单层钎焊金刚石工具应用越来越成功
摘要 工业金刚石工具可加工成多种不同的型式。最多的型式是金属结合剂、树脂结合剂、陶瓷结合剂和电镀型金刚石工具。当今，一种新的结合剂体系越来越盛行，并在某些应用中显示出很多性能方面的优势。作者访问了日本一家金刚石工具制造商，发现这类金刚石工具的各种应用状况。
为某项工程寻找合适的工具，这一直是金刚石磨料 行业最重要的任务。而选择是比较困难的，因为在金刚石工具制造中有多种不同型式的结合剂(胎体)体系，长期以来存在有金刚石结合剂、树脂结合剂、陶瓷结合 剂和电镀“四大”体系。根据其用途，每种结合剂都有其优势。在很多情况下，是不用选择的，因为某一特定的结合剂适用于特定对象。
现在出现了一种新的单层钎焊金刚石工具，通过广泛的使用，它开始向某些传统的金刚石工具提出了挑战。这种新型工具与其它结合剂类型工具相比， 其制造工艺过程比较简单。单层钎焊金刚石工具通常可在非惰性气体中焊接，它排除了购买专用设备所需的大量启动成本，而采用其他结合剂工具通常都需花资金购 买专用设备。
Grit Ace(磨料王)
日本福冈Noritake超硬磨料公司将一系列单层钎焊金刚石工具投放到市场，其产品名称为Grit Ace(磨料王)。它采用了各种不同形状的工具设计，目的是可用在多种不同的使用场合(见图l)。工具直径从5ram到400mm，使用的金刚石粒度在 SD30到SDl20之间。
图1 Noritake公司的Grit Ace单层钎焊金剐
石工具可生产出各种形状的工具
与四种传统的结合剂(胎体)类型相比较，单层钎焊金刚石工具最接近电镀工具，都具有单层金刚石的特点。两者最主要的区别是：单层钎焊金刚石工具的金刚石凸出高，金刚石规则排列，这是其最主要的特点。这两个因素强化了单层金刚石工具的使用性能。
Noritake公司的Grit Ace工具与电镀工具金刚石凸出高度的差别从图2可见。其凸出高度更高(分别为72％和45％)，促使其切割深度更大，因此该工具加工效率更高。这一优势随着在制造中采用适当的金刚石镀覆将进一步强化，它将提高胎体的把持力，完善对金刚石的保护。
(a)与电镀工具 (b)的对比
图2 Grit Ace金刚石凸出高度
图3 单个金刚石的规则有序排列
图3显示Grit Ace金刚石规则有序排列的情况，与电镀金刚石工具中金刚石随机无序排列相比，它更为有效均匀的布置，能更好地控制加工表面粗糙度以及被抛光工件的平整度。
金刚石之间的间距也是影响工具性能的关键因素，金刚石颗粒之间的间距越密，则其表面加工所达到的质量会更好(见图4)。
图4 金刚石颗粒之间的间距与Jjn-r表面粗糙度的相互关系
图5显示当加工硅铝铸造模时，使用GritAce工具和普通的夹有硬质合金刀具的铣刀的性能对比。虽然两种情况下其切削速率和加工效率相差无几，但Grit Ace工具所达到的表面粗糙度比磨削加工中心的粗糙度应要小50％。
图5 磨削硅铝铸模的应用实例
另一个应用实例是塑料磨削加工，(见图6)，结果表明，采用Grit Ace工具比以前采用电镀工具加工，效果明显改善，磨削效率一跃而为原先效率的3．5倍，工件表面光洁度提高了30％。
图6 磨削塑料工件应用实例
广泛的应用范围
Noritake公司对新的Grit Ace工具进行了一系列试验，并与可选择的胎体类型进行了对比，当使用Grit Ace时，在所有情况下，其结果都获得很大的完善与改进。
当使用Grit Ace工具磨削刹车加工用复合材料时也获得了生产效率的提高。与使用电镀工具所获结果相比工具寿命增加了3倍，而且表面粗糙度也明显改善(见图7)。
图7 磨削复合材料应用实例
金刚石散射呈星岛状布置的Grit Ace环形磨轮的应用效果非常突出(见图8)。Noritake公司指出，规则有序排列金刚石导致高的磨削效率，并使工具承受的荷载减小。使用杯形磨轮磨 削耐火砖的试验结果表明：与电镀杯形磨轮相比较，磨削效率提高两倍(见图9)。
图8 典型的Grit Ace杯形磨轮设计
图9 磨削耐火材料时Grit Ace工具与金属结合剂金刚石磨轮对比
Noritake公司在很多其他应 用中试用了其单层钎焊金刚石工具，诸如陶瓷工件的刻模和化学机械抛光垫修整器的加工(见图l0)，并在所有使用中都表明其性能大大提高。该公司认为将新型 工具的加工精度定位于切削工具与磨轮之间，它将可以获得高的加工效率和表面加工精度(见图l l)。Grit Ace工具已申请了l6项专利，该公司确信，终端用户通过其广泛的应用将会看到其全部潜力所在，单层钎焊金刚石工具将会获得越来越多的应用。
图10 Grit Ace的其它应用
图11 Grit Ace与切削工具与磨轮的对比
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