1 钢结硬质合金在磨削中存在的问题钢结硬质合金是以工具钢或合金钢为粘结相 ,以难熔金属碳化物 (主要是 WC、Ti C)作硬质相用粉末冶金的方法制备的 ,其组织特点是微细的硬质相晶粒弥散地分布于钢基中。合金中的硬质相主要赋予材料以高硬度和高耐磨性 ,粘结相又赋予材料以钢的性能 ,因而使钢结硬质合金具有钢和硬质合金的综合性能 ,使其在各个领域中得到了广泛应用。但其本身的加工制造却很困难 ,特别是精密加工 ,这是因为硬质相和粘结相的硬度差别较大 ,钢基容易被切除 ,而硬质点不易被切除 ,且其晶粒容易从合金表面剥落下来 ,从而在表面形成具有硬质相晶粒一样大小的孔隙。同时钢基的韧性大 ,在一定的磨削温度、接触压力和相对速度条件下 ,磨屑填满磨粒之间的气孔 ,使砂轮急剧堵塞工件表面产生烧伤 ,因而传统的加工方法很难获得低的表面粗糙度 ,且多级研磨效率低 ,成本高。运用在线电解连续修整 ( ELID)的金属结合剂超细颗粒金刚石砂轮磨削钢结硬质合金 ,表面粗糙度可达 1 0 nm左右 ,且效率高。本试验采用 ELID镜面磨削技术对钢结硬质合金进行精密加工 ,很容易得到低粗糙度镜面。2 EL ID磨削技术的基本原理在线电解修整镜面磨削是日本在 2 0世纪 90年代初发展起来的一种超精密加工新技术 ,它采用铸铁或铁纤维结合剂金刚石或 CBN砂轮 ,利用电解过程中的阳极溶解现象 ,对砂轮进行在线电解修锐磨削 ,电解电源采用直流脉冲电源 ,电解液采用弱电解质的水溶液。铸铁砂轮为阳极 ,电解中 ,砂轮表面的铁元素变成 Fe2 O3氧化膜 ,使不能电解的金刚石或 CBN磨料凸出于砂轮表面。磨钝的磨料随着电解的进行及时脱落 ,使砂轮始终处于锐利状态。同时生成的氧化膜又起着抑制电解过程继续进行的作用 ,使砂轮损耗不致太快。当砂轮表面磨粒磨损后 ,氧化膜被工件表面刮擦去除 ,电解过程继续进行 ,对砂轮表面继续进行修整。这是一个循环的过程 ,既避免了砂轮过快损耗 ,又能自动保持砂轮表面的磨削状态 <1～ 3> ,见图 1。图 1 EL ID磨削原理示意图3 EL ID磨削技术对钢结硬质合金的应用3 .1 试验条件试验设备、试验参数见表 1、表 2表 1 试验设备磨床 MM712 0型砂轮 W1.5 ( CIB-D )砂轮和 W1.5
金刚石、CBN混合磨料铁基砂轮 (自制 )专用电源 HDMD— 型 EL ID镜面磨削高频脉冲电源 (自制 )专用磨削液 HDMY— 2 0 1电解磨削液 (自制 )3 .2 磨削效果及分析在以上条件下对钢结硬质合金进行镜面磨削 ,工件表面粗糙度 Ra=0 .0 0 3μm～ 0 .0 1 1μm。若采用更细的砂轮 ( W1以上 ) ,则会明显降低 Ra值 ,取得更好的表面粗糙度表 2 试验参数磨削参数主轴转速 ( r/min) 15 0 0横向进给速度 ( mm/行程 ) 0 .1～ 3工作台速度 ( m/s) 0 .0 5～ 0 .0 8磨削深度 ( mm ) 0 .0 0 1～ 0 .0 0 5电解参数电压 ( V) 90～ 10 5电流 ( A) 1～ 3电极间隙 ( mm ) 0 .1～ 0 .75 分析得到的磨削效果 ,我们发现 ,工件表面粗糙度不仅与所用砂轮磨料的粒度和种类有密切关系 ,还与磨削液的配比有密切联系 ,不同成分和含量的磨削液 ,其化学特性相差悬殊 ,加工出来的表面粗糙度不同。采用 HDMY— 1 1 0和 HDMY—2 0 0
磨削液 ,我们加工出达到镜面的光学玻璃、蓝宝石、淬火钢、硬质合金、金属陶瓷、PCBN、单晶硅片等材料的试件。但对于钢结硬质合金就加工不出能够达到 1 3的镜面 ,改用专用磨削液HDMY— 2 0 1和金刚石、CBN混合磨料铁基砂轮 ,在其它条件都不变的情况下 ,磨出了达到镜面( 1 4)的钢结硬质合金。这主要是因为磨削液的成分和含量对电解速度、成膜速度、成膜厚度、膜的硬度 ,以及被加工工件表面组织性能都有着很大的影响。针对被加工材料的不同 ,合理地调整磨削液中的成分和配比 ,以及铁基砂轮磨料的种类和粒度 ,可以获得最佳的磨削状态 ,从而得到更低的 Ra 值 ,达到精密加工的要求。4 结论采用 ELID精密镜面磨削技术对钢结硬质合金进行精密加工 ,可得到表面粗糙度为 1 0 nm量级的镜面 ,该方法可取代传统的多级研磨逐级精化工艺 ,具有一次磨削成形、效率高、表面质量好等优点 ,是一种很有发展前途的先进工艺方法。钢结硬质合金的精密镜面磨削技术的研究@关佳亮$大连理工大学
@郭东明$大连理工大学
@袁哲俊$哈尔滨工业大学钢结硬质合金;;在线电解修整磨削;;精密镜面磨削;;金属基超硬磨料砂轮引入了一种在线电解修整金属基超硬磨料砂轮精密镜面磨削新技术 ,对钢结硬质合金进行了精密镜面磨削 ,得到了粗糙度为 0 .0 0 3μm～ 0 .0 1 1μm的镜面 ,一次磨削成形 ,效率高 ,可取代目前的多级研磨工艺<1> 王平 ,袁哲俊 .1Cr18Ni9Ti不锈钢的镜面磨削 ,见 :第八届全国磨削技术学术会议论文集 .西安 :西北工业大学出版社 ,1994:169～ 199
<2 > 张春河 ,袁哲俊 .量块用钢的超精密镜面磨削试验研究 .见 :第八届全国磨削技术学术会议论文集 .西安 :西北工业大学出版社 ,1994:2 0 0～ 2 0 2
<3 > 大森整 .各种硬脆材料の镜面研削 .机械と工具 ,1991( 6) :15～ 21航天 (国防 )科技预研项目! (18.10 / 9570 0 0 - 0 2 )
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