聚晶金刚石属于超硬材料,它的硬度仅次于天然金刚石,其耐磨性好,被广泛用作拉丝模具、刀具、砂轮修正比、磨轮和地质勘探用的钻头等的原材料。金刚石虽是碳的异构体,但天然金刚石几乎不导电,聚晶金刚石是将严格分选的人造金刚石微粉,用铜、铁粉等导电材料作为黏结剂,经常拌混合后加高压至600MPa和1400℃烧结而成。它是一种取向紊乱、金刚石晶粒与黏结剂交错生长的聚晶团块,因此整体仍有一定的导电性,可以进行电火花加工,但具有一定的难点。
(1)电火花加工聚晶金刚石的原理 电火花加工聚晶金刚石的原理是靠火花放电时的高温将导电的黏结剂熔化、气化而蚀除掉,同时电火花的高温使金刚石微粉“碳化”为可加工的石墨,也可能因黏结剂被蚀除掉后使整个金刚石微粒自行脱落下来,或依靠放电的爆炸效应使金刚石微粒脱落下来,从而达到聚晶金刚石电火花加工的目的。
(2)聚晶金刚石电火花加工的疑点、难点和加工要点
1)聚晶金刚石的导电性能因其黏结剂的配方不同而有很大的差别,有的电阻率高达200Ω·cm左右,需要爆炸力强的电火花击穿过程,因此宜采用400~500V较高的峰值电压和20~50A以上的峰值电流,最好采用专用的脉冲电源,也可采用RC线路脉冲电源,用较高的开路电压达到较大的放电间隙,电容放电时,输出较大的峰值电流,增加爆炸抛抛出力,以提高工艺指标。
2)聚晶金刚石的导热系数为440~580J/s·m,比银、铜还高,因此,在采用紫铜电极加工聚晶金刚石时,一定要使加工电流脉冲的前沿很陡(0.5μs以内),以免在工具电极上传热损失太多。同时还可增强放电击穿爆炸力,有利于电蚀产物的排除,从而可提高加工速度。
3)加大规准的选择特别重要,当脉冲宽度ti小于某值时,加工速度很低,电极相对损耗相当大,基本上不能加工。加工聚晶金刚石的最佳脉宽比钢的要大得多,这是由于其导热系数比钢也大得多。此外,它与其他粉末冶金材料有相似之处,即加工脉冲能量加大,其表面粗糙度变化不明显。
为了避免间隙中的持续温度太高而引起石墨化,脉冲间隙to应选得较大,同时脉冲宽度ti也不能太大,放电加工区应浸没在工作液(煤油)中,否则也会产生金刚石聚晶石墨化的情况,使其硬度、耐磨性大大降低。
为提高脉冲能量利用率和加工速度,应大幅度增加放电击穿爆炸力,使粗、中加工时主要依靠放电爆炸蚀除熔副的黏结剂和聚晶金刚微粒,这时蚀除下来的聚晶金刚石微颗粒呈透明状晶体。在精加工时,为改善表面粗糙度,仍需利用电热效应,使金刚石在局部、瞬时热作用下碳化。