降，甚至失去切削能力；工具切削相当氏段时间后，磨粒1然磨钝，出刃高度降低，随，1磨粒周围结合剂的进步磨损，对金刚石的把持力减弱，导致金刚石脱落。徐西鹏等研究锯切花岗石时的金刚石节块磨损，认为金刚石实际磨损过程需经历不同的路径从完整晶型开始，经历微破碎再到宏观破碎，最后发生脱趟也可以开始就发生脱落。这取决于金刚石的品质所承受载荷和结合剂等因素。而用于金刚石固位载体的金属结合剂的磨损过程则具有较复杂的摩擦学特性。花岗石的切屑和企刚石碎屑在切削液的带动下冲蚀结合剂面，在其面形成冲蚀痕迹，结合剂在类似流体研削的条件下被磨蚀。金刚石前端的月牙洼凹坑显在银切过程中流体形成穴而引起冲也此外结合剂还受到花岗石中硬质点的刮削和犁削，其形貌类似于金属磨削加工中的纹理。
2.3金刚石工具磨损机理金刚石工具的磨损机理大致有以下几种摩擦磨损磨粒破碎结剂破碎磨蚀麽损，疲劳和冲击等，摩擦磨损使磨粒磨钝和磨平，结合剂破碎使磨粒脱落，磨蚀磨损由于减弱了结合剂强度而促进了磨粒脱落。不同的加工过程其磨损机理是有区别石砂轮的磨损主要有种形式麟擦府损麽粒破碎和结合剂破碎；除此之外，另种形式的磨损是结合剂磨蚀12气；73处如等1！用陶瓷结合剂砂轮磨削蓝宝石，认为陶瓷结合剂砂轮的磨损主要是结合剂脆性断裂，而金属和树脂结合剂砂轮的磨损主要为磨耗和磨蚀。文献5的作者通过用金刚石锯片切割花岗岩，指出工具的磨损机理主要有个摩擦磨损磨蚀磨损面疲劳和冲击。徐西鹏等7研究锯切花岗石时的金刚石节块磨损，认为金刚石在经受与花岗石的直接摩擦磨损的同时，还受到花岗石切削碎屑的冲击和腐蚀，其磨损类型可归结为磨粒磨损冲击磨损和流体中固体微粒引起的冲蚀。
3影响金刚石工具磨损的因素金刚石品级含量粒度结合剂与金刚石的匹配及工具形状等与工具本身有关的因素是影响工具磨损的重要因素。
通常会刚石1量低，功耗也低；似金刚石含1夂低，宏观破碎会剧增，从而造成出刃高度不足，使功耗反而增加；金刚石含量良则功耗增加，进而导致金刚石脱落，工具耐磨性反而下降。若金刚石品级较高，在较低含量情况下，其完整晶型率仍较高，节块耐磨性高，功耗低，但金刚石品级应与结合剂选择相匹配1.吴健等分析了金刚石品质分散性对辛切过以的影响，指出质量金刚打的耐磨性好，必须要求结合剂也具有很好的耐磨性，只有这样才能充分发挥高质量金刚石的作用。而对低质量金刚石，由于其抗压和抗冲击能力都较差，即使切割较容易的矿物成分时也会发生较明显的磨损和破碎，在遇到特别难切割部分时，般会发生宏观破碎而失去切削能力，此寸对结合剂耐磨性的贤求相对低些。以保证金刚有足够的出刃高度。文献10同时指出，尽降低金刚石的品质分散性。文献8通过分析陶浇结合剂金刚石砂轮加工蓝宝石过程中的主轴变形变形磨削所需法向载荷的变化，发现其变形成训叫性变化，说明砂轮具锋利性，原因是陶瓷结合剂砂轮的磨损是结合剂材料的脆性断裂，从而会快速出现新的磨粒。而金属和树脂结合剂砂轮的磨损主要为摩擦磨损和磨蚀。
3.2加工条件由于金刚石工具的磨损与其负载状态密切相关，因此加工条件会对磨损产生明显影响。戴向国等16分祈了金刚石砂轮叫割工。陶泛时1艺参数对砂轮寿命的影响，认为当其它参数定时，对应每切割深度均存在最佳砂轮速度；当切割深度和砂轮速度定时，存在佳进泠速度；工艺参数对砂轮径向磨损量影响的主次顺序为砂轮速度切割深度进给速度。文献17指出，工具磨损与加工工艺参数及加工工艺参数间的协调有很大关系，因此必须对工艺参数进行优化。26分析了精磨硅片时的情况，得出如下结论当砂轮转速为当达到定峰值时，又回到较低值，并继续按此循环，说明砂轮逐渐变钝，当磨削力达到定值时磨粒破碎；当砂轮转速为2175.1夹盘较速为4，1押，砂轮在磨削力较小时破碎。所以，其磨削力基本为常数且磨损率高。
3.3被加工材料不同的工件材料，其断裂韧性硬度等均相差较大，所以工件材料的性质也影响金刚石工具的磨损。
磨损主要是磨粒的宏观破碎和脱落，原因是把持力不够，切削条件恶劣；当切割较软的花岗石时，完整晶形和磨粒的微观破碎占较大比例，同时磨粒脱落所占比例仍然较高，这种磨损使锯片保持切割能力。
徐西鹏12认为花岗石中不同矿物的性质及变形机理是决定金刚石失效方式的关键。石英含量越高，金刚石磨损越剧烈；正长石的含量若明显高，则锯切过程相对较难进行；在相同的锯切条件下，粒度粗的花岗石较之粒度细的花岗石更难以发生解理断裂。
4结语国内外学者对金刚石工具的磨损机理及其影响因素进行了大量研究，取得了令人瞩目的成就，对于指导加工实践和进步研究具有重要意义。与此同时，金刚石工具加工硬脆材料的领域还有许多问，比如研究工具失效的微观机理建立金刚石工具寿命的理论模型等，有待于研究者们不懈努力去解决。
4仇中军，张飞虎，栾殿荣等。不同结合剂金刚石砂轮磨削氧化铝陶瓷工艺实验研究。金刚石与磨料磨具工程，2000 6于怡青，李远，徐西鹏。建材加工用孕镶金刚石工具的磨损与控制。同济大学学报，2002991072，1076 7徐西鹏，沈剑云，黄辉。锯切花岗石过程中金刚石节块磨损特征及影响因素分析。摩擦学学报，1998，182162，吴健，徐西鹏，黄辉等。金刚石品质分散性对锯切过程的影响研究。金刚石与磨料磨具工程，1998，032，13徐西鹏，吴健，沈剑云等。结合剂中金刚石固位机理及提高固位能力的技术。中国有色金属学报，199898，14王艳辉，臧建兵，王明智等。镀1金刚石工具磨粒破坏形态分析。金刚石与磨料磨具工程，2002，12822528 16戴向国，傅水根，王先逵等。金刚石砂轮切割工程陶瓷时工艺参数对砂轮寿命的影响。工具技术，2000，3496，7 20徐西鹏，骆灿彬，黄辉等。锯磨过程中花岗石去除机理及其对锯切过程影响。金刚石与磨料磨具工程，1997，101第作者孟剑锋，副教授，在读博士研究生山东大学机械工程学院机械设计与理论研究所，250061济南市