在普通磨床上对硬质合金实施精密磨削的实验哈尔滨工业大学（１５０００６）居冰峰，袁哲俊摘要 介绍了在普通平面磨床上采用电解修锐（ＥＬＩＤ）铸铁结合剂微细金刚石砂轮，对ＹＴ１４等硬 质合金进行磨削的工艺，用该工艺磨削的ＹＴ１４等硬质合金表面粗糙度可达十几个纳米以下，平 面度小于１μｍ。作者还对加工过程中的一些现象作了进一步的分析研究。关键词在线电解修整（ ＥＬＩＤ），硬质合金，
精密磨削，电解修锐硬质合金由难熔金属硬质化合物和胶结金属组成，它 具有一系列优良性能，其中主要是具有很高的硬度和耐磨性，并因此而得名。尤其可贵的是，在较 高的温度下仍有较高的硬度：６００℃时超过高速钢的常温硬度，１０００℃时超过碳钢的常温硬 度，而且耐酸，耐碱，甚至在８００℃下也不发生明显氧化。由于它的上述特点，使得它在现代工 具材料、耐磨材料、耐高温和耐腐蚀材料方面占据重要地位，特别由于它曾引起金属切削加工工业 的技术革命，而被看作工具材料发展第三阶段的标志。目前硬质合金的加工常采用普通磨削、电火 花加工等措施，但上述方法存在明显的缺陷，前者容易出现过热现象，会使硬质合金工具产生裂纹 ，同时砂轮修整频繁；后者加工效率较低，且加工过程中的某些参数，如加工电流、放电间隙等不 易控制。本文介绍了作者在普通平面磨床上采用在线电解修锐（ＥＬＩＤ）铸铁结合剂超硬砂轮技 术，对硬质合金实施精密磨削工艺，并对磨削过程中的现象作了进一步分析。１ＥＬＩＤ磨削工艺 过程本实验对ＹＴ１４等硬质合金进行了磨削实验，主要的实验条件如下所述。１．１实验条件（ １）机床：附有ＥＬＩＤ电解装置的ＭＭ７１２０Ａ卧轴矩台平面磨床。磨头电解装置由铸铁结合 剂超硬磨粒砂轮、正极（电刷）、负极、电解液喷嘴组成。（２）砂轮（实验中所用的砂轮）：① φ２００１２０铸铁结合剂金刚石砂轮，用于粗磨；②φ２００Ｗ２０铸铁结合剂金刚石砂轮，用 于半精磨；③φ２００Ｗ１．５铸铁结合剂金刚石砂轮，用于精磨。（３）自行开发的ＨＤＭＹ－ １１０电解磨削液。该磨削液具有良好的电解作用及冷却、润滑、防锈性能。（４）ＨＤＭＤ－１ 型ＥＬＩＤ磨削用直流－脉冲电源。在对硬质合金平面磨削前，所用砂轮必须经过静平衡，砂轮工 作表面及砂轮的圆度必须经过精密整形处理，电解用金属基砂轮的圆度误差必须控制在１μｍ以内 。所用金属基砂轮还必须在电解修锐后，再重新作精密整形，以保证砂轮表面上的磨粒的等高性。 １．２操作同一般精密磨削一样，先用粗砂轮（１２０
金刚石砂轮）找平，然后用较细的砂轮修磨 上道工序在工件表面留下的破坏层，最后用更细的砂轮进行光磨，并适当增加光磨次数。２加工参 数的选择与分析采用磨削加工硬质合金目的是为了取得高效率、低粗糙度、高的面形精度。２．１ 加工中砂轮的选用及其出现现象的分析实验中先后选用了３种不同粒度的砂轮。（１）先选用１２ ０陶瓷结合剂金刚石砂轮进行粗磨，粗磨的目的是为了消除工件安装中，待加工工件表面与工作台 面的平面误差。此工序工作台纵向运动速度较快，每次进给量约为５～８μｍ，经过约１０分钟的 磨削，待加工工件表面基本找平，但工件表面留有大量明显的条状亮斑（见图１（ａ））。这是由 于磨粒粗大，对工件表面产生大的划痕，且破坏层较深。（２）再采用Ｗ２０铸铁结合剂金刚石砂 轮进行电解磨削，电解电压为４０～５０Ｖ，电解电流为３～４Ａ，频率为５０ｋＨｚ。此工序工 作台纵向运动较慢，每次进给量为２～４μｍ，磨削５分钟后，可将１２０砂轮留下的粗糙度迅速 降到Ｒａ０．１８μｍ左右（见图１（ａ）），以后的磨削，是为了消除前道工序留下的局部过深 的划痕，经Ｗ２０粒度的砂轮磨削后，工件表面已没有大的亮斑，但表面呈淡淡的灰色，这是由于 磨料嵌入表面的缘故。（３）换用Ｗ１．５铸铁结合剂金刚石砂轮作电解磨削，电解电压为７０～ ８０Ｖ，电解电流为６～８Ａ，频率为１００ｋＨｚ。此工序工作台纵向运动十分缓慢，每次进给 量为１μｍ，几分钟后即可消除上道工序留下的粗糙度，工件表面明亮，（见图１（ａ），（ｂ） ），表面粗糙度约为Ｒａ０．０２５，基本达到要求。由于磨床最小径向进给量为１μｍ，无低于 １μｍ的微进给细分进给量，实际上这一工序未达到理想情况，可以在不进给的情况下进行光磨， 使表面粗糙度达到Ｒａ０．０１２，甚至可以达到Ｒａ０．０１；同时加大工作电压，由于砂轮粒 度较小，脱落的部分磨料被砂轮表面形成的氧化膜包裹住，起到抛光、研磨的作用，使表面光洁度 进一步提高（其成膜原理见图２）。图３是实验中经ＥＬＩＤ磨削后的几种硬质合金的表面粗糙度 。２．２径向进给量对电解参数的影响径向进给量对砂轮的工作电压、工作电流影响很大。对砂轮 电解修锐时，在砂轮表面产生阳极反应，生成氧化膜，在砂轮与电极间隙一定时，随着电解时间的 长短，在砂轮上形成的氧化膜厚度也不同，由于膜厚增加会使两极间电阻值增大，使工件电压Ｖｗ 变大。图４为磨削过程中不同砂轮电极间隙（０．５，０．６ｍｍ）时，随着积累进给量的增大， 工作电压的变化情况。从图中可以看到，随着进给量、工作电压呈下降趋势，砂轮粒度越小，工作 电压下降得越快，越陡。因为粒度小，磨粒突出砂轮表面的高度低，在磨削中，砂轮表面上氧化膜 厚度保持能力差，膜的厚度变薄，使得工作电压下降。若在单位时间内积累进给量大，径向磨削力 也增大，工件与磨料均发生刚性变形，因此，对细粒度砂轮，单位时间积累进给量不能过大，每次 进给量不能超过１μｍ，否则不能得到好的加工表面。３ＥＬＩＤ超精密加工硬质合金方面有待深 入研究的课题（１）硬质合金ＥＬＩＤ超精密加工的表面质量。（２）ＥＬＩＤ超精密磨削对硬质 合金刀具的切削性能的影响。４结论通过对部分硬质合金材料的磨削实验，表明采用电解修锐（Ｅ ＬＩＤ）铸铁超细金刚石／ＣＢＮ砂轮进行磨削，能得到表面质量较高的磨削效果。其中关键技术 如下所述。（１）砂轮精密整形精度要高，圆度误差必须小于１μｍ，磨料等高性要好，不允许有 凸出的磨料。砂轮静、动平衡要好，避免由于砂轮不平衡引起的磨削力波动值过大，以及由动不平 衡引起的砂轮轴线偏摆，砂轮边缘修出２°～３°的导角或导圆。（２）在各工序合理选用不同粒 度砂轮的组合，可以提高生产效率。合理选择进给量切削深度，特别是累积切深及最小切深的选择 。（３）砂轮要保持良好的磨削状态，提高修锐质量，要适当选择电解参数，使砂轮保持锐利。参 考文献｜｜１王平等，在线电解修整砂轮的超精密镜面磨削新技术的发展与应用，磨料磨具与磨削 。１９９４，（４）２袁哲俊，精密与超精密加工技术。哈尔滨工业大学，１９９０。３Ｈ．ｏｈ ｍｏｒｉ，ｔ，Ｎａｋａｇｗａ，ＭｉｒｒｏｒＳｕｒｆａｃｅＧｒｉｎｄｉｎｇｏｆＳｉｌｉｃ ｏｎＷａｆｔｅｒｓｗｉｔｈＥｌｅｃｔｒｏｋｙｔｉｃｉｎ－ｐｒｏｃｅｓｓＤｒｅｓｓｉｎｇ ，ＡｎｎａｌｓｏｆＣＩＲＰ，１９９０。４张春河，王平，袁哲俊等，硬质合金刀具材料超精密 磨削实验研究。１９９４．５５株州硬质合金厂。硬质合金的生产，北京：冶金工业出版社，１９ ７４．在普通磨床上对硬质合金实施精密磨削的实验@居冰峰，袁哲俊$哈尔滨工业大学在线电解 修整（ＥＬＩＤ），硬质合金，精密磨削，电解修锐介绍了在普通平面磨床上采用电解修锐（ＥＬ ＩＤ）铸铁结合剂微细金刚石砂轮，对ＹＴ１４等硬质合金进行磨削的工艺，用该工艺磨削的ＹＴ １４等硬质合金表面粗糙度可达十几个纳米以下，平面度小于１μｍ。作者还对加工过程中的一些 现象作了进一步的分析研究。１王平等，在线电解修整砂轮的超精密镜面磨削新技术的发展与应用 ，磨料磨具与磨削。１９９４，（４）２袁哲俊，精密与超精密加工技术。哈尔滨工业大学，１９ ９０。３Ｈ．ｏｈｍｏｒｉ，ｔ，Ｎａｋａｇｗａ，ＭｉｒｒｏｒＳｕｒｆａｃｅＧｒｉｎｄｉｎ ｇｏｆＳｉｌｉｃｏｎＷａｆｔｅｒｓｗｉｔｈＥｌｅｃｔｒｏｋｙｔｉｃｉｎ－ｐｒｏｃｅｓｓ Ｄｒｅｓｓｉｎｇ，ＡｎｎａｌｓｏｆＣＩＲＰ，１９９０。４张春河，王平，袁哲俊等，硬质合 金刀具材料超精密磨削实验研究。１９９４．５５株州硬质合金厂。硬质合金的生产，北京：冶金 工业出版社，１９７４．．５，０．６ｍｍ）时，随着积累进给量的增大，工作电压的变化情况。 从图中可以看到，随着进给量、工作电压呈下降趋势，砂轮粒度越小，工作电压下降得越快，越陡 。因为粒度小，磨粒突出砂轮表面的高度低，在磨削中，砂轮表面上氧化膜厚度保持能力差，膜的 厚度变薄，使得工作电压下降。若在单位时间内积累进给量大，径向磨削力也增大，工件与磨料均 发生刚性变形，因此，对细粒度砂轮，单位时间积累进给量不能过大，每次进给量不能超过１μｍ ，否则不能得到好的加工表面。３ＥＬＩＤ超精密加工硬质合金方面有待深入研究的课题（１）硬 质合金ＥＬＩＤ超精密加工的表面质量。（２）ＥＬＩＤ超精密磨削对硬质合金刀具的切削性能的 影响。４结论通过对部分硬质合金材料的磨削实验，表明采用电解修锐（ＥＬＩＤ）铸铁超细金刚 石／ＣＢＮ砂轮进行磨削，能得到表面质量较高的磨削效果。其中关键技术如下所述。（１）砂轮 精密整形精度要高，圆度误差必须小于１μｍ，磨料等高性要好，不允许有凸出的磨料。砂轮静、 动平衡要好，避免由于砂轮不平衡引起的磨削力波动值过大，以及由动不平衡引起的砂轮轴线偏摆 ，砂轮边缘修出２°～３°的导角或导圆。（２）在各工序合理选用不同粒度砂轮的组合，可以提 高生产效率。合理选择进给量切削深度，特别是累积切深及最小切深的选择。（３）砂轮要保持良 好的磨削状态，提高修锐质量，要适当选择电解参数，使砂轮保持锐利。参考文献｜｜１王平等，在线电解修整砂轮的超精密镜面磨削新技术的发展与应用，磨料磨具与磨削。１９９４，（４）２袁哲俊，精密与超精密加工技术。哈尔滨工业大学，１９９０。３Ｈ．ｏｈｍｏｒｉ，ｔ，Ｎａｋａｇｗａ，ＭｉｒｒｏｒＳｕｒｆａｃｅＧｒｉｎｄｉｎｇｏｆＳｉｌｉｃｏｎＷａｆｔｅｒｓｗ
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