金刚石是目前用量最大的超硬磨料，它具有硬度高、强度高、锋利性好、耐磨性好、导热性好等特性，是制备高性能磨具的重要原料[1]。金刚石磨具主要用于玻璃、陶瓷、硬质合金等硬脆材料的磨削加工，目前已经广泛应用于航空航天、模具制造、电子器件、光学材料、医疗器件、石材加工等领域[2]。

磨具中起磨削作用的是出露的磨粒，磨粒突出结合剂表面的高度称为出刃高度，出刃高度对磨具的使用性能有重要影响[3-4]。磨粒出露适度，则磨具锋利、加工效率高，而且还会降低磨削过程中的磨削力、磨削温度、磨削功率等；磨粒出刃高度过高，会导致部分磨粒过早脱落，磨具磨损过快，使用寿命缩短；磨粒的出刃高度过低，则磨具不锋利，甚至会导致无法正常磨削[5]。若出现磨粒出刃慢，磨削时磨粒出刃高度过低的情况，则需要借助于出刃技术来提高其出刃高度。

庄司克雄[6-7]提出一种用立体显微镜测量磨粒突出高度的“3D法”并研究了磨粒突出高度对磨削性能的影响。其结果表明磨粒突出高度较大时，磨削力的增加率较小，被加工表面的粗糙度及磨具磨损量较大，同时发现最佳磨粒突出高度与金刚石磨粒的种类、磨具硬度、加工效果等有关。因此，金刚石磨具出刃高度的检测、表征与调控是制备高性能金刚石磨具的关键，对精密及超精密磨具的制备工作具有指导意义[8]。

1 金刚石磨具出刃高度的评价参数

磨具中磨粒的出刃高度即磨粒顶端的最高点到底部结合剂之间的距离，其均匀性、一致性决定了工件表面的磨削效果。大量研究表明金刚石磨具的出刃高度主要与磨料粒度及形状[9-10]、磨料浓度[11-12]、磨料表面状态[13-14]、结合剂种类及性能[15]、修锐手段[16]、被加工材质[17]等有关。目前，金刚石磨具出刃情况的评价尚没有统一的标准,有些研究者提出通过磨粒出刃高度、有效磨粒出刃数目及有效磨粒出刃体积、磨粒出刃角度等来综合评价磨粒的出刃情况及使用性能。

柯明月等[18]认为金属结合剂金刚石工具中磨粒的出刃高度是指金刚石的顶点到包镶金刚石两侧胎体沟谷间的距离，通过对金刚石刀头面的出刃高度进行测定，得出镀铬金刚石磨粒的铬层能够实现金刚石与结合剂之间的冶金结合，提高了胎体对金刚石磨粒的把持力，与未镀覆的金刚石相比，平均磨粒出刃高度提高20 μm。BLUNT等[19-20]提出可以从磨粒顶点曲率、磨粒密度、粗糙度等方面对金刚石砂轮表面参数进行评价。谢晋等[21]对不同粒度的金刚石砂轮表面进行参数化评价分析，得出磨粒出刃前角大、出刃后角小、出刃高度高、出刃体积大、有效磨粒数多时可以减小工件表面的粗糙度，提高工件表面质量。TAHVILIAN等[22]研究切削深度从小到大变化时对工件表面质量的影响，提出较大的磨粒宽度可以更好地提高磨削效率。武明洲等[23]研究发现出刃高度差严重影响有序排布金刚石工具的切削力。

2 金刚石磨具出刃高度的检测方法

目前还没有直接的方法对磨粒出刃高度进行检测，主要是借助于微观出刃形貌的检测并利用计算机辅助系统来间接地进行观测与计算。磨粒微观出刃形貌的检测方法按是否与试样接触可分为接触式和非接触式2种。其中，接触式检测方法主要有滚动复印法、触针式轮廓仪法、划擦法等，非接触式检测方法主要有光学显微镜法、超景深显微镜法、扫描电镜法、激光法、白光干涉法等[24]。

由于金刚石磨粒的硬度较高，接触式检测易损伤探针而导致测量不准；此外，细粒度金刚石磨具的磨粒出刃高度较低，接触式检测无法采集完整的磨粒形貌。因此，目前金刚石磨具出刃高度的最佳检测手段是非接触式方法，尤其是近几年发展起来的能够在纳米尺度观测微观三维形貌的激光检测技术与白光干涉技术。下面就适用于出刃高度检测的方法及其原理进行了详细介绍。

2.1 光学显微镜法

光学显微镜法主要是利用带有分刻度值的调焦旋钮式反光显微镜,在出露的金刚石顶点及其沟谷两侧分别记录准焦后调焦旋钮的刻度值，所求出的高度差即为磨粒出刃高度。该方法也可以利用聚焦原理和三维图像重构技术，获取磨具表面的磨粒在不同高度上的序列图像并实现多层图像重构而求出其出刃高度。但该方法视野有限，无法实现全场观测。谢晋等[21]利用光学显微镜法得出有效磨粒出刃高度、磨粒出刃角、磨粒出刃同形度可作为金刚石砂轮修锐后微观出刃情况的评价参数。陈锋等[25]利用显微镜并借助于计算机系统实现了对开刃后的超硬磨具的出刃高度检测，并给出了磨粒近似为球形时的数学计算模型。

文章来源：《金刚石与磨料磨具工程》 网址: http://www.jgsymlmjgc.cn/qikandaodu/2021/0708/474.html

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