1 試驗條件
試驗在BDJP-902聚晶金剛石研磨機上進行；金剛石砂輪的類型、規格、尺寸為6A2 250×36×50×5 120 B 100，砂輪速度為18.3m/s、；試件為美國GE公司生產的三角形1600PCD90T5/1.6標準刀坯。為提高試驗精度，減小試驗誤差，在一個夾頭上同時研磨3個尺寸相同的PCD刀坯，用光較儀測量每片刀坯的去除厚度，取其平均值作為去除量。用干涉儀觀察、測量PCD研磨表面形態及粗糙度Rz值，采用JSM-5600LV掃描儀觀察PCD研磨表面微觀形貌。
2 試驗結果
1) 冷卻液對去除率及表面粗糙度的影響
PCD干研磨(研磨前砂輪修整10秒鐘，冷卻液未加在研磨區)和濕研磨(研磨前砂輪修整10秒鐘，冷卻液加在研磨區)兩種條件下材料去除量隨研磨時間的變化情況。試驗時作用在試件夾頭上的法向載荷為20N。
PCD材料去除量與研磨時間的關系
干研磨材料去除率Q干與濕研磨材料去除率Q濕的關系為：研磨初期Q干=2.54Q濕；中期Q干=1.6Q濕；穩態期Q干=1.68µm/min，Q濕≈O。用干涉儀觀察、測量PCD表面形態及粗糙度：濕研磨時PCD表面上存在許多深凹坑，研磨130分鐘后其表面干涉條紋仍呈斷續狀態，即Rz>0.3µm，達不到鏡面要求；干研磨時表面粗糙度Rz隨研磨時間的延長而降低，其關系曲線如圖2所示。由圖2可知，研磨20分鐘時，PCD表面達鏡面(Rz≯0.05µm),且再延長研磨時間表面粗糙度基本無變化，但根據表面形態觀察結果可知，其平面度有所提高。因此，PCD鏡面加工應采用干研磨工藝，在試驗條件下，研磨20～30分鐘其表面可達鏡面；若對研磨表面的平面度要求較高，可適當延長研磨時間。
2) 法向載荷對去除率的影響
PCD干研磨時作用在試件夾頭上的法向載荷F與材料去除率Q的關系。由圖3可知，材料去除率Q隨著法向載荷F的增大而增加，且存在一個折點A(F=15N)，當≤15N時，其去除率Q以較小的幅度隨著F的增大而增加，當F>15N時，其去除率O隨著F的增大而大幅度增加。
3 結果分析及機理探討
為了弄清產生上述試驗結果的原因，需對PCD材料去除機理進行探討。
1) 濕研磨去除機理
濕研磨表面雖也凹凸不平，但與未研磨表面凹凸狀態完全不同，明顯存在大量的剝落坑。這種現象說明PCD表面發生了脆性去除。筆者認為其脆性去除方式是動載脆性去除(即疲勞脆性去除)而不是靜載脆性去除。這是因為研磨狀態下法向載荷F較小(20N)，作用在PDD表面上的應力大大低于靜載荷下產生裂紋的極限應力值，因此基本不會發生靜載脆性去除。但英國學者coopr曾通過試驗指出：金剛石在沖擊載荷的循環作用下，產生裂紋的應力值大大低于所需的靜應力。而研磨過程中PCD片承受的是交變沖擊載荷，因此將會產生疲勞脆性去除。濕研磨時PCD材料的脆性去除方式正是這種疲勞脆性去除。在圖5中同時還可觀察到局部平滑區，這是PCD局部發生熱化學去除的結果。因濕研磨時雖然冷卻液加在研磨區內，PCD表面與砂輪間產生的摩擦熱大部分被冷卻液帶走，研磨區平均溫度較低，但仍會產生局部高溫接觸點，使此處PCD材料產生氧化、石墨化的熱化學去除。由此可見，PCD材料濕研磨時，其去除機理以疲勞脆性去除為主，同時存在局部的熱化學去除。
2) 干研磨去除機理
其表面呈平滑形貌，基本無剝落坑，說明干研磨時PCD材料基本不發生疲勞脆性去除。干研磨時PCD材料去除機理應以熱化學去除為主。這是因為干研磨時冷卻液未加在研磨區，PCD材料表面與砂輪中金剛石磨粒間產生的摩擦熱只能通過PCD片和砂輪擴散出去，所以研磨區平均溫度較高。另外，在高溫非高壓條件下，石墨或無定形碳是熱力學上碳的穩定結構，金剛石的硬度隨著溫度的升高(T>350℃)而降低，且研磨是在空氣氛圍下進行，PCD材料表面將會發生氧化、石墨化，同時表面還會產生一定的硬度軟化層。同時砂輪中金剛石磨粒也將發生氧化、石墨化，產生硬度軟化層，但程度較輕，且磨粒硬度高于PCD軟化層硬度。因為干研磨時冷卻液加在砂輪非工作層的基體上，砂輪中金剛石磨粒初始溫度較低，因此磨粒工作溫度比PCD片低；另外，磨粒瞬時通過研磨區，其保溫時間比PCD片短，有研究表明：溫度不變，金剛石燒失率隨著保溫時間呈線性增加；而且PCD材料中殘存觸媒鉆等，在高溫非高壓條件下又進一步促使其產生氧化、石墨化和硬度軟化。所以，干研磨時PCD材料的熱化學去除包括PCD表面氧化、石墨化去除以及因磨粒硬度高于PCD軟化層硬度而產生一定的機械去除，由于產生機械去除的原因是熱作用的結果，所以在此稱為機械熱去除。
綜上所述，由于干、濕研磨時PCD材料去除機理不同，從而導致干、濕研磨時材料去除率明顯不同，即Q干＞Q濕。濕研磨時材料去除機理以疲勞脆性去除為主，而干研磨時材料去除機理以熱化學去除為主，基本不發生疲勞脆性去除，所以濕研磨不能使PCD表面達到鏡面，而干研磨當砂輪磨損到一定程度時將會使PCD表面達到鏡面。干研磨時，隨著法向載荷F的增大，研磨區溫度將升高，PCD材料更易產生熱化學去除，所以其去除率口隨著法向載荷F的增大而增加(見圖3)。由耶格爾的觀點可知：溫升與載荷F成正比。因此，材料去除率Q應與F基本成正比，但圖3中卻存在折點A(F=15N)，這與耶格爾的觀點并不矛盾，只是以折點A為分界點，PCD材料的熱化學去除方式發生變化而已。當F≤15N時，由于法向載荷F較小，研磨區平均溫度T＜750℃，因此其熱化學去除將以機械熱去除方式為主，以局部氧化、石墨化去除方式為輔；當F＞15N時，研磨區平均溫度T＞750℃，其熱化學去除將同時以PCD表面氧化、石墨化及機械熱去除方式進行，因此材料去除率遠大于F≤15N時的去除率。
從上述分析可知：只有干研磨才能使PCD表面達到鏡面，而PCD干研磨時材料的去除機理是熱化學去除，因此可以嘗試采用價格低廉、熔點較高的非金剛石磨粒的砂輪進行研磨加工，以降低PCD刀具的加工成本；干研磨時，高材料去除率必然帶來研磨后PCD表面硬度軟化加劇，這將在一定程度上影響PCD刀具的使用壽命，因此PCD表面的鏡面加工應采用逐漸減載的干研磨工藝，既可保持較高的研磨效率，又可降低研磨后表面硬度的軟化程度。
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