专利名称：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，P⑶有极高的耐磨性，P⑶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，容易出现不均勻的情况，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°c -20°c时，所述线切割液与水的配比为1 :20 ；当温度为20°C _30°C时， 所述线切割液与水的配比为1 :25 ；当温度为30°C -40°C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。
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。
具体实施例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勻，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°C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°C -20°C时，所述线切割 液与水的配比为1 :20 ；当温度为20°C -30°c时，所述线切割液与水的配比为1 :25 ；当温度 为30°C _40°C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 P⑶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勻，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°C -20"C20"C -30"C30 "C -40 "C母液与水配比1:201:251:30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。
权利要求
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；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。
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°c -20°c时，所述线切割液与水的配比为1 :20 ；当温 度为20°C -30°C时，所述线切割液与水的配比为1 :25 ；当温度为30°C _40°C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。
全文摘要
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。
文档编号B24B37/04GK102126167SQ201110027020
公开日2011年7月20日 申请日期2011年1月25日 优先权日2011年1月25日
发明者李尚劼 申请人:哈尔滨海明润超硬材料有限公司, 深圳市海明润实业有限公司