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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